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為立式轉塔車床加裝臥式滑枕

2014-1-4 來源：數控機床市場網作（zuò）者： Mark Albert

在一台大型立式轉塔車床上同時配備立式和臥（wò）式滑枕，這種配置為加工作業帶來的靈活性讓Vulkan公司（sī）實現了單（dān）次夾卡完成其最大聯軸器部件的加工，所達（dá）到的加工（gōng）精度和表麵質量也是其他方法所無法比擬的。

絕大多數立式轉（zhuǎn）塔車床（VTL）都（dōu）會配備單個立式滑枕，用於將切削刀具夾持在與工件直徑方向成正交的方（fāng）向上。而這個（gè）滑枕的“上下”行（háng）程就代表了Z（橫（héng））軸（zhóu），“出入”行程代表X（進給）軸。這種配置方式讓這個滑枕可以到達直立（lì）安裝在旋轉工作台上工件的整個外（wài）徑表麵。但是，當一個部件（jiàn）上存在多個變化（huà）很大的直徑時（形成深陷腰窩或寬大突（tū）起時），則（zé）這個立式滑枕的可達範圍就受到了限（xiàn）製（zhì）。這時就需要使用裝在延長刀架上的（de）切削刀具才能到達某些特（tè）定（dìng）的表麵形狀。由於這種超長刀具的剛性（xìng）較弱，所以有可能因振動而導致精度和（hé）表麵光潔度等級降低。

而額（é）外（wài）多配一（yī）個臥式滑枕的VTL車床（chuáng）則有助於突破這個限製。這個臥式滑枕能夠到達並超過直徑較寬的部分以切（qiē）削那些（xiē）難以接（jiē）近的表麵。這樣就可以保（bǎo）持刀具長度較短且剛性良好。更為（wéi）重要的是（shì），部件也不需要轉移至另一個機床上才能完（wán）成所有表麵形狀的加工。

美國Vulkan公司（位於佛羅裏達州Winter Haven）通（tōng）過一台同時配備立式和臥式滑枕的VTL獲得了良好效益。這台來自You Ji公司的VTL足以容（róng）納一係（xì）列鋼製（zhì）部件，而這（zhè）些部件的大小超出了Vulkan公司其他（tā）機床的容量，這意味著這些部（bù）件再也不必外包給其他加工企業進行處（chù）理了。由於這台VTL在通常配備（bèi）的（de）立式（shì）滑枕之外（wài）還擁有一個（gè）臥式（shì）滑枕，所以可以成功地車削那些位於每個部件端部寬凸緣之間的表麵。這些部件不僅可以在Vulkan公（gōng）司內自行完成而不（bú）必外包，還可以通過單次裝卡完（wán）成加（jiā）工。通過避（bì）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（zhōu）轉時間，將公差保持在（zài）0.001in（1in=25.4mm）的範圍內。此外，該公司還保持了對其生產時間、質量保證和工藝訣竅的完全控製（zhì）。

圖1 這台VTL上的（de）臥式滑枕能夠到達這個高度約為40in的工件（jiàn）兩端寬凸緣之（zhī）間的表麵

新部件、新市（shì）場

這些效益對於Vulkan公司在新市場領域的業務增長（zhǎng）具有關鍵性的意義（yì）。該公司（sī）主要從事撓性聯軸器的生產，這些（xiē）聯軸器可用於將（jiāng）柴油發動機（jī）與發電機、壓（yā）縮機、泵（bèng）機和齒輪箱等裝（zhuāng）置聯接起來。

Vulkan公司生（shēng）產的典型聯軸器產品的相對體積較大，有些直徑達到60~70in，長80in。每個聯軸器都是複雜而精密的（de）組件，由一個夾在（zài）鋼製外殼部件之（zhī）間（jiān）的橡膠芯提供撓性，以補償發動機與供能設備之間的徑向和軸向偏差。這種橡膠部件能夠平（píng）複振（zhèn）動、壓低（dī）噪聲並吸（xī）收轉矩波動。Vulkan公司在德國（guó）的母公司負責（zé）生產（chǎn）所有這些橡膠（jiāo）部件，這些部件采用了專利工藝，對橡膠材（cái）料（liào）進（jìn）行硫化處理並讓橡膠與（yǔ）鋼材永久性地結合在一起。而美國Vulkan公司負責加工和裝配聯軸器上的（de）絕大多數其（qí）他部件。

船舶裝置，如遊輪、貨輪以及軍（jun1）用船舶，是這些聯軸器最為常見的應用。但Vulkan公司迫切想要爭（zhēng）取到在各個（gè）工（gōng）業領域的（de）市場，如機場（chǎng）、醫院、石油平台和采礦設備上使用的（de）發（fā）電裝置。這（zhè）些（xiē）新興市場的新（xīn）型聯軸器設（shè）計方案經常要求采用大尺（chǐ）寸的（de）部件以及與傳統設計不同的表麵形狀，針對這一問題，Vulkan公司（sī）擴展了大（dà）型立式車削機床的加工能（néng）力。副總裁Thomas Lehner說道，在購買這台You Ji的VTL機床之前，公司所有（yǒu）機床的（de）加工件（jiàn）高度都（dōu）限製在20in。但上述鋼製部件係列要求在高於立式車床（chuáng）卡盤上方30~40in的高度執行鑽孔、鉸孔和攻螺紋（wén）加工。而位於這些部件頂部和（hé）底部的寬大凸緣也讓車削作業變成了一項挑戰。“在（zài）這之前，我們必須將這些加工工序外包給其他機加工企業。”Lehner先生說。但這種應急的做法造成了一個問題，“在佛羅裏達州，我（wǒ）們根（gēn）本找不到幾家能夠以高精度加工大型部件的企業。所以我們決定將全部加工（gōng）工序都在本廠內完成，以獲得更大（dà）的保（bǎo）證，從而控製好質量、成本和效率，及時生產出部件並趕上截止期限。”

圖2 Vulkan公司所製造的較（jiào）小型的聯軸器正在準備發貨。

內鋼圈與外鋼（gāng）圈之間的（de）黑色橡膠芯提供了實（shí）現穩定、牢固和安（ān）全傳動所需（xū）要的撓性

遇（yù）到問題的新部件由一係列卷軸形的（de）結構配置所（suǒ）構成（chéng），最大（dà）部件高度約為40in，兩端為直徑40in的凸緣，要想接（jiē）近凸緣（yuán）之間較為狹窄（zhǎi）且類似於柱體的卷軸軸身，就要求從立式滑枕上向（xiàng）內（nèi）達到較長的水平範圍。采用配有延長（zhǎng）柄的刀架（jià）以及單點可轉位式鑲件似乎是用（yòng）立式滑枕車削此類表麵的唯一可行方法，但使用這種方法（fǎ）所加工出來的表麵質量並沒有達到最優水平。“長刀具延長柄不穩定並且會產生大量（liàng）振動。

”Lehner先生（shēng）解釋說。顯然，VTL上的典型立式滑枕不足以解決這個問題（tí），“如果我們（men）用安裝在臥式滑枕上的刀具進行加工，則加工作業將呈（chéng）現出更強的剛性，而且可以直通無阻地到達此類表麵。”

這是一項具有關鍵意義的工序（xù），因為（wéi）這段（duàn）軸身屬於軸承表麵，而產品規格要求這段軸身具備類似於研磨後的光潔度。故Vulkan公司的當務之急是找到一款足以（yǐ）容納這（zhè）些大型（xíng）部（bù）件並且配備了此項關鍵工序所需的臥式滑枕的VTL產品。

尋找合適的供貨商（shāng）

Vulkan公司的（de）機加工車間內部署了（le）十（shí）餘台CNC機床（chuáng），包括7台Okuma臥式和立式車床，1台Mazak Integrex 50機（jī）床、1台配56in卡盤的New Century VTL和1台Quickmill VMC。Lehner先生（shēng）表示，他們熟悉絕大多數的VTL供貨商（shāng），因為公司在許多大型圓（yuán）形工件的製造上都要大力（lì）依靠（kào）這種類（lèi）型的機床。

立（lì）式車削在加工中擁有本質上的優勢（shì），因為方便了重（chóng）型工件的夾裝，這些（xiē）工件可以從上（shàng）方加載並豎立加裝至旋轉工作台上的（de）卡盤內。重力給這種定位方式提供了便利，這（zhè）樣（yàng）就不需要用中心架和（hé）尾架（jià）來支（zhī）撐工件了。當然，VTL的主（zhǔ）要（yào）優點（diǎn）是在車削大直徑時寬闊（kuò）的擺度（dù）。

在尋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（suō）窄了（le）可能（néng）的（de）供貨商範圍。但是，這些供貨商當中均沒有配（pèi）備臥式滑（huá）枕（zhěn）的VTL產品。幸運的是，Lehner先生（shēng）接觸到了由Absolute公司代理的（de）台（tái）灣製造商You Ji公（gōng）司出品的（de）立式機床（chuáng）。在2008年的國際製造技術展覽（IMTS）上，通過與Absolute公司就使用（yòng）You Ji的機床進行立式車削進行了探討，Lehner先生確認這家製造商（shāng）擁有（yǒu）這個領域內紮實可靠的工程設計（jì）、機床（chuáng）設計和製造經驗。

這項合作的最終決定是由You Ji公司設計一個臥式滑枕，並（bìng）將其配備到Vulkan公司最（zuì）大型的VTL機床上（shàng）。一種配（pèi）備了2000mm卡盤（pán）和（hé）100hp（1hp=0.746kW）旋轉工作台（tái）的VTL是這種新型機床的開發基礎，其名稱為VHL-2000 ATC -1 C-1/C軸。“VHL”代表立-臥式車床以指明（míng）這（zhè）台機床的雙滑枕（zhěn）配置。這台設備的尺寸足以切削直徑長（zhǎng）達100in，高80in的部（bù）件。這個臥式滑枕就位於（yú）機（jī）床的左側，處於立式滑枕的對麵，並提供了（le）第2組可編程X軸和Z軸。其中包括一個長方形的鋼（gāng）“臂”，每側實測值均（jun1）為10in。如果（guǒ）全部（bù）延長的話，這個鋼臂可以（yǐ）使裝在標準刀架內的切削刀具到達卡盤的中心點。該滑枕的（de）最大行程為40in，並能像立式滑枕一樣接受相同的靜態和動態（tài）刀具，但不能使用自動刀庫，還需手動更換。

圖4 這台You Ji立式車削中心（xīn）的立（lì）式滑枕（zhěn）通常用於（yú）精密緊固件的鑽孔、鉸孔和攻螺紋

一次加工（gōng）能力的大轉變

Lehner先生說道（dào），這台機床龐大的機身和堅實（shí）的剛性成為（wéi）了（le）確保機加工精度的關鍵（jiàn）決定因素。“盡（jìn）管工件體積非常（cháng）龐大，但成品部（bù）件的允許公差卻非常小（xiǎo），以0.001in計。”該機床在例（lì）行情（qíng）況下能夠將總指針讀數（TIR）、平（píng）行度和角（jiǎo）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。其剛性和精度體現在（zài）大型卷（juàn）軸狀部件關鍵性軸身表麵的加工上，如采用立式滑枕車削可以達到Ra32的表麵質量以滿足對於研磨級表麵光潔度的要求。“因（yīn）采（cǎi）用You Ji機床進行車削就可以達到這（zhè）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（huàn）刀具還（hái）可以在立式或臥式滑枕上執行一些特定的研磨作業（yè），如（rú）孔（kǒng）的內徑（jìng）表麵研磨。

更為重要的（de）是在車削之後執行鑽孔、攻螺紋和鉸孔（kǒng）的加工。Vulkan公司製造的許多大型部件都具備大型螺栓孔，這（zhè）些孔（kǒng）均需采用環形內插（chā）法（fǎ）來執行螺紋銑削。絕大多數螺紋都（dōu）必須滿足一（yī）些關鍵性的技術規格，諸如那些因為海事、發電和油田應用領域的各種認證（zhèng）計劃所強製執行（háng）的規格。

而這種多任務能（néng）力與同時（shí）具（jù）備立式和臥式滑枕的特點相結合，就可（kě）以在無（wú）需（xū）重（chóng）新夾裝的情況（kuàng）下（xià）完成整個部件的加工。除了工藝上的靈活性、效率和質量外，多任務能力還提升了Vulkan公司在客戶服務方麵的（de）聲譽。該公司所（suǒ）完成的（de）工作當中有相當多的部分屬於緊急處理任務，通常（cháng）沒有時（shí）間在各台機床之間以及各個加工企業之間轉送部件。“如果一（yī）隻拖船故障停運了，或者遊輪的某一部分（fèn）停止運行了，那麽客戶會說‘我現在就需（xū）要（yào）這個部件。告訴我應該怎麽做。’而我們就要付出一些（xiē）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。具備32把刀具的自動刀庫、機載刀具預定位器和自動探（tàn）針也能夠提（tí）升及時響應性。與此類似，編程工作可以在這台機床的FANUC 18iMC 控製台上采用Manual Guide i對話式編程方式進行手工操作（zuò）。在車間現場編程能夠充分發揮出操作者的（de）技能水（shuǐ）平，而其操作者都擁有平均20年的（de）經驗。Lehner先（xiān）生說，“離線編（biān）程也可（kě）以實現，因為（wéi）這座生產設施（shī）內（nèi）的機床具備無線連接（jiē）能力（lì），而公司通常會使用自己製作的部件3D模型。”

添置You Ji車削中心讓Vulkan公司能（néng）夠（gòu）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的能力。“目前而言，我（wǒ）覺得我們並（bìng）不需要外包任何工作，”Lehner先生（shēng）表示，“我們喜歡將工作留在內部完成。這些項目中（zhōng）存在很多容易出錯的（de）地方，我們想要盡量將所有因素控製在自己手（shǒu）中（zhōng）。”

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