立式加工中心的优势

立式加工中心供应商乐观地展望 2022 年。他们期望更多地使用自动化并提高对使用三轴以上设备进行加工的好处的认识。

据设备制造商称，通过一两次设置获得工件的更多侧面只是 VMC 价值主张的一部分。在机器前使用机器人实现自动化，或添加旋转轴有助于确保生产力，而了解机器运动学（机器如何随时间移动）是再现性的关键。

广泛的选择范围，从更简单的三轴机器到五轴机器（包括 3 加 2 以及较小程度的连续版本），为车间提供了大量机会，让 VMC 能够应对小批量和大批量运行.生产再造零件的机会提供了另一种激励。

VMC 生意不错

首先，尽管围绕 COVID-19 大流行的不确定性和混乱的政策拖入了动荡的第三年，但对 VMC 的需求仍然强劲。然而，供应不足为奇。

“这个行业非常火爆，”位于伊利诺伊州霍夫曼庄园的 DMG Mori USA 国家工程部总经理 Jeff Wallace 断言。我们卖的是被搞砸的东西。好问题是，我们正在出售我们拥有的一切；糟糕的问题是四到六周的交货时间已经延长到四到六个月。”

华莱士说，VMC 在多种应用中都很受欢迎，即使在“一些小批量生产中心，我们正在那里制造一些简单的棱柱形零件。就连立式三轴机床也需求量很大。”

鉴于疫情只会加剧劳动力短缺，VMC 的自动化已成为主要问题。

“我们经常看到垂直轴可能会改装旋转轴，这样我们就可以到达零件的不止一侧。客户希望尽可能多地实现自动化——甚至自动化一些三轴立式加工中心。添加一个旋转轴甚至一个双旋转轴，以便能够将零件翻转并到达另一侧，这样我们就不必将它从虎钳上拆下来带到另一个虎钳上——无论是在那台机器上还是在另一台机器上机器——现在很流行。客户正在研究如何优化这些 VMC 并从中获得更高的生产力。

“VMC 的好处是它们相对便宜且易于设置。您将它们放在地板上，并且大多数都有三点调平系统。对于客户来说，进入 VMC，尤其是短期生产，是非常划算的。我们几乎所有产品的需求都很高——这对整个行业都有好处。我们不是唯一的；所有其他建筑商都看到了类似的情况。馅饼很大，我很高兴这个行业很健康。”

使用其 ROI 计算器，DMG Mori 帮助说明其 VMC 如何帮助商店提高他们的底线——尤其是“在所有回流的情况下。我们看到很多产品重新回到美国——过去 20 年我们在海上购买的低成本棱柱形零件。中小型商店在制造这些商品组件方面变得非常高效——VMC 非常适合做这些事情。

“需要注意的是人力以及是否要实现自动化：是将简单的机器人放在机器前面还是放在旋转轴上？我们在 DMG Mori 内部有一个自动化小组，协作机器人开始在这些 VMC 平台上起飞。我们甚至不必在门上添加像气缸这样简单的东西；我们会让机器人开门。”华莱士说，通过采取这些措施，客户的产量提高了 5% 到 6%。

他总结道，多轴 VMC 在美国的占有率越来越高——事实上，DMG Mori 的销售额在过去几年中增长了十倍。他说，欧洲最初在采用方面具有优势，但“在典型的美国时尚中，一旦我们醒来，就像，‘好吧，让开。’美国已经醒来，再次主要是受劳动力问题的驱动。由于人们不想做这项工作，或者我们找不到人才，你如何尽量减少与机器的互动来制造零件？这就是多轴发光的地方。如果我能正确地准备我的酒吧，我可能永远不必再碰那个部分，直到它完成。”

促进自动化是该公司的 Celos 人机界面控制，它允许机器操作员快速操纵一系列机器人来执行各种任务。 “我们开发了一些应用程序，如果您将机器人放在机器前，操作员不必是机器人程序员。有一个拖放式图形用户界面可帮助操作员编程。我们的目标是将这项技术交到人们手中，这样他们就不会对自动化感到警惕，而是对它感到满意。”

VMC 的优势

三井精机首席运营官 Bill Malanche 解释说，VMC 通常更易于安装，“通常可以在更短的时间内启动并运行，并减少对日常业务的干扰”。 “它们的尺寸通常也比许多水平设备小，从而减少了宝贵的工厂占地面积的整体使用。我们的机器设计让商店和大型工厂在更小的平台上拥有更多的能力。在我们的 Vertex 系列 VMC 中，Y 轴提供比 X 轴更大的行程，从而使机器的整体宽度更小。大多数 VMC 通常比深度更宽。”

Malanche 回忆说，在他的职业生涯中，他在美国和国外的公司安装了数十台立式机器。 “直到今天，我仍然偶尔会在贸易展览会上遇到一位客户，他记得我安装了他们的机器，并说他们仍然拥有它，而且它仍然拥有十分之几。”

他指出，三井精机强调夹具孔式机器，其设计目的是在紧凑的工作范围内具有超高精度，使其成为高美元、小批量生产的理想选择。

“我们有一位客户正在生产需要极其严格公差的复杂航空部件，”Malanche 解释说。 “他们使用的立式机器正在生产一系列零件，这些零件不仅用于生产，还用于持续的现场支持。这种环境意味着机器有一天可以用于生产零件，但可能会意外地被迫更换以抵消现场支持需求。

“这个客户有合格的机械师生产零件，但工作水平不适合仅仅点击‘循环启动’；工件有许多集成的钻孔和工艺检查，需要在生产零件时进行。”该客户一开始有 5 台 Mitsui Seiki VMC，现在有 16 台在运营。

Malanche 说，如果零件必须从机器上取下以进行“过程中”CMM 检测以从操作到操作，“我们帮助客户实现了流程的半自动化，他们可以在机器上安排‘零点’夹具底座板允许相同的零件在机器之间转移，再转移到 CMM，而设置和验证周转时间最少。”

有时，可以对基线 VMC 进行相当小的可选改进以帮助实现自动化。工具探针和主轴探针等项目可用于加速转换，并结合高度可重复的零点基板可以增加多功能性。

“但我认为最大的优势在于拥有配备五轴加工的机器，”Malanche 断言。 “尽管在大多数 VMC 中添加第五轴通常前期成本很高，但投资是值得的，而且有时会在关键应用程序中快速收回成本。配备内置于机器结构中的高精度旋转五轴工作台的出现，使制造商在工艺流程中获得了更多功能的优势。”

他继续说，三井精机设计了 VMC 平台来应对许多独特的制造挑战。该公司的基线五轴 Vertex 系列提供三种尺寸，可处理直径从 500 毫米到 1200 毫米的零件。 “我们对它们进行了改造，旨在解决许多制造挑战和新方法。我们的机器不是建立在一个普通的平台上，只有加长的滚珠丝杠来实现更大的冲程；这些都是建立在单独的铸铁铸件上，设计用于多年的服务和使用寿命。我们最小的版本是带有 400 毫米转台的 Vertex 550-5X，重 20,000 磅，而 Vertex 100X 是这个重量的三倍。这些不是‘一次性’ VMC 机器。”

他补充说，Vertex 机器配备了诸如改进翼型市场轮廓控制所需的直接驱动型旋转轴电机等选项。 “我们拥有专为多工艺能力而设计的组合平台机器，例如增材/减材金属沉积、铣削和研磨以及称为 Blue Arc 的高速电腐蚀工艺，该工艺已通过通用电气获得许可。”通过这些选项，用户可以切割陶瓷、石墨、铝、钛、铬镍铁合金等材料。

这种灵活性正在帮助 VMC 重新确立其在市场上的地位，多年来，对更高产量的要求，加上劳动力能力的降低，为 HMC 的接管让路。 “在似乎相对较短的时间内，对 VMC 的需求让位给了具有更大工具更换器、托盘更换器和成熟的灵活制造系统的 HMC，”Malanche 说。 “30 年前，大多数中到半高生产车间严重依赖 VMC，原因有很多，包括设置时间、易于访问、易于维护、熟练工人的可用性和产品组合。 VMC 在高精密零件制造市场上重获新生。”

运动中的机器

运动学或机器如何运动的关键概念是位于加利福尼亚州卡森市的 YCM Technology USA 强调的，其针对北美市场的内置运动学校准。中西部业务开发经理 Brian Huff 表示，这些套件（包括测头、刀具长度测量和工具球）将成为 YMC 的 3 plus 2 或连续五轴机床的标准配置。

Huff 指出，随着机器执行其功能，准确性会发生变化，并且“操作员通常会认为机器不准确或拾取器不准确。”解决该问题需要定义第四轴和第五轴的旋转中心并能够校准它们。他说，从历史上看，制造商可能会将旋转中心设置为机器安装的一部分。 “如果客户在准确性方面遇到困难，则需要拨打服务电话，他们会回来重新定义这些旋转中心——这可能代价高昂。事情发生了，机器移动了，工件的重量发生了变化——以及其他动态因素在起作用。一些制造商更容易接受运动学校准的重要性。因此，我们的兴趣是让我们的用户和运营商更容易；它不需要服务电话，而且您的机器精度最高。”

VMC 应该多久校准一次？ Huff 建议，可以每周一次、每月一次，甚至每天一次，具体取决于应用程序。

“我们告诉我们的客户，如果您有更关键的工作并且您发现更多偏差，请运行运动学程序。如果您要进行精密公差工作，请运行运动学；在工作之前运行它，每天运行它以确保。如果您在一周内看到 0.0005" 偏差，则可能每周运行一次。”换算成 0.0127 毫米。

理想情况下，Huff 希望“让运动学成为一种正常的对话”，并试图帮助弥合在安装时定义旋转中心的公司与那些认为运动学校准应该易于访问和快速执行的公司之间的差距。 “它正在成为所有制造商的一种生活方式。”

YCM 解决精度问题的另一种方式是通过与 Kessler 的合作，其主轴和刀头出现在 YCM 立式机床上，以解决 A 轴和 C 轴或 B 轴和 C 轴的夹紧力，并保持切削刀具尖端的刚性。 “我们的双柱五轴模具机器上的标准主轴的峰值功率为 54 hp，”Huff 说，即 40.2 kW。 “这是一台转速为 16,000 RPM 的 HSK 100，可在 2,500 RPM 时产生全马力。高刚性、扭矩、RPM 和马力使主轴和头部配置真正通用。我们的航空版本转速高达 18,000 RPM，HSK 63 主轴可产生 94 hp [70 kW] 的功率，用于铝加工。”此外，与 Kessler 的合作为 YCM 提供了用于主轴维修的中西部资源。

YCM Technology 特别重视其五轴机床。 Huff 指出，虽然 3 加 2 配置更受欢迎，但对全五轴的需求正在增长。他也看到对自动化的要求在增加。

“我们一直将自动化需求视为机器包的一部分。这不仅仅是码垛；我们看到人们对拾放自动化越来越多的接受和兴趣。这是与五轴的自然契合，因为在许多情况下，您可以在一个或两个设置内完成整个工件的加工。在这种情况下，零件的工件夹持是至关重要的，并且您在刀具的路径中没有任何夹具或夹具的干扰。如果您可以从底部握住工件并允许五个侧面可以接近，那是理想的。对于底部的工件夹持，有些制造商设计的系统做得很好；我们目前正在与提供此类解决方案的公司合作。此外，我们还为 YCM 机器提供托盘自动化包，并正在进一步开发协作和取放自动化包。”

以高产量为目标

位于北卡罗来纳州夏洛特的 Chiron America 的业务发展经理 Simon Knecht 表示，在过去的两到三年中，Chiron 推出的大多数 VMC 都是强大的大批量生产平台，旨在满足大型汽车和航空航天部件的加工需求。

“随着这些加工中心的成功建立并广泛提供给我们的北美客户，我们正在进一步加强我们在制造范围的另一端的产品组合：高精度、微加工部件，”Knecht 说。

他说，今年，Chiron 正在推出其 Micro5 加工中心，该加工中心在瑞士开发，专为 50×50×50 毫米范围内的小型工件而设计。 “这种加工概念的速度和动力旨在支持客户提高生产力。除了高速和最小移动质量的基准外，该机器是一个模块化平台，可以配备集成自动化。此外，Micro5 专为灵活的可扩展性而设计，使制造商能够创建具有多台机器的无缝生产线。”

他解释说，VMC 通常基于模块化概念。通常的做法是从第四轴布局更改为第五轴布局。 “很多时候，我们的客户使用工作台上的第四轴或第五轴将机器配置更改为不同的工作台设置。”

与其他供应商一样，Chiron America 正在解决操作员技能差距。智能自动化“是确保计划生产时间内的产量的解决方案的一部分，”Knecht 说。 “自动化技术，尤其是机器人，通常具有很高的技术可用性并以高可靠性运行。通过为小批量设计的流程和单元，我们的自动化解决方案甚至能够更换机器中的夹具。与手动设置（通常需要一个多小时才能更换夹具）相反，使用零夹紧系统自动化 VMC 可提高产量并使机器恢复到其设计用途：加工。我们的加工台轴配置旨在适应这些夹紧方法。”

诸如转向电动汽车和大流行压力的供应链等趋势要求设备具有更大的灵活性，这使得减少设置的 VMC 成为关键工具。 “在机器上快速更换不同工件的能力推动了减少设置数量并在同一台机器上完成尽可能多的操作的方法，”Knecht 说。 Chiron 的集成工件更换功能可在其五轴 VMC 运行时实现零件装载和卸载。

Knecht 总结道，利用这种灵活性并将 VMC 用于许多不同的工件“将在 ROI 方面带来实实在在的好处”。 “太多次我看到专用机械和设备在失去工作或项目后仍处于静止状态，而制造商却无法充分利用机器。”