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提高生產(chǎn)率，更加柔性化以及降低生產(chǎn)成本，這些因素對(duì)于加工中心和龍門式銑床的用戶來說都具有極高的誘惑力。德國機(jī)床制造廠家 Axa 公司向自己提出了這些挑戰(zhàn)。盡量縮短非生產(chǎn)性的附加時(shí)間，提高機(jī)床的自動(dòng)化程度以及機(jī)床的利用率，對(duì)于Axa公司的研發(fā)工程師來說，這和機(jī)床的高動(dòng)態(tài)性能及精度一樣，也是繼續(xù)研制加工中心和龍門式銑床的既定目標(biāo)。 2002年年初，公司制訂了一項(xiàng)有關(guān)換刀裝置以及在提高機(jī)床剛性的同時(shí)，達(dá)到更高動(dòng)態(tài)性能的新方案，由此研制出了 VSC和 VHC-M 2型和 3 型加工中心等新一代S系列機(jī)床，該機(jī)床( M 型)配有在 X 方向一起運(yùn)行的換刀裝置。

提高刀庫容量

2004年年底，對(duì)提高刀庫容量的需求導(dǎo)致了研制第一批 VHC-3-XTS加工中心。該系列加工中心于2 0 0 5 年 3 月份在該公司自辦的AXA 展覽會(huì)上推出， XTS 機(jī)床深受市場歡迎。因此，該系列產(chǎn)品現(xiàn)在又繼續(xù)擴(kuò)大，因而使XTS換刀裝置也可用于 VSC 和 VHC 系列機(jī)床，而且規(guī)格有兩種型號(hào)： Y 軸運(yùn)行路徑為 600 mm;結(jié)構(gòu)尺寸也有50 型的， Y 軸運(yùn)行路徑在 900 mm以下，而且也適用于SK50型主軸，主要用于重切削加工。

最新的研究成果是配備了垂直運(yùn)行工作臺(tái)的 NSC 系列加工中心以及帶新式 X T S ( X T S =Extended tool shop)換刀裝置的VHC系列回轉(zhuǎn)頭加工中心。 和3年前研制的 S 系列機(jī)床的刀具更換系統(tǒng)相類似，XTS刀庫也不和運(yùn)行工作臺(tái)一起運(yùn)行。 S 系列機(jī)床裝有交接抓具的整個(gè)刀庫，刀庫裝有智能控制的自備驅(qū)動(dòng)裝置，跟隨工作臺(tái)一起運(yùn)行;和 S系列機(jī)床相反，XTS換刀裝置的刀庫是固定安裝的。裝有自備驅(qū)動(dòng)裝置的交接抓具負(fù)責(zé)刀具在刀具庫和主軸之間的運(yùn)送。固定刀具庫由上下成對(duì)安裝的單個(gè)鏈條組成，由于鏈條沿X軸并行排列，因而刀具位置的數(shù)目可以任意擴(kuò)充。高動(dòng)態(tài)性能的換刀抓具由一個(gè)個(gè)高度可調(diào)的雙交接抓具構(gòu)成，在加速度很高的情況下，抓具在X軸方向上可以達(dá)到 100 m/min 的運(yùn)行速度。

像S系列機(jī)床一樣， XTS系列的換刀裝置位于 X 軸護(hù)罩后面受到保護(hù)的后部機(jī)床間里。由于整個(gè)更換過程也是在 X 軸護(hù)罩后面進(jìn)行的，因而就不會(huì)由于工作間里的換刀抓具而發(fā)生碰撞現(xiàn)象。

采用這種方案具有下列幾項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)：

(1)換刀裝置和刀具不必再隨工作臺(tái)一起運(yùn)行。這樣可以改善軸驅(qū)動(dòng)的動(dòng)態(tài)性能。比如工作臺(tái)在加速度很高的情況下也可以用40 m/min 的快速行程進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。

( 2 ) 工作臺(tái)的組件在剛性方面得到了改進(jìn)和提高。

( 3 ) 由于高動(dòng)態(tài)性能的換刀抓具在重量上得到了優(yōu)化，因而換刀時(shí)間也得到了相應(yīng)縮短。

( 4 ) 固定安裝的刀庫可以做到刀具的并行安裝，并由此減少非生產(chǎn)性輔助時(shí)間。

( 5 ) 由于刀具的更換全部放在 X 軸護(hù)罩后面進(jìn)行，避免了工作間里因換刀抓具的干擾因素造成的碰撞。

(6)刀庫鏈條成上下雙排列，可以在盡量縮小占地面積情況下提高刀具庫的容量。由于這種雙鏈條的并行排列，刀具庫的容量可以任意擴(kuò)大。

由于結(jié)構(gòu)簡單、功能可靠、 動(dòng)態(tài)性能好而剛性又得到改善，這種方案適合于在加工中小批量的普通機(jī)器零件時(shí)廣泛使用。在對(duì)機(jī)床做相應(yīng)配置情況下，比如采用圓形工作臺(tái)、快速旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)以及回轉(zhuǎn)工作頭，也可以完成五面及五軸加工和車加工等復(fù)雜工件的加工。

圖 2 VPC 55型龍門式加工中心運(yùn)行路徑在 X軸、 Y軸和 Z軸上最大可達(dá) 2300 mm、 1400 mm
和 800 mm，主軸最大轉(zhuǎn)數(shù)為 9000r/ min

在頻繁更換工件情況下， XTS換刀裝置可以在機(jī)床上保留大量刀具。結(jié)合使用托盤更換器，可以實(shí)現(xiàn)無人生產(chǎn)。此外公司還研制出了龍門式加工中心系列。比如采用回轉(zhuǎn)工作頭和 VPC-U 系列圓形工作臺(tái)的龍門式加工中心，增加了 VPC 45 U 和 VPC 55 U 系列，而VPC 系列垂直龍門式加工中心則增加了 VPC 45和 VPC 55系列(圖2和圖 3)。 VPC 系列包括導(dǎo)軌上置的緊湊結(jié)構(gòu)型龍門式加工中心。作為 Gantry 機(jī)床，這類機(jī)床的 Y軸上裝有 2 套驅(qū)動(dòng)和測量系統(tǒng)。放置高度低、沿操作面安裝的機(jī)床工作臺(tái)，使得工作空間大非常有利于操作。

圖3 采用回轉(zhuǎn)主軸頭和圓形工作臺(tái)的 VPC55-U 型龍門式加工中心

換刀裝置受到了很好保護(hù)

換刀裝置在機(jī)床的后部得到了很好保護(hù)。緊湊型一體化結(jié)構(gòu)方式可以在占地面積極小的同時(shí)提高機(jī)床的剛性。這種機(jī)床的顯著特點(diǎn)是運(yùn)行路徑延長了，工作間擴(kuò)大了，性能提高了，裝備也更加全面了。比如 VPC 45/55 U 系列立式機(jī)床的運(yùn)行路徑在X軸、 Y軸和Z軸上最大可達(dá) 2300mm、 1400mm 和900mm。根據(jù)刀具和模具制造商對(duì)加大工件重量的需求，公司做出的反應(yīng)是，采用加強(qiáng)剛性的底座和新研制了較大型的圓形工作臺(tái)RTA6。工作臺(tái)的平面直徑為1500mm，負(fù)荷達(dá) 3500kg。 除了現(xiàn)有的回轉(zhuǎn)工作頭采用 Hirth 齒輪聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)和無級(jí)夾具之外，現(xiàn)在附件又補(bǔ)充了用于五軸加工的新型無級(jí)內(nèi)插式回轉(zhuǎn)主軸頭。由于采用了新型驅(qū)動(dòng)裝置，切削功率也得到了提高，SK40型主軸ED為40%

時(shí)功率達(dá)40 kW，扭矩為255 Nm;SK50型主軸 ED為 40%時(shí)功率達(dá)57 kW，扭矩為 357 Nm。該系列機(jī)床工作空間大，剛性高，尤其適合于加工刃具和模具，也適合于加工大型板式零件。

對(duì)于五軸加工模具來說，現(xiàn)在也可以使用無級(jí)內(nèi)插式回轉(zhuǎn)工作頭。較大的Z形運(yùn)行路徑和較大的圓形工作臺(tái)可以對(duì)大型立體工件進(jìn)行五面加工。