VMC 技术扩展应用程序和生产力

高级模型继续扩大 VMC 在车间的影响力。

具有先进特性和功能的立式加工中心正在成为机加工车间 CNC 设备库中生产力更高的成员。今天的 VMC 正在挑战这样一种观念，即它们必须被委托到车间一些很少光顾的黑暗角落，或者仅限于二次加工。与卧式加工中心相比，VMC传统上价格较低，但没有生产能力。

在某种程度上，最新添加的先进技术使 VMC 能够缩小生产力差距，并在航空航天、医疗、能源和类似要求苛刻的行业等各种高速、高精度应用中确保竞争优势。随着第四轴和第五轴工作台和耳轴配置、多个托盘更换器、更多工具和高速主轴的增加，VMC 的功能得到了显着增强。 VMCs能够加工最复杂的工件，例如喷气发动机的叶片转子、发电的涡轮叶片、大型航空航天部件以及精密模具工作。

模具 VMC 案例研究

Werkzeugbau Leiss GmbH 被认为是世界领先且最成功的挤出吹塑模具和拉伸吹塑模具生产商之一。这家来自德国上弗兰肯行政区路德维希施塔特的公司与客户密切合作，为食品、制药、化学、汽车和化妆品行业开发新的包装设计，以及由大约 65 名熟练的 Leiss 设计和制造的模具员工。

“作为工具设计和制造方面的服务提供商，我们将自己视为客户的合作伙伴，”Daniel Leiss 在解释公司战略时说。他与父亲 Fritz Leiss 一起管理公司。与客户的密切合作通常始于新包装设计的开发。 “我们越早利用我们的经验帮助该过程，模具制造对所有相关人员来说就越经济。”

这使得 Werkzeugbau Leiss 每年可以制造 250 个新模具，总共大约 1,000 个型腔，以及外围组件，例如吹针、掩模/冲孔或模具/针。

Werkzeugbau Leiss 在其大型现代化设施中管理其大批量生产。精密加工由强大的机床设备完成，其中包括 DMG Mori 的 10 台 CNC 机床。除了两台 CTX 车床外，机床车队还包括五台 DMG Mori DMC V 系列立式加工中心。这包括 DMC 1150 V、DMC 1450 V 以及新的 DMC 1850 V。

这些机器满负荷运转，加工高精度挤压吹塑模具，占 Leiss 生产的 80%。他们的制造工艺范围从冷却系统的钻孔和铣削到粗加工和精加工。 “我们受益于机器的高稳定性和准确性，这使我们能够将精加工工作减少到最低限度，特别是在长行程机器的大型模具领域，”丹尼尔莱斯说，他指的是随后的抛光模具。

DMC V 系列的最大型号于 2018 年 7 月作为现场试验机安装，Daniel Leiss 认为这是完美的补充：“DMG Mori 采用了久经考验的机器概念，以适应加工更大更重的部件时，质量要求越来越高。”立式加工中心在 X 轴上扩展至 1,850 毫米的行程路径，在 Y 轴和 Z 轴上分别扩展至 700 毫米和 550 毫米。最大承重3000公斤。

据 Daniel Leiss 称，DMC 1850 V 非常符合模具制造商的要求。 “机器稳定性适用于 2.5D 加工和钻孔以及 3D 粗加工。凭借其准确性和动态性，该机器在 3D 精加工方面也令人印象深刻，因此适用于工具生产的所有阶段，”他说。仅经过几个月的现场测试，DMC 1850 V 就被用于两班制操作，并且一直可靠运行。

带倾斜台的 VMC

肯塔基州佛罗伦萨市的 Mazak 公司继续扩展其肯塔基州设计和制造的 VMC 生产线，配备 VC-500A/5X 立式加工中心，该加工中心具有耳轴式倾斜台。 VMC 专为通过全五轴加工精确、经济高效地处理小型复杂零件而设计。 VC-500A/5X 加入了 Mazak VMC 的行列，这些 VMC 包括三轴、四轴和五轴加工能力以及用于零件定位和特征检查的板载探测。 VC-500A/5X 配备 Mazatrol SmoothX CNC，可轻松生成复杂零件生产的程序。

该公司表示，VC-500A/5X 的高级功能使其能够确保尽可能短的加工循环时间，特别是在同时进行五轴操作和自由形式模具加工的精细增量程序中。这些功能包括高增益前馈控制、快速旋转轴速度、可变加速度控制和智能型腔铣削。专用齿轮设计软件和计量单元可集成到闭环齿轮加工过程中。

VC-500A/5X 的轴行程可容纳直径达 19.88 英寸（505 毫米）和高度达 12 英寸（305 毫米）的零件。这三个线性轴的快速移动速度为 1,181 ipm (30 m/min)。 VC-500Z/5X 配备高性能 12,000 rpm CAT-40 主轴，用于加工所有常见材料，包括钢、铝和铸铁。可选择15000转和20000转的主轴转速。

一个 60 个工具的 ATC 有助于减少设置时间，允许冗余工具并提供更多的无人值守、不间断操作。该工艺为加工车间提供了一种高精度且具有成本效益的选择，可以使用标准工具加工中小批量齿轮。

单机自动化

由于车间空间非常宝贵，因此小型机器受到广泛重视，自动化可以优化可用空间。用于立式加工中心的单机自动化系统为小型车间提供了一种高效的解决方案，能够通过可扩展、具有成本效益的系统来满足不断变化的生产需求。它们需要最小的占地面积并提供熄灯操作，使机器主轴保持在切割状态，同时操作员可以自由装载新零件、执行质量控制检查或处理各种其他车间任务。

在自动化方面，Mazak 等机床 OEM 意识到一种尺寸并不适合所有人，并继续开发可扩展的自动化系统。此类系统在规模、成本和功能上都可扩展，但提供任何形式的自动化的典型优势——增加机器和劳动力的产出——基本上事半功倍。

以下是 Mazak 如何评估单机自动化的优势。与更广泛的自动化系统相比，单机自动化系统的占用空间要小得多，在许多工作车间的情况下，这就是所有需要的。

今天的单机自动化系统通常是标准化的解决方案，但灵活且可扩展。例如，Mazak 的多托盘池 (MPP) 自动化系统为商店提供了三种不同配置的选项，可容纳 6、12 或 18 个托盘。该系统适用于不同的生产方法，操作员可以将 MPP 系统设置为运行低混合/大批量零件或频繁更换的短版零件。

最初，一家商店可以从由两排三个托盘组成的六托盘 MPP 开始。这个两级系统可以扩展到每排六个托盘，总共有 12 个托盘。对于 18 托盘系统，MPP 将增长到三排六个托盘。无论采用何种配置，MPP 的占地面积仍然很小，节省了宝贵的车间空间。

例如，MPP 六托盘交换器与 Mazak Variaxis i-600 五轴 VMC 配合使用，在提供相同容量的同时，比六托盘直线型系统占用的占地面积少 29%。与 12 托盘系统相比，MPP 减少了 44% 的占地面积。当与 Mazak Variaxis i-700 五轴 VMC 一起使用时，六托盘 MPP 比六托盘线性排列系统小 44%，而 MPP 的 12 和 18 托盘系统需要不到一半的空间。

与其他自动化系统相比，MPP 使用实际的机器托盘，而不是放置在机器现有托盘顶部的附加托盘。 Variaxis i-600 的 MPP 配备一个 400 平方毫米的托盘，在直径高达 600 毫米、高度高达 425 毫米的情况下可承载 300 公斤的最大负载。

Variaxis i-700 MPP 托盘为 500 平方毫米，承载能力为 400 公斤。 MPP 使用与安装在机床上的典型双托盘交换器相同的托盘夹紧系统运行。在 MPP 内，一个伺服驱动的机器人在机器中取放托盘。

MPP 使用与控制 Mazak 广泛的多机 Palletech 自动化系统相同的 Smooth PMC 软件。机床的控制显示在单独的单元控制器单元上运行的软件。 Smooth PMC 软件可让您使用智能手机、PC 或平板电脑从几乎任何地方轻松监控自动化加工系统。该软件还允许车间即时更改计划、管理零件程序文件、跟踪刀具寿命/破损以及向车间发出指令。

更快地从打印到零件

您会期望发明对话式编程的 Hurco Companies Inc. 将成为使用 CNC 加工中心简化从打印到零件的流程的领导者。确实如此。

赫克 VMC 涵盖了所有领域，从 VM CNC VMC 紧凑型超值模型到 VMX 五轴系列机床，对于最大的航空航天零件，DCX 系列双柱加工中心具有 2 和 3 米 X 轴。赫克的 VMC 用于制造汽车、航空航天、医疗设备、能源、注塑工具和模具、运输和电子行业的零件。

在其高端 CNC 加工中心上，赫克提供双屏控制，以实现更快、更轻松的加工。例如，数据块搜索可帮助操作员编辑零件程序以纠正特征。程序员不用逐行搜索，而是使用图形屏幕选择需要编辑的零件特征，然后在另一个屏幕上显示相应的代码行，以便快速进行更改。

Hurco 的并发编程功能通过双屏控制得到增强。当加工中心运行一个零件时，操作员可以在不中断加工循环的情况下对下一个零件进行编程。

DXF Transfer 允许操作员导入 CAD 图像，选择所需的功能，WinMax CNC 控制自动创建程序。可以使用赫克的验证图形系统在屏幕上检查零件程序，该系统包括带有动态旋转和实时刀具显示的刀具路径的 3D 实体渲染，因此可以从任何角度查看零件，而无需重新绘制它.

最近的赫克控制和软件功能旨在简化从优化周期时间到捕获工具信息的所有工作。 UltiMotion 可将循环时间缩短多达 30%，据 Hurco 称，这显着提高了表面光洁度质量。

UltiMonitor 允许从任何网络浏览器远程监控机器，或者可以通过机器上的 USB 摄像头查看控制屏幕或视频。绝对刀具长度允许刀具设置独立于零件和机器。因此，刀具信息只需采集一次，即可在其他加工中心上使用该刀具，方便离线对刀仪的使用。此外，换刀优化分析零件程序，并通过重新排列程序自动减少换刀次数，以实现最佳效率。

成熟的 VMC 功能

马萨诸塞州萨德伯里 Methods Machine Tools Inc. RoboDrill 产品经理 Ken Corklin 说，熟悉的 FANUC RoboDrill 模仿立式加工中心执行铣削、钻孔、攻丝、端面加工、开槽和开槽的能力——VMC 可以做的所有事情。

“RoboDrill 与 20 x 30” 和 20 x 40” VMC 的竞争非常好，可以完成与 40 锥度 20 x 30” VMC 相同的工作量，而且速度快 15-50%。原因是快速换刀、快速开关主轴和高加速度电机。即使 40 锥度可以进行更重的粗加工，RoboDrill 在开槽、攻丝、钻孔、型腔加工和圆弧插补方面也能胜过它们。粗加工时，RoboDrill 通常快 15%；无需粗加工即可提高 20-40%，”他说。

北美安装了 7,000 多台 RoboDrill，其中大约一半在加工车间，一半在特定行业的车间。应用包括航空零件的铝材的高速加工、医疗零件和枪械零件的钛和钴铬合金以及一般工程。

“BIG Plus 主轴技术为 30 锥度 C 型框架式 RoboDrill 提供了表面接触面积，使其能够以闪电般的速度进行更重、高质量的切削——这是 40 锥度机器无法匹配的，”说科克林。 “例如，RoboDrill 能够使用进给率为 200 ipm (50 m/min) 或更高的高速球头立铣刀进行典型的模具加工或医疗应用，因为它具有快速的加速/减速率。”

RoboDrill 提供三种尺寸：短床、中床和长床，配备最新的 FANUC 31i-B5 Nano CNC 控制。短床型号的 X/Y/Z 行程为 300 x 300 x 300 mm；中型为 500 x 400 x 330 毫米；和 700 x 400 x 330 毫米的长床。所有三种型号的快速移动速度均为 2,125 ipm (54 m/min)。 BIG Plus 主轴转速为 10,000 rpm 和 24,000 rpm，配备 21 把刀具 ATC。

RoboDrill 的最新添加包括用于转塔的伺服电机，可减少循环时间，以及 Ai Overlap 等功能，它允许弧半径在 Z 轴上移动以减少循环时间，而不是需要停止的 90º 角。 FANUC 的触摸屏 iHMI 控件允许更多应用程序的使用，例如 Renishaw 的 Go Probe。

RoboDrills 旨在与 FANUC 机器人无缝匹配，用于标准自动化包或定制自动化解决方案。 Methods 在新的 Plus 系列中拥有许多标准的“螺栓固定”自动化解决方案，包括 Plus K。

Plus K 允许 RoboDrill 通过扩展的自动换刀装置和自动托盘更换装置在无人值守的情况下运行。据该公司称，定制自动化解决方案多年来一直是 Methods Automation 的重点。

使用 FANUC 31iB5 控制，RoboDrill 具有五轴能力。 AICCII 和千块前瞻等选项使其能够进行高速轮廓加工和加工。根据 Corklin 的说法，它的尺寸和 1.5 g 的加速度使其具有高度可操作性，并且与标准 VMC 相比，能够将周期时间缩短 15-50%。

线性和 Box Way VMC

许多机床制造商现在完全倾向于直线导轨机床。但位于新泽西州 Pine Brook 的 Doosan Machine Tools America 提供线性和箱形 VMC，提供了广泛的加工选择。

DNM 系列采用线性导轨、BIG Plus 40 和 50 锥度主轴（斗山 VMC 的标准配置），主轴转速为 8,000-15,000 rpm。 S 型号配备 15,000 rpm 和更快的急流。 X 轴行程范围从 20.5 英寸到 85 英寸（520-2,160 毫米）。

对于较硬材料的重型加工，Mynx 系列采用箱式设计、BIG Plus 40 和 50 锥度主轴，根据型号不同，配备齿轮头或直接驱动，转速范围为 6,000 至 12,000 rpm。

对于生产车间，型号包括带有旋转托盘更换器的 VC 系列，以及带有双主轴和两个工具更换器的 DMP 500/2SP。 DMP 有一个 47.2 x 20.5 英寸（1,200 x 520 毫米）的工作台和一个多达 40 个刀库，每个主轴都可以使用，其占地面积与单主轴机床大致相同。每个主轴都可以通过 W 轴进行微调，以避免完美对齐工件夹具或夹具高度。

斗山的五轴立式包括带有集成到机器平台中的两轴耳轴工作台的 DNM。该机器配备旋转工作台和直接驱动、40 锥度、12,000 rpm 主轴，比标准 VMC 更上一层楼。

最后，DVF 五轴机床提供了更完全集成的解决方案，具有悬臂式五轴或耳轴式工作台。 VCF 系列五轴固定工作台 VMC 提供更多的零件范围，因为机器行程和工作台尺寸更大。附加轴位于 B 轴旋转头主轴或内置的桌面旋转轴中。

评估高级 VMC 的清单

上市的最新立式加工中心型号具有先进的功能、结构属性和组件，有助于提高可靠性和效率水平，这在 VMC 上是前所未有的。根据为北美金属切削业务及其全球分支机构提供加工解决方案的 Ellison Technologies 的说法，以下是您希望将其纳入下一个 VMC 的一些新特性和功能。

有关良好 VMC 特性的讨论，请参阅“新一代 VMC 比以往更高效、更高效”，制造工程，2017 年 6 月，其中包括以下信息：“审查机器的构造方式，以便在 10、15 甚至 20 年内，它仍然像您安装它的那一天一样准确地运行。检查制造商是否使用有限元分析 (FEA) 为其主轴头、底座、立柱和鞍座设计铸件。这个想法是在机器的工作范围之外获得结构的自然谐波。

“还要确保使用的铸造方法获得了 Meehanite Worldwide 组织的许可。这一专利工艺需要最高质量的生铁程序，在机器的整个生命周期内提供长期的刚性、重型切削能力和适当的减振。

“优质机器的其他构造亮点包括一个拱形金字塔柱，它是手工刮到床身上的，使两个铸件的行为几乎像一个，同时确保机器几何形状紧凑，反映了零件的精度。高质量陶瓷主轴轴承、双锚定预紧滚珠丝杠和直线滚子运动导轨是需要考虑的其他结构方面。滚柱导轨的刚度是滚珠轴承运动导轨的三倍，寿命是滚珠导轨的两倍。

“在结构合理的情况下，仔细检查附加组件，例如主轴、冷却系统和切屑输送机构。所有这些都有助于提高效率。寻找双接触主轴（锥度/面）等功能，例如 BIG Plus、刀具负载监控、主轴中心冷却液和自适应进给率控制，以实现最佳刀具应用和循环时间。此外，了解机器如何设计用于处理热量。可以说，近年来最大的进步是各种热稳定性改进的应用。”