这种新型 CNC 多轴机床可以为您的车间工作吗？

达文波特机器公司在本世纪之交后发现了一个很好的多轴机器设计。公司总裁 Don Firm 表示，在公司位于纽约罗切斯特的总部展出的 1908 年型号 DA 和正在工厂车间生产的 1996 年型号 B 之间，许多零件可以互换，这已经足够了。

然而，Davenports 和多轴自动螺丝机所在的世界正在迅速变化。越来越多的市场压力，以较小的批量和较高的公差要求的形式，加上熟练的设置人员的稀缺，正在引发关于增加古老的多轴自动装置的问题。

Firm 先生正在指导 Davenport 为下个世纪打造多轴机床。 CNC伺服技术已经发展到多轴实际应用的地步。

他认为这台名为 LS 522 的新机器可以解决螺丝加工车间的问题，也可以作为非螺丝加工车间的替代工艺。在最近的一次访问中，我们在 IMTS 96 上介绍了这台机器之前的预览。

Multi Basics 多轴机床可以快速制造零件，因为它们的设计允许一次执行多个切割操作。一般来说（因为有很多变化），多轴上的每个主轴都被两个独立的刀具运动轴相交。

一种是十字滑块，它使刀具垂直于主轴中心线移动。第二个滑块承载末端工作工具，并从机器的尾座端移动到中心。这些滑块上的工具分别相当于单点车削中心上的外径和内径工具。但是，多主轴机床可以同时在每个主轴上使用外径和内径刀具。 Davenport 机器有五个主轴，因此它们一次可以将至少十个工具带入切割中。

多轴上的主轴安装在可转位滚筒的外围。由于多轴机床上的所有切削操作同时进行，因此主轴鼓的每个分度都会产生一个成品零件。在五轴达文波特上，滚筒每转一圈就有五个零件。

数量或质量

只要我们大多数人都记得，多轴自动机就一直是小零件旋转的大批量生产头衔。但它不会比其他机器设计更快地转动零件。由于许多多轴机床是棒材机床，因此主轴速度与卡盘相比保守，而与单主轴 CNC 车削中心相比速度较慢。

多轴加工速度的秘诀在于累积循环时间与添加剂的对比。他们通过将零件加工周期分解为许多小操作，然后在多个主轴上同时执行这些操作来做到这一点。

多台机器上的机器循环时间由一个工位上最长的切割操作决定。这是一个例子。第三站有一个末端滑动钻孔操作，需要0.75秒（包括索引）。下一个最长的操作是在四号站进行 0.65 秒的交叉滑槽。由于多主轴可以同时使用所有工位，因此作业的循环时间反映了执行的最长操作，在这种情况下为 0.75 秒。

一般来说，多轴自动装置以高速而不是高精度而闻名。带有凸轮、轴、杠杆和其他驱动装置的机械装置的误差太大，无法始终如一地生产出客户要求的许多精密公差规格。

对于更高的公差，许多商店都在寻找单点 CNC 车削中心。 “它们的可编程性和轮廓伺服控制允许比大多数自动装置更接近小数点的公差，”Firm 先生说。

因为单点车削是一个连续的过程，这些机器不能生产多轴机器的体积。粗加工道次之后是精加工道次。端面操作发生在钻孔或钻孔操作之前。

因此，车削中心的循环时间是附加的。每个操作所需的时间相加，总和成为周期时间。速度和进给可以通过更快地执行每个切割操作来减少总体时间，但该过程是一个连续的过程。

自动压机

多轴自动装置是纯机械运动控制的最后一个领域。这些机器中的大多数都可以在专门制造“螺丝机零件”的商店中找到。在这些商店中，许多人以他们使用的螺丝机品牌而不是他们生产的产品而闻名。有达文波特商店、新不列颠商店、Acme 商店等。

商店专注于特定品牌的机器是有充分理由的。可以设置其中一台自动螺丝机的技术人员非常熟练。每台机器都有特定的特点。

设置和运行多轴是一项手动操作。 “调整”使这些机器运转的机械装置需要很多技能和经验。不幸的是，能够胜任这项工作的人员越来越稀缺。

更频繁地安装多轴机床的需求增加，加剧了这种人员短缺。作为螺丝机行业传统命脉的长期工作正在缩短。

商店发现传统螺丝机合同的竞争非常激烈，因为此类合同的出租数量较少。客户订购小批量零件的频率更高，部分是为了满足即时库存要求，部分是为了缩短产品生命周期。

一些商店会永久设置机器以运行重复性工作。订单完成后，机器闲置。商店必须在安装成本和拆卸成本以及不运行机器之间做出决定。随着利润压力的增加，没有充分利用商店资源变得难以证明。

新功能

Davenport 的新 LS 522 从根本上来说就是一台新机器。底座是由环氧花岗岩混合物铸造而成的单件。这种复合材料具有优良的减振特性和热稳定性。

底座的设计使机器的尾座端敞开。带有冷却液回收罐的排屑器可以滑入该开口并直接定位在机床的切削区下方。切屑和冷却液通过铸在底座上的槽引导至输送机。

这台新机器的使能技术是它的运动控制系统。 “伺服技术现在已经到了将其应用于多主轴的实际阶段，”Firm 先生说。 “五年前，仅 LS 522 上使用的电子设备的成本就超过了机器预计的基本价格。”

除主轴驱动电机外，LS 522 上有十个可编程线性轴。每个横向滑块和端部滑块都有一个专用的伺服电机。这些电动机的运行比机械驱动系统要安静得多。

为了模拟凸轮产生的冲程运动，这些紧凑型伺服系统使用集成变速箱，将伺服电机的旋转运动转变为在输出轴上产生冲程的线性运动。直线电机直接连接到其各自的工具滑块，无需滚珠丝杠。这些电机的行程是完全可编程的。

齿轮箱具有机械优势，可为输出轴提供足够的推力，每张滑块可承受 800 磅的推力 - 可将成型工具送入大多数材料。

主轴托架的分度定位对工件尺寸精度至关重要。 Hurth 多齿联轴器用于固定主轴架。索引时间为 0.4 秒。棒材的容量为圆形 0.875 英寸，方形 0.625 英寸，六角形 0.75 英寸。

主轴驱动是一个 14 马力的交流电机，通过行星齿轮系统驱动五个主轴。速度可通过 CNC 进行编程，范围为 250 至 6,000 rpm。可以对单个主轴进行编程，使其停止以进行跨式铣削、十字钻或十字攻丝操作。

新达文波特的控制是一台 486 PC。为了驱动轴滑块，运动控制板用于在计算机和伺服系统之间进行通信。 SERCOS 回路反馈，它使用光纤电缆将伺服系统与运动控制板连接起来，将定位数据传送到伺服电机和从伺服电机传出。

准确度？

“当需要超过 0.002 英寸的公差时，达文波特多轴机械装置的尺寸精度能力就会耗尽，”Firm 先生说。 “它们根本不是为了提供更好的公差而设计的。”

这是创建 LS 522 的另一个动机。使用伺服电机代替凸轮以及在主轴鼓上使用 Hurth 联轴器将新机器的精度提高到 ±0.0002 英寸。

设置加速

“传统的机械多轴，包括 Davenports，可能需要 12 到 48 小时才能为新工作设置机器，”Firm 先生说。 “这种新的多主轴的完全更换大约需要两个小时，比运行一系列零件的时间要少得多。由于设置如此短，没有理由通过将机器专用于特定工作来限制资源使用。”

减少转换时间的关键是伺服驱动器的可编程性。机械机器上的横向滑块和端部滑块的运动是由凸轮产生的。微调行程（轴补偿）是一个耗时的试错过程，通常需要对十个移动滑块中的每一个进行机械调整。

伺服技术代替了凸轮，极大地改变了这一过程。通过可编程行程，通过按键设置快速移动和进给。刀偏补偿在控制上完成。

每个主轴使用两个参考点。纵向零是横向滑动的起点。主轴中心线是端加工滑块的径向零点。所有轴的移动都是从这些起点开始的正数。与凸轮式机器一样，每个轴的移动都是一次插值。新的 Davenport 使用标准形式工具，因此商店不需要丢弃库存工具。

操作员/程序员只需输入开始和结束尺寸。常驻数据库计算每转 0.0002 到 0.050 英寸之间的进给率。每张幻灯片都重复输入。操作分配和顺序是使用工艺计划表完成的。

塑造生产车削操作的力量要求车间以不同的眼光看待工件加工。周期时间几乎完全是衡量生产力的标准，也是成功竞标工作的重要基准。

客户和商店仍然非常了解周期时间。它的重要性不应该被低估。然而，一次运行的总循环时间也不应该被忽略。随着生产运行的缩短和对 JIT 调度快速响应的需求，总周期时间——零件切割前后发生的情况——是一个越来越重要的效率指标。商店可以多快换工作是从生产运行中获得更多利润的关键。而且，一家商店的整体吞吐量能力往往是赢得或失去合同的关键因素。

征服新世界

几乎可以肯定的是，新的 Davenport LS 522 将在螺丝机车间找到一个受欢迎的市场。机器的伺服驱动系统忠实地复制了机械机器的功能和速度。

在机械多轴上磨练出来的工作加工经验可以直接转移到 CNC 机床上。工装同样适用于新机，无需改动。

“同时处理的效率是无可争议的，”Firm 先生说。 “让车间摆脱长时间转换的负担，允许生产更高的公差，简化操作，同时保持零件加工速度与机械装置一样好或更好，这是这台新机器的承诺。”

在非螺杆机生产车削领域，达文波特希望 LS 522 能够提供单主轴、单点车削中心的替代加工方案。这些商店了解编程，但许多人对同时操作的表单工具和流程规划不太熟悉。

如果这些车间能够从两轴单点轮廓车削过渡到单轴成形刀具车削，Firm 先生认为中高产量车削车间应用这些新的多主轴机床可以显着提高产量。

适合你吗？

基本上有两种商店可能会考虑这种新型多轴机床。这些是螺丝加工车间和目前使用单点车削中心完成中到大批量、高混合车削应用的车间。

螺丝机车间应认识到减少设置要求，同时不会失去类似机械的功能作为生产的福音。在当今的制造环境中，扩展车间的能力以经济地包括更短的运行和更小的公差是有意义的。

对于使用单主轴、单点车削、向多主轴过渡和成形工具的车间来说，代表了加工技术的重大变化。 “改变零件加工方式绝非易事，”Firm 先生说。 “必须考虑成型工具相对于单点工具的成本。这是一种必须学习的不同的工件车削方式。”

但是，如果能够在实现产量显着增加的同时保持质量要求，那么改变可能是值得的。每台机器的吞吐量更高意味着每台机器可以放置更多的作业。

因此，如果您的业务是车削中到大量精密零件的高组合，以前没有考虑过 CNC 多主轴机床的车间可能会发现这种新机床值得一看，作为单点车削中心的加工补充或替代自动装置。