在多主轴上将 CNC 提升到新的水平

CNC 技术从根本上改变了多轴机床的加工性质。每个分度站的刀架和刀架的运动由 CNC 伺服电机在程序指令下控制，而不是由机械凸轮系统控制。除了这些机床所关注的所有车削操作之外，还可以在每个工位执行一系列非车削操作，例如铣削、钻孔、攻丝和滚齿。在 CNC 多主轴上一次通过即可完成各种零件。此外，由于可以重新编程而不是通过生产和安装一组新的凸轮来更改工具运动，因此设置和转换也大大简化了。

ZPS America LLC（印第安纳州印第安纳波利斯）的 Mori-Say 多主轴 TMZ 系列的创新开发有望将 CNC 在此类机床上提升到一个新的水平。其中一项发展是一种新的驱动系统，该系统允许对每个主轴的 C 轴转速进行独立编程。此功能允许用户优化特定加工操作的主轴速度。它使 CNC 操作更加灵活和高效，同时进一步简化了设置和转换。开发人员说，更重要的是，现在可以在多轴上高效、经济地生产新型零件。该范围包括通常在车/铣床或多机生产单元上生产的零件。需要多种高精度车削和非车削步骤的复杂零件可以一次完成，无需大批量运行即可实现这种经济运行。

新一代多主轴由两种不同的型号组成。 Mori-Say TMZ642 是一种六轴版本，于去年 9 月在芝加哥举行的 IMTS 2008 上被引入北美市场。 Mori-Say TMZ867 是用于更大零件和更重切削的八主轴版本，将于 2009 年 4 月在俄亥俄州哥伦布市的精密加工技术展 (PMTS) 上推出。（有关此机器的详细信息，请参见下面的方框.)

新颖的驱动概念

这些机器中采用的新驱动系统遵循不同寻常的设计理念。据 ZPS America 执行合伙人兼总裁 Olaf Tessarzyk 介绍，正是这种驱动系统使这些机器与其他多主轴设计不同。驱动系统利用一个复合驱动轴为转鼓中的所有主轴提供动力，但每个主轴都可以设置为以不同的速度运行。可用速度范围为 2,000 至 6,000 rpm。用户可以选择最适合在每个工位执行的操作的速度，从而避免因传统多轴设计所要求的对每个主轴应用单一速度而对刀具性能、表面光洁度或整体循环时间造成影响。

从机器后部到前部只有一个传动轴，如何实现多个主轴以不同的速度运行，这是其他同类机器无法实现的壮举？驱动主轴的“轴”实际上是一组伸缩管——每个主轴一个管子，如右图所示。

管子的长度不等——最里面的最长，最外面的最短。在机器的电机侧，管与管之间的长度差异足以使每组驱动电机的皮带轮、皮带和齿轮连接起来，而不会干扰下一个管。因此，每个管子都可以连接到它自己的驱动系统。驱动电机是伺服驱动的，因此相应的主轴将以 CNC 程序中为所执行的操作设置的速度旋转。在机器的切割侧，管子的长度同样是“阶梯式”的，每个管子末端的齿轮将旋转运动传递到其特定的主轴。管组件内的轴承允许所有管以最小的摩擦旋转。

从技术角度来看，据说这种驱动系统有几个好处。最重要的是使驱动电机组产生的热量远离主轴鼓。这提供了热稳定性，而无需复杂的冷却系统。此外，这种设计确保主轴始终保持与其各自驱动电机的连接，而无需在每个分度循环结束时必须断开或重新连接的复杂电源触点。这意味着滚筒不必“展开”到其原始位置，以避免将任何电力电缆缠绕在滚筒内的驱动轴上。事实上，这些新型号上的滚筒可以向任一方向旋转。

不是 一个熟悉的名字

美国的大多数机床用户对 Mori-Say 这个机床品牌并不十分熟悉。 ZPS-America 及其母公司 TAJMAC Group 也可能不熟悉。 TAJMAC（发音为 TIE-mack）是一家跨国集团，由机床制造、分销和采购公司组成，总部位于意大利米兰附近。 TAJMAC 由 Amedeo Tajariol 在二战后成立。他的儿子安德里亚现在领导公司总部的管理团队。 Andrea Tajariol 的儿子 Michele 在捷克共和国经营着 TAJMAC-ZPS 工厂。

ZPS（捷克语首字母缩写词，意为“精密工程工厂”）是 TAJMAC 集团的主要制造工厂。它位于捷克共和国中心的小城市兹林不远处。多年来，ZPS一直为多家美国和日本知名公司生产各种类型的自有品牌机床。因此，虽然 ZPS 可能不熟悉，但很可能很多美国客户都熟悉这些其他品牌的机器。

ZPS 的机床制造历史可以追溯到 1900 年代初期。数控设备的生产始于 1980 年代。铁幕倒下后，ZPS 经历了几次所有权变更。 TAJMAC于2000年收购了该公司。

ZPS 综合体的一部分包括欧洲最现代化的铸造厂之一。这家铸造厂为多轴机床以及许多其他 ZPS 型号和众多外部机床制造商生产铸件。拥有一家特别擅长浇注机床铸件的铸造厂是该集团的一项重要资产。新的多主轴就是一个很好的例子。

Michele Tajariol 说，具体来说，中心块的设计对整个机器结构的刚性和精度有很大贡献，它需要一种相当复杂的铸件，很少有铸造厂可以可靠且经济地生产。这种铸件允许将鼓、中心块和鼓联轴器组装成允许鼓在动力下旋转并在齿轮和轴承中断裂的配置。这些部件仅在此磨合期后作为整体组件进行精加工。这包括主轴孔的最后步骤，这些步骤在大型高精度坐标镗床上完成，同时带有 Hirth 联轴器的鼓在铸件中就位。据说这种方法可以实现几乎完美的主轴对中。结果是高精度定位作为主轴分度，使机器能够对复杂工件进行高精度加工。

自 1950 年代以来，ZPS 一直在生产多轴。大约 20 年前，该公司曾计划进入美国市场，但这些努力从未付诸实施。然而，Tajmac-ZPS 最近恢复了在美国的营销计划。 ZPS-America 最初成立于 2000 年年中，在印第安纳波利斯建造了一个新的技术中心，以容纳陈列室、培训设施、备件库存和服务机构。该中心于去年开业。

思维弯曲机

Tessarzyk 先生认为，具有扩展 CNC 功能的多主轴机床将引发对如何应用此类机床的重新思考，但它们必须具有成本竞争力和可靠性。在他看来，这对美国公司来说是一种健康的做法，因为它们具有适应新想法的悠久传统。快速重新思考流程和实践以利用新发展的商店通常比他们思维迟缓的商店有明显的优势竞争对手。这种思维敏捷和足智多谋使最好的商店和工厂保持领先地位。新的 Mori-Say 机器可能会再次挑战车间，让他们思考高效零件生产的新可能性。

Tessarzyk 先生说，这些令人费解的机器将吸引两类不同的潜在用户。两者都将受到这些机器的挑战。显然，一类是当前多轴用户的社区。他们面临的挑战将是掌握如何在这些机器的一个设置中完成需要大量非车削操作的零件。另一类潜在用户包括现在在多机单元、车床/铣床或旋转传送机上制造此类工件的生产车间。这些车间面临的挑战是首先考虑使用多轴机床。这种类型的机器在很大程度上被忽视了，因为设置被认为是复杂且耗时的。传统思维认为这种多主轴适用于大量车削零件。

新策略是可能的

Mori-Say TMZ642 CNC 的一些早期适配器的配置文件显示了这些机器如何更好地改变生产策略。一家是焊接配件制造商，将生产从机械多轴和高端车/铣床转移。另一个是传统的螺丝机厂，已经扩展到更复杂的难加工材料工件。

Trafimet 是一家意大利公司，生产手电筒、电源连接器、易损件和其他焊接相关用品，销往世界各地。它的主要工厂位于米兰以北约一小时车程的文森察。这家工厂每年生产数百万个零件，其中大部分是由铜或黄铜制成的连接器、插座、适配器和焊枪头。

多年来，该公司依靠两种截然不同的机床来实现其生产目标。一侧是多轴机床——两台机械式八轴机床和四台机械式六轴机床，均专用于在大批量生产中生产复杂零件。另一边是几台单主轴、三刀塔车/铣床，用于在较短的时间内生产不太复杂的零件。

2006年，公司电源插座和插头的需求量大幅增加。其工程师最初考虑使用 8 轴自动车床进行套筒生产，但他们担心零件之间的快速转换能力，并决定考虑使用 CNC 多轴机床。公司所有机械式多轴主轴均由 ZPS 提供，因此自然要考虑这家制造商的 TMZ642，它刚刚在欧洲推出。它似乎是处理 10,000 到 50,000 件的多样化产品组合的合适机器。

Trafimet 的工业工程师 Ugo Simioni 说：“TAJMAC 帮助我们以不同的方式思考我们的流程，从而获得更好的结果。”例如，每个主轴的独立性使得可以执行多种类型的加工，包括需要主轴停止或独立定向的 C 轴主轴的操作。 “这使得这台机床成为真正完整的车铣中心，”Simioni 先生说。

“在困难时期，我们发现我们可以将一些产品转移到 TMZ 多主轴上并处理较小的批量，同时减少每个零件的循环时间，”Simioni 先生说。 “我们的一个零件在单主轴车/铣床上运行，循环时间约为 1 分钟。稍加规划后，我们发现我们可以以 5,000 到 12 秒的循环时间批量经济地完成相同的零件——新机器每周更换 3 次。” Trafimet 工程师已经确定 15 秒的循环时间可以使其经济地生产 10,000 到 20,000 件。 “独立的主轴驱动和先进的驱动系统、额外轴的使用和其他改进使机器的用途非常广泛，它使我们能够找到降低产品成本的新方法，”他指出。

BRB 位于意大利贝加莫附近，是传统螺丝加工车间向难加工材料制成的复杂、高精度零件过渡的一个很好的例子。这家商店于 2008 年 9 月购买了第一台 Mori-Say TMZ642。

有了这台机器，该车间就赢得了不锈钢复杂液压套筒的订单。该零件要求以与零件中心线不同的角度钻几个小直径的十字孔。由于这些斜角十字孔的公差很小，因此机器的刚性尤为重要。

另一个关键特性是每个主轴能够牢固地夹紧工件，以便在不锈钢上进行有效的高扭矩加工操作。例如，使用三点铣刀在零件的一端形成槽。通常，此类特征将使用圆锯片产生。然而，没有锯片能够以满足循环时间要求所需的切割速度处理不锈钢。事实上，这些零件的循环时间非常短，以至于该公司开发了一个特殊的测量站，以便操作员可以进行足够的零件取样并记录为该零件指定的高 Cpk 值。

BRB 认为其未来与生产此类零件有关。由于这些零件通常不是在多轴机床上生产的，因此该车间认为与寻求在 CNC 车床上生产此类零件的公司相比，它具有很强的竞争力。

历史机遇

加工车间和生产车间可能会面临一个不同寻常的情况。不断上升的生产成本和其他因素使得从海外工厂采购许多零部件变得不那么有利了。买家将在国内寻找有能力的生产商，这些生产商可以利用新技术、更简单的物流、更低的运输成本和更好的沟通来填补这一空白。但是，它们仍需要接近“中国价格”才能在其全球市场上保持竞争力。

Tessarzyk 先生认为，这种不断发展的形势为迅速采用新的加工发展的公司提供了绝佳的机会。当然，他考虑的零件加工策略利用了公司多主轴的灵活性和能力，但这只是技术转变需要转变观念和思维的一个例子。螺丝加工车间将不得不成为短周期和短周转时间的 CNC 生产供应商。同样，CNC 车间将不得不从依赖进行复杂切割操作的简单机器转变为充分利用简单运动的更复杂机器。

适用于大型、坚固零件的八轴模型

虽然 Mori-Say TMZ867 在 PMTS 上首次亮相北美（2009 年 4 月 28 日至 30 日，www.pmts.com），但其中一款型号已经在 TAJMAC-ZPS 展厅展出意大利米兰地区。这台机器用于演示和验证客户零件。最近测试的一个零件体现了这台机器的能力，并强调了多轴加工应用正在朝着新的方向发展。

该零件为不锈钢转向柱组件。工件材料的高镍和铬含量要求主轴具有高扭矩。该零件以前是在重型瑞士型（滑动主轴箱）车床上生产的。在这台“单点”机器上，循环时间为 60 秒。在多轴上为 16 秒。两种类型的机器一次完成零件。据 Tessarzyk 先生介绍，多主轴与瑞士型车床一样精确。

对于多主轴生产来说，这是一个异常大的零件。然而，TMZ867 可容纳直径达 72 mm 的棒料，并作为前开式卡盘机运行。标准功能包括八个独立的、交流驱动的 CNC 水平主轴；八个独立的复合幻灯片（X 和 Z）；八个独立的工具架，配备八个 12,000 转/分钟的驱动工具；五个后加工工具（三个驱动）；以及一系列标准的、可预设的 VDI 工具。

驱动系统遵循其六轴小兄弟 TMZ642 所采用的相同原理。机器的八个主轴中的每一个都通过复合轴连接到其自己的电机进入主轴鼓，该主轴鼓采用精确的 Hirth 联轴器。这样就无需在每个 360 度循环结束时对滚筒进行反向索引；每次分度时将电机连接和断开主轴；或冷却滚筒以散发主轴电机产生的热量。