车铣复合加工中心大显威力

    在数控车床刀盘上增加动力刀架从而可进行钻、铣等工序就构成了车削中心。复合加工早已有之，但是其铣、钻等的功率太小、转速太低不能适应某些复杂回转零件的要求，因而出现了以大功率、高转速的电主轴取代刀盘。由于同时只能安装一种刀具，象加工中心一样，车削中心增加了刀库和机械手，无论是车刀(车削时，电主轴锁住不回转)，还是钻、铣类刀具均存放在刀库中。此外，还增加了垂直于X轴的Y轴和绕Y轴回转的B轴。虽然换刀时间远远超过了车削中心，但是可实现高速大功率的铣削和车削，实质上等于将车床和加工中心合二为一，称之为车铣中心。如在IMTS2000上，Mazak公司展出的INTEGREX系列车铣中心，其铣轴转速高达10000r/min，20多千瓦。通过车铣复合工艺，演示中在10多分钟内，仅一次装夹就将一根大直径整体圆棒料加工成一根汽车发动机的曲轴。依靠X、Y、C三轴的联动，加工出位于不同空间的连杆轴颈和曲拐的多个平面。当然，这种工艺加工曲轴材料耗费太大。Mazak现场人员解释说，这种方法只限于发动机的试制和某些单件生产的特殊空气压缩机，其表演的主要目的是显示车铣复合加工的威力。在制造业中，特别是宇航工业、印刷机、压缩机工业等，复杂的回转零件数量不少。机床工业也不例外，如数控车床的刀盘就为复杂回转件的典型代表。Mazak在我国银川的小巨人公司，就配备了五台车铣复合加工中心，约占机床总台数的17%。奥地利有一家WFL公司专门生产大型车铣复合加工中心。据称其订单(订户多来自飞机、宇航、船舶、印刷机等行业)连续多年爆满。

    从低层次应用起步的并联加串联机床继续取得成功；并联机床首次进入车削领域。

    在1994年的IMTS上首次展出并引起世界轰动的并联(6条腿)机床(又称虚拟机床)，在经过随后持续三年的全球跟进浪潮后，在世界范围内“温度”早已逐渐降下来。两家闻名的开路先锋只展出1次或2次后就未再展出。英国一家专业的(其他均为传统机床公司兼业为之)并联机床公司也只展出并联机床两次后就消声匿迹了。这是因为并联机床在理论和实践上有一系列难度相当大的难题，很难在短期内解决。但是，一家瑞典小公司——NeosRobotics公司的产品早已进入实用，至今已销售多达200余台。它的成功是由于：

    (1)采用并联加串联的方案。

    该公司采用三杆(故取名为Tricept)结构而不是六杆结构，解决3个自由度的问题，另外两个自由度采用成熟的传统串联机构［为可进行C、A(B)轴回转的复合主轴头］来解决。这样，难度相应地大为减少。

    (2)从低层次应用做起，逐步积累经验和财力，向高层次应用发展。

    从对定位精度和速度均要求不高的低层次应用做起来打开市场、走向应用(如从用砂轮或铣刀打毛刺、倒角、钻油孔、低精度焊接、自动装配的压配合以及加工对象为木材、塑料、铝材等易切削材料入手)。由于其造价很低，对这些低层次应用胜任有余，很快得到了汽车、飞机工业等源源而来的订单，其产品早已进入象Vlovo、SAAB、大众、雷诺、GM等著名的汽车厂和Boeing等有名的飞机厂，承担上述那些“粗”活。从这些应用中该公司取得了丰富的经验和可观的经济效益，支持公司进一步向高层次应用发展。

    这次该公司展出了Tricept845加工中心。其体积定位精度达到±50μm，重复定位精度±10μm，这两个指标距离传统机床虽还有较大的差距，但对并联机床，已具有实用价值。而且其进给速度已达90m/min，加速度达2g，这方面已优于不采用直线电机的传统机床。主轴功率为30～40kW，最高转速24000～30000r/min，采用瑞士IBAG公司电主轴、Simens840D数控系统和Heidenhain的测量系统。

    该加工中心采用模块化结构。三杆结构组件有0°、45°、90°三种布局可选(即分别组成卧式、倾斜45°、立式加工中心)。工件安装部件也是可选的模块。而且用户在3年内，如果由于加工对象变化而想改变三杆结构组件的布局，Neos公司可免费到现场来重构。机床支架采用人造花岗岩(用环氧树脂和花岗岩碎石搅拌均匀后，浇“铸”及固化而成)。Neos在结构上取得的成功，除了由于减少杆数而使结构简化外，在很大程度上还得益于三杆中央的中心管。直径粗大的中心管不仅大幅度增加了结构的刚度，还可内置测量系统，通过调节测量套筒长度和中心管的姿态，从而可直接测量刀具在空间的实际位置，再对照三杆长度的间接测量(作为变形、温度等的被偿)来试图解决并联机床位置测量的难题。

    有趣的是Neos公司起步时只有3人，至今也只有30人，短短5～6年，发展成为并联机床界一颗明星。

    德国Index的美国分公司展出的V100型三杆并联机构的“倒立车”(即主轴和工件在上作X、Z轴运动，而刀具在下不动，可回转换刀，但不作任何直线运动的立式车床，我国习称为“倒立车”)，它将并联机床用于车床，甚为聪明。这是因为：

    ①并联机构最大弱点之一是空间的有效利用率很低。所以，主轴平台移动范围宜小，而车床不象加工中心，工件相对刀具的移动范围本来就很小，所以，V100外形紧凑。

    ②车床一般只需两个自由度(X和Y轴)。现用三杆机构可以获得X、Y、Z三个自由度，还冗余一自由度，可用作自动上下料用。

    为了增加刚度，index采用两根杆起一根杆作用的双杆结构，也可称为三(双)杆结构，与天津第一机床总厂结构类似。

    V100安装5英寸夹盘。电主轴转速为8000r/min，功率为26.48kW。X、Y、Z行程分别为450mm、150mm、175mm，可自动上下料，售价为175000美元。据称已在欧洲出售了5台。V100可能为世界上首次出现的并联机构车床。

    美国Hexel公司将6杆并联结构做成独立部件应用于转塔铣床。这可将低价的普通铣床升级为5轴联动铣床。工作台直径710mm。X、Y行程范围为直径305mm的圆，Z轴178mm，A轴±25μm，最大进给速度为5.1m/min，重91kg，售价7900美元(包括控制软件)。据称2001年将生产200台。

    此外，前面提到的Z3复合主轴头，可能是并联机构用于机床小型部件的第一个例子。