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為（wéi）立式轉塔車床加裝臥式滑枕

2014-1-4 來源：數控（kòng）機床市場網作者： Mark Albert

在一（yī）台大型立式轉塔（tǎ）車（chē）床上同時配備立式和臥式滑枕，這種配置為加工（gōng）作（zuò）業帶來的靈活性讓Vulkan公司實現了單次夾卡完（wán）成其最大聯軸器部件的加工，所達到的加工精度（dù）和表麵質量也是其他方（fāng）法所無法比擬的。

絕大多數立式轉塔車床（VTL）都會配備單個立式滑枕，用於將切（qiē）削刀具夾持在與工件直徑方向成正交的方向上。而這個滑枕的“上（shàng）下”行程就代表了Z（橫）軸，“出入”行程（chéng）代表X（進給）軸。這種配置方式讓這個滑枕可以到達（dá）直立安裝在旋轉工作台上（shàng）工件的整個外徑（jìng）表麵。但是，當一個部件（jiàn）上存在多個變化很大的直徑時（形成深陷（xiàn）腰窩或寬大突起時），則（zé）這個立（lì）式滑（huá）枕的可（kě）達（dá）範圍（wéi）就受到了限製。這時就需要使用裝在延長刀架上的切削刀具（jù）才能到達某些特定的表（biǎo）麵形狀。由（yóu）於這種超長（zhǎng）刀具的剛性較弱，所以有可能因振動而導（dǎo）致精度和表麵光潔度等級（jí）降低。

而額外多配一個臥式滑（huá）枕的VTL車床則有助於突（tū）破這個限製（zhì）。這個（gè）臥式滑枕能夠到達並超過直徑較寬（kuān）的部分以切削那些難以接近的（de）表麵。這樣就可以保持刀具（jù）長度較（jiào）短且剛性良好（hǎo）。更為重（chóng）要的是，部件也不需要轉（zhuǎn）移至另一個（gè）機床上才（cái）能（néng）完成（chéng）所（suǒ）有表麵形狀的加工。

美國Vulkan公司（位（wèi）於佛羅裏達（dá）州Winter Haven）通過一台同時配（pèi）備立式和臥式滑枕的VTL獲得了良好（hǎo）效益。這台（tái）來自You Ji公司的VTL足以（yǐ）容納一係列鋼製部（bù）件，而這些（xiē）部件的大小超出了Vulkan公司其他機床的（de）容量，這意味著這（zhè）些（xiē）部件再也不必外包給其他加工（gōng）企業進行處理了。由於（yú）這台VTL在通常配備的立式滑枕（zhěn）之外還擁有一個臥式滑枕，所（suǒ）以可以成（chéng）功地車削（xuē）那（nà）些位於每個部件端部寬凸緣之間的表麵。這些部件不僅可以（yǐ）在Vulkan公司（sī）內自行完成而不必外包，還可以通過單次裝卡完成加工。通過避免多次設置和（hé）重新夾裝，該公（gōng）司縮短了緊急修（xiū）理的周轉時間（jiān），將公差保持在0.001in（1in=25.4mm）的範圍內。此外，該公司還保持了對其生產時（shí）間、質量保證和工藝訣竅的完全控製。

圖1 這（zhè）台VTL上的臥式滑枕能夠到達這個高度約為40in的工件（jiàn）兩端（duān）寬（kuān）凸緣之間（jiān）的表麵

新（xīn）部件、新市場

這（zhè）些效益對於Vulkan公司在（zài）新市場領域的業務增長具有關鍵性的意義。該公司主（zhǔ）要從事（shì）撓性聯軸器的生產，這些聯軸器（qì）可用於將柴油發動機與發（fā）電機、壓縮機、泵（bèng）機和齒輪箱等裝置聯接起來。

Vulkan公（gōng）司生產（chǎn）的典型聯軸器產品（pǐn）的相對體（tǐ）積較大，有（yǒu）些直徑達到60~70in，長80in。每個（gè）聯軸器都是（shì）複雜而精密的組件，由一個夾在鋼製外殼部件之間的（de）橡膠芯提供撓性，以補償發動機與供能設備之間的徑向和軸向偏差。這種橡膠部件（jiàn）能夠平複振動、壓低噪聲並吸收轉矩波動。Vulkan公司（sī）在（zài）德國的母公司負責（zé）生（shēng）產所有這些橡膠部件，這些部（bù）件采用了專利工藝，對橡膠材料進行硫化處理（lǐ）並讓橡膠與鋼材永久性地結合在一起。而美國Vulkan公司負責加工和裝配（pèi）聯軸器上的絕大多數其他部（bù）件。

船舶裝（zhuāng）置，如遊（yóu）輪、貨輪以及軍用船舶（bó），是這些聯軸器最為常見的應用。但Vulkan公司（sī）迫切想要爭取到在各個工業領域的市場，如機場、醫院、石油平台和采礦設備上使用的（de）發電裝置。這些新（xīn）興市場的新型聯軸器設（shè）計方案經常要求采（cǎi）用大尺寸的部件以及與傳統設計不同的表麵形（xíng）狀，針對這一問題（tí），Vulkan公司擴展了大（dà）型立式車削機床的加（jiā）工能力。副總裁Thomas Lehner說道，在購買（mǎi）這台You Ji的VTL機床之前，公司所（suǒ）有機床（chuáng）的加工件高（gāo）度都（dōu）限製在20in。但（dàn）上述（shù）鋼製部件係列要求在高於立式（shì）車床卡盤上方30~40in的高度執行（háng）鑽孔、鉸孔和攻螺紋加工。而位於這些部件頂部和底部的寬大凸緣也讓車削作業變成了一項挑戰。“在這之前，我們必須將這（zhè）些（xiē）加工工（gōng）序外（wài）包給其他機加工企業（yè）。”Lehner先生說。但這種應急的做法造成了一個問題（tí），“在佛羅裏（lǐ）達州，我們根本（běn）找不到幾家能夠（gòu）以高精度加工大型（xíng）部件（jiàn）的（de）企業。所以我們（men）決定（dìng）將全部加工工序都在本廠內完成，以獲得更大的（de）保證，從而控製好質量、成本和效率，及（jí）時生產出部件並趕上截止（zhǐ）期限。”

圖（tú）2 Vulkan公司（sī）所製造的較（jiào）小型的（de）聯軸器正在準備發貨。

內鋼圈與外鋼圈之間的黑色橡膠（jiāo）芯提供了實現穩定、牢固和安全傳動所需要的撓性

遇到問題的新部件由一係列卷軸形的結構配置所構成，最（zuì）大部件高度約為40in，兩端（duān）為（wéi）直徑40in的凸緣，要想接近凸緣之間較為狹窄且（qiě）類似於柱體的卷軸軸身，就要求從立式滑枕上（shàng）向內達到較長的水平範圍。采用配有延長（zhǎng）柄的刀架以及單點可轉位式鑲件似乎是用立式滑枕車削此類表麵（miàn）的（de）唯一可行方法，但使用這種方法所加工出來的表麵質量並沒有（yǒu）達到（dào）最優水平。“長刀具（jù）延長柄不穩（wěn）定並且（qiě）會產（chǎn）生大（dà）量振動。

”Lehner先生解釋說。顯然，VTL上的典型立（lì）式滑枕不足以解（jiě）決這個問題，“如果（guǒ）我們用安裝在臥式滑枕上的刀具進（jìn）行加工，則加工作業將呈現（xiàn）出更（gèng）強（qiáng）的剛性，而且可以直通無阻地到達此類表麵。”

這是一項具有關鍵（jiàn）意義的工（gōng）序，因為（wéi）這段軸身屬於軸承表（biǎo）麵，而產品規格要求這段（duàn）軸身具（jù）備類似於研磨（mó）後的光潔度。故Vulkan公司的（de）當（dāng）務之急是找到一款足以容（róng）納這些大型部件並（bìng）且配備了（le）此項關鍵工序所（suǒ）需的臥式滑枕的VTL產品。

尋找合適（shì）的供貨商

Vulkan公司的機加工車間內（nèi）部署了十餘台CNC機床，包括7台（tái）Okuma臥式和立式車床，1台（tái）Mazak Integrex 50機床（chuáng）、1台配56in卡盤的New Century VTL和1台Quickmill VMC。Lehner先生（shēng）表示，他們熟（shú）悉絕大（dà）多數的VTL供貨商，因為公（gōng）司在許多大型圓形工件的製造上都要大力依靠這種（zhǒng）類型的（de）機床。

立式車削在加工中擁有本質（zhì）上的優勢，因為（wéi）方便了重型工（gōng）件的夾裝，這些工（gōng）件可以從上方加載並豎立加裝至（zhì）旋轉工作台上的卡（kǎ）盤內。重力給這種定位方式提供（gòng）了便利（lì），這樣就不需要用中心架和尾架來支撐工件了。當然，VTL的主（zhǔ）要優點是在車削大直徑時寬闊的擺度。

在尋（xún）找更大型的立式車削中心時，Vulkan公司根據所要求的尺寸範圍馬上就縮窄了可能的供貨商範圍。但是，這些供貨商當中均沒有配備臥式滑枕的VTL產品。幸運的是，Lehner先生接觸到了由（yóu）Absolute公司（sī）代理的（de）台灣製造商You Ji公司出品的立式（shì）機床（chuáng）。在2008年的國際製造技術展覽（lǎn）（IMTS）上，通過與Absolute公司就使用You Ji的機床進（jìn）行立式車削進行了探討，Lehner先生確認這（zhè）家製（zhì）造商擁有這個領域（yù）內紮實可靠的工程設計、機床設計和（hé）製造經驗。

這（zhè）項合作的最終決定是（shì）由You Ji公司設計一個臥式滑（huá）枕，並將其（qí）配備到Vulkan公司最大型的VTL機床上。一種配備了（le）2000mm卡盤和100hp（1hp=0.746kW）旋轉工作台的VTL是這種新型（xíng）機床的開發基礎，其名稱（chēng）為VHL-2000 ATC -1 C-1/C軸。“VHL”代表立-臥式車床以指明這台機床的雙滑枕配置。這台設備的尺寸（cùn）足以切（qiē）削直徑（jìng）長達100in，高80in的部件。這個（gè）臥式滑枕就位於機床的（de）左側，處於立式滑枕的對麵，並提供了第2組可編程X軸和Z軸。其中包括一個長方形（xíng）的鋼“臂”，每側實測值均為10in。如果全部延長的話，這（zhè）個鋼臂可以（yǐ）使裝（zhuāng）在（zài）標準刀架內的切削刀具到達卡盤的中心點。該滑枕的最大行程為40in，並（bìng）能像立式滑枕一樣接受相同的靜（jìng）態和動態刀具，但不（bú）能使用自動刀庫，還需手動更換。

圖4 這台（tái）You Ji立式車削中心的立式滑枕通常用於精（jīng）密緊固件的鑽孔、鉸孔和攻（gōng）螺紋

一次加工能力的大轉變

Lehner先生說道，這台機床龐大的（de）機（jī）身和堅（jiān）實的剛（gāng）性成為了確（què）保機加工精度的關（guān）鍵（jiàn）決定因素。“盡管工件體積非常龐大，但成品部件的允許公差卻非常小（xiǎo），以0.001in計。”該機床在例（lì）行情況下能夠將總指針讀數（TIR）、平行度和角度的誤差保持在±0.001in以內。機床重量超過150000lb（1lb=0.454kg），占地麵積為23ft×29ft（1ft=304.8mm），高26ft。其（qí）剛性和精度體現在大型卷軸狀部件關鍵性軸身表麵的加工上，如采用立式滑枕車（chē）削可以達到Ra32的表麵質量以滿足對於研磨級表麵光潔度的要求。“因采用You Ji機床（chuáng）進行車削就（jiù）可以達到（dào）這種表麵光潔度，所以我們就不需要再進行任何研磨加工了。”Lehner先生說。通過實時切換刀具還可以（yǐ）在立（lì）式或臥式（shì）滑枕上執行（háng）一些特定的研磨作業，如孔的內（nèi）徑表麵研磨。

更為重要的是在車（chē）削之後執行鑽孔、攻螺紋和鉸孔的加工。Vulkan公司製造的許多大型部件都具備大（dà）型螺栓孔，這些孔均需采用環形內插法來執行螺（luó）紋銑（xǐ）削。絕大多數螺紋都必須滿足一些關鍵性的技術規格，諸如那些因為海事（shì）、發電和油田應用領域的各種認證計劃所強製執行的規格（gé）。

而（ér）這種多任務能力與（yǔ）同時具備立式和臥式滑枕的特（tè）點相結合，就可以在無需重新（xīn）夾裝的情況下完成整個部件的加工。除了工藝上的靈活性、效（xiào）率和質量外，多任務能力還提升了Vulkan公司在客戶服務方麵的聲譽。該公司所（suǒ）完成的工作當中有相當多的部分（fèn）屬於緊急處理任務，通常（cháng）沒有時間在（zài）各台機床之間以及各個加工企業（yè）之（zhī）間轉送部件。“如果一（yī）隻拖船故障停運了，或者遊輪（lún）的某一部分停止運行了，那麽客戶（hù）會說‘我現在就需要（yào）這個部件。告訴我應該怎麽做。’而我（wǒ）們就要付出一些加班作業，努力修理好部件並發貨。”Lehner先生說。

“而從一項夾裝至另一項夾裝的轉換時間非常之短。”Lehner先生說。具（jù）備32把（bǎ）刀具的自動刀（dāo）庫、機載刀具預定位器和自動探針也（yě）能（néng）夠提升及時響應（yīng）性。與此類（lèi）似，編程工作可以在（zài）這台機床的FANUC 18iMC 控製台上采用Manual Guide i對話（huà）式編程方式進行手工操作。在車間現場編程能夠充分發揮出（chū）操（cāo）作者的技能水平，而其（qí）操作者都擁有平均20年的經（jīng）驗。Lehner先生（shēng）說，“離線編程也可以（yǐ）實現，因為這（zhè）座生產設施內的機床具（jù）備（bèi）無（wú）線連接能力，而公司通常會使用自己製作的部件3D模型。”

添置（zhì）You Ji車削中心讓Vulkan公司能夠控製其製造過程，並因此最大程度地擴大了自己對客戶要求做出響應（yīng）的能力。“目前而言，我覺得我（wǒ）們並不需要（yào）外包任何工作，”Lehner先生表示，“我們（men）喜歡將工（gōng）作留在內部完成。這些項目（mù）中存在很多容易出錯的地方，我們想要盡量將（jiāng）所有因素控製在自己手中（zhōng）。”

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