立式加工中心技术拓展应用大幅提升生产力

先进机型持续拓展VMC车间应用边界

具备先进特性功能的立式加工中心（VMC）正赢得车间CNC设备阵容中更高产成员地位。今日VMC挑战“只能归属车间鲜少造访阴暗角落或局限于二次加工”观念。VMC传统上比卧加（HMC）低价但缺乏生产能力。

一定程度上，最新先进技术加入使VMC缩小生产力差距，在航空航天、医疗、能源等高要求行业高速高精应用中获竞争优势。VMC功能随四五轴工作台叠加/转台配置、多托盘换刀、更多刀具、高速主轴显著增强。VMC能加工最复杂工件：喷气发动机叶式转子、发电涡轮叶片、大型航空航天部件、精密模具。

模具VMC案例研究

Werkzeugbau Leiss GmbH公认世界领先最成功挤出吹塑模与拉伸吹塑模生产商之一。德国上弗兰肯Ludwigsstadt公司与客户紧密合作，为食品、医药、化工、汽车、化妆品行业开发新包装设计，约65名熟练Leiss员工设计制造模具。

“作为工具设计制造服务商，我们视自己为客户合作伙伴，”Daniel Leiss阐述公司战略。与父Fritz Leiss共管。客户紧密合作常始于新包装设计开发。“我们越早用经验介入，对所有相关方模具制造越经济。”

这使Werkzeugbau Leiss年产250套新模，总计约1000型腔，及吹针、面罩/冲头、模/针等周边部件。

Leiss在大型现代化设施管理高产量生产。精密加工由强大机床舰队完成，含DMG Mori十台CNC机床。除两台CTX车床，舰队含DMG Mori DMC V系列五台立加。含DMC 1150 V、DMC 1450 V及新款DMC 1850 V。

机床满负荷加工高精度挤出吹塑模，占Leiss产量80%。制造工艺涵盖冷却系统钻铣至粗精加工。“受益于机床高稳定性与精度，使我们将精加工降至最低，特别是长行程机大型模具领域，”Daniel Leiss指后续模具抛光。

DMC V系列最大机型2018年7月作为现场测试机安装，Daniel Leiss视为完美补充：“DMG Mori将验证机床概念适配加工更大更重组件日增质量需求。”立加X轴行程扩至1850mm，Y/Z轴分别700/550mm。最大载重3000kg。

Daniel Leiss称DMC 1850 V理想匹配模具制造商需求。“机床稳定性适用2.5D加工钻削与3D粗加工。凭精度动态，3D精加工同样令人印象深刻，故适用工具生产所有阶段。”仅几月现场测试后，DMC 1850 V投入双班运行并持续可靠表现。

带倾斜工作台VMC

Mazak Corp.（肯塔基Florence）持续拓展肯塔基设计制造VMC线，推出VC-500A/5X立加，配转台式倾斜工作台。VMC专为小型复杂零件全五轴加工精准高效设计。VC-500A/5X加入含三/四/五轴加工能力、车载探测定位零件特征检测的Mazak VMC家族。VC-500A/5X搭载Mazatrol SmoothX CNC，易于生成复杂零件生产程序。

VC-500A/5X先进功能确保最短加工循环时间，特别是同时五轴运行与自由曲面模具加工的微增量程序。含高增益前馈控制、快速旋转轴速度、变加速度控制、智能型腔铣削。专用齿轮设计软件与计量单元可集成闭环齿轮加工工艺。

VC-500A/5X轴行程适配直径19.88英寸（505mm）、高12英寸（305mm）以内零件。三线轴快移1181ipm（30m/min）。VC-500Z/5X配高性能12000rpm CAT-40主轴加工钢/铝/铸铁等常用材料。可选15000/20000rpm主轴。

60工位ATC减少设置时间、允许冗余刀具、增加无人连续运行。此工艺给职业车间高精度低成本选项用标准刀具加工中小批量齿轮。

单机自动化

车间空间溢价下，小占地机床备受重视，能优化可用空间的自动化亦然。立加单机自动化系统为应对多变生产需求的小车间提供可扩展、具成本效益、占地最小、实现无人运行的高产方案，让主轴持续切削而操作员腾出手装载新零件、质检或处理其他车间任务。

自动化方面，Mazak等机床OEM认识到一码不通吃，持续开发可扩展自动化系统。此类系统在尺寸、成本、能力可扩展，却提供自动化典型收益——机床与人工产出增加——本质上以少做多。

Mazak如何衡量单机自动化收益：对比大规模自动化系统，单机自动化占地大幅更小，许多职业车间仅此所需。

今日单机自动化系统典型为标准化方案，却灵活可扩展。如Mazak多托盘池（MPP）自动化系统给车间三种配置选项：6/12/18托盘。系统跨生产方式工作，操作员可设MPP跑低混高量或频繁换型短流程零件。

初期车间可从两排三托盘的六托盘MPP起步。两层系统可扩展每排六托盘共12托盘池。18托盘系统MPP增至三排六托盘。无论配置，MPP占地尺寸保持小，节省宝贵车间空间。

MPP六托盘换刀配Mazak Variaxis i-600五轴立加，占地比六托盘线性系统少29%同容量。对比12托盘系统MPP减少44%占地。配Mazak Variaxis i-700五轴立加，六托盘MPP比线性六托盘小44%，MPP 12/18托盘系统所需空间不足一半。

区别于其他自动化系统，MPP用实际机床托盘而非额外托盘置于机床现有托盘上。Variaxis i-600 MPP配400mm²托盘，最大载重300kg，尺寸至直径600mm、高425mm。

Variaxis i-700 MPP托盘500mm方、载重400kg。MPP用同典型双工位换刀装机床的托盘夹紧系统。MPP内伺服驱动机器人拾放托盘进出机床。

MPP用同控制Mazak大型多机床PALLETECH自动化系统的Smooth PMC软件。机床控制器显示运行于独立单元控制器的软件。Smooth PMC软件让车间用智能手机/电脑/平板近乎随处监控自动化加工系统。软件也支持即时改排程、管理零件程序文件、追踪刀具寿命/断刀、下达车间指令。

从图纸到零件更快

发明对话式编程的Hurco Companies Inc.理应在用CNC加工中心从图纸到零件加速上领先。的确如此。

Hurco VMC覆盖从VM紧凑高性价比型到VMX五轴系列、最大航空航天零件DCX双立柱系列（2/3米X轴）。Hurco VMC用于汽车、航空航天、医疗设备、能源、注塑工具模具、运输、电子行业制造零件。

高端CNC加工中心Hurco提供双屏控制器加速处理。数据块搜索助操作员编辑零件程序修正特征。如不搜代码行，程序员用图形屏选需编辑零件特征，对应代码行现另一屏显示快速修改。

Hurco并行编程功能随双屏控制器增强。加工中心跑一个零件时，操作员可编程下个零件不中断加工循环。

DXF传输允许操作员导入CAD图像、选所需特征，WinMax CNC控制器自动创建程序。零件程序可经Hurco验证图形系统屏幕核对，含刀路3D实体渲染、动态旋转、实时刀具显示，可任意角度查看零件无需重绘。

近期Hurco控制软件功能旨在精简从优化循环时间到捕获刀具信息一切。UltiMotion缩短循环时间达30%，Hurco称显著提升表面光洁度质量。

UltiMonitor允许任意网页浏览器远程监控机床，或看控制器屏幕/机床USB摄像头视频。绝对刀长使刀具设置独立于零件与机床。结果刀具信息仅需采集一次，允许刀具用于其他加工中心，便利离线刀具预调。此外，刀具更换优化分析零件程序自动通过重排减少换刀次数以达最优效率。

全功能VMC实力

熟悉的FANUC RoboDrill模拟立加铣削、钻削、攻丝、面铣、型腔、开槽——VMC一切能做的事，”Methods Machine Tools RoboDrill产品经理Ken Corklin说。

“RoboDrill与20×30英寸和20×40英寸VMC竞争极好，能做40锥度20×30英寸VMC同等工作量且快15-50%。原因：快速换刀、主轴快速启停、高加速度电机。即使40锥度能做较重粗加工，RoboDrill在开槽、攻丝、钻削、型腔、圆插补上胜出。粗加工通常快15%；无粗加工快20-40%。”

北美装机超7000台RoboDrill，约半职业车间半行业专用车间。应用含航空航天铝高速加工、医疗钛/钴铬、枪支零件及通用工程。

“BIG Plus主轴技术赋30锥度C框RoboDrill接触面积，使其能以闪电速度承担更重高质量切削——40锥度机难匹敌，”Corklin说。“如RoboDrill能以200ipm（50m/min）进给率用高速球头铣刀做典型模具/医疗应用，因其快速加减速率。”

RoboDrill三规格：短/中/长床身，最新FANUC 31i-B5 Nano CNC控制。短床X/Y/Z行程300×300×300mm；中床500×400×330mm；长床700×400×330mm。三机型快移速率均2125ipm（54m/min）。BIG Plus主轴10000/24000rpm，21工位ATC。

RoboDrill最新增项含伺服电机驱动刀塔减少循环时间、Ai Overlap等功能（允许Z轴圆弧半径移动替代需停顿的90°角减少循环时间）。FANUC触屏iHMI控制器支持应用增长，如Renishaw Go Probe。

RoboDrill设计与FANUC机器人无缝匹配标准自动化包或定制自动化方案。Methods新Plus系列含多标准“螺栓式”自动化方案，含Plus K。

Plus K让RoboDrill经扩展自动换刀器与自动托盘换刀无人运行。Methods Automation多年聚焦定制自动化方案。

FANUC 31iB5控制下RoboDrill具五轴能力。AICCII、千程序块前瞻等选项使其能高速轮廓加工。尺寸与1.5g加速度使其高机动性，按Corklin较标准VMC循环时间减15-50%。

线轨与硬轨VMC

许多机床制造商现专向线轨机。但Doosan Machine Tools America（新泽西Pine Brook）提供线轨与硬轨VMC，给宽加工选项。

DNM系列采用线轨，标配BIG Plus 40/50锥度主轴，转速8000-15000rpm。S机型配15000rpm更快快移。X轴行程20.5-85英寸（520-2160mm）跨机型。

硬材料重加工用Mynx系列，箱轨设计，BIG Plus 40/50锥度主轴视机型配齿轮头或直驱，6000-12000rpm范围。

量产车间机型含VC系列旋转托盘换刀、DMP 500/2SP双主轴双换刀器。DMP工作台47.2×20.5英寸（1200×520mm），单主轴同等占地下每主轴约40工位刀库。各主轴可微调W轴避免工装/夹具高度完美对齐需求。

Doosan五轴立加含DNM集成双轴转台。旋转工作台配直驱40锥度12000rpm主轴，提供超越标准VMC的进阶。

最终，DVF五轴机提供更全集成方案，含悬臂式五轴或转台式工作台。VCF系列五轴固定工作台立加提供更大零件范围，因机床行程与工作台尺寸更大。额外轴在B轴旋转头主轴或内置工作台上方旋转轴。

先进VMC评估清单

上市最新立加机型具备先进特性、结构属性、组件，贡献前所未有的VMC可靠性效率水平。据为北美金属切削运营及全球分支机构提供加工方案的Ellison Technologies，以下是您下台VMC将想纳入的较新特性能力：

有利VMC特性讨论参考“新一代VMC比以往更高产高效”，Manufacturing Engineering，2017年6月，含此信息：“审视机床构造使10、15甚至20年后仍如安装日般精准运行。检查制造商是否用有限元分析（FEA）设计主轴头、底座、立柱、鞍座铸件。旨在让结构固有谐波在机床工作范围外。”

“也确保铸造方法获Meehanite全球组织许可。此专利工艺要求最高质量炼铁程序，提供长期刚性、重切削能力、机床寿命期内适当振动阻尼。”

“优质机床其他结构亮点含拱形金字塔立柱手工刮研配合床身，使两铸件表现近似一体，也确保紧致机床几何反映零件精度。高质陶瓷主轴轴承、双锚预紧滚珠丝杠、滚柱直线运动导轨为其他考量结构层面。滚柱导轨刚性三倍、寿命双倍于球轴承导轨。”

“在可靠结构基础上，审视主轴、冷却系统、排屑机制等额外组件。所有这些贡献效率。找双面接触主轴（锥/端面）如BIG Plus、刀具负载监测、中心出水、自适应进给控制以达最优刀具应用与循环时间。进一步理解机床如何处理热量。可说近年最大进步是多种热稳定性改进应用。”