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為立式轉塔車床加裝臥（wò）式（shì）滑枕

2014-1-4 來源：數控（kòng）機（jī）床（chuáng）市場網作者： Mark Albert

在一台大型立式轉（zhuǎn）塔車床上同（tóng）時配備立式和臥式滑枕，這種配（pèi）置為加工作業帶來的靈活性讓Vulkan公司（sī）實現了單次夾（jiá）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（hé）表麵質量也是其他方法所無法比擬（nǐ）的。

絕大多數立式轉塔（tǎ）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（de）方（fāng）向上。而這個滑枕的“上下”行程就代表了Z（橫）軸，“出入”行程代（dài）表X（進給（gěi））軸（zhóu）。這種配置方式讓這個滑枕可以到（dào）達直立安裝在旋轉工作台上工件的整個外徑表麵。但是，當一個部（bù）件上存在多個變化（huà）很大的直徑時（形成深陷腰窩或寬大突（tū）起（qǐ）時），則這個立式滑枕的可（kě）達範圍就受到了限製。這時就需要使用裝在延（yán）長刀架上的切（qiē）削刀具才能到達某些特定的表麵形狀。由於這種超長刀具的剛性較弱，所以有可能因振動而導致精度和表（biǎo）麵光潔度等級降低。

而額外多配一（yī）個臥式滑枕（zhěn）的VTL車床則有助於突破這個限製。這個臥式滑枕能（néng）夠到達並超過直徑較寬的（de）部分以切削那些難（nán）以接（jiē）近（jìn）的表麵。這樣就可以保持刀具長度較短且剛性良好。更為重要的（de）是，部件也不需要轉移至另一個機床上才能完成所有表麵形狀的加工。

美國Vulkan公司（位於佛羅裏達州Winter Haven）通過一台同時配備立式和臥式滑枕的VTL獲得了良好效（xiào）益。這台來自You Ji公司的VTL足以容納一係列鋼製部件（jiàn），而這些部件的大小超出了Vulkan公司其他機床的容（róng）量，這意味著（zhe）這些部件再也不必外包給其他加工企業進行處理了。由於這台VTL在通常配（pèi）備的立（lì）式滑枕之外還擁有一個臥式滑（huá）枕（zhěn），所以可（kě）以成功地車削那些（xiē）位於每個部件端部寬凸緣（yuán）之間的表麵（miàn）。這些部件（jiàn）不僅可（kě）以在Vulkan公司內自行完成而不必外（wài）包，還可（kě）以通過（guò）單次裝卡完成加工。通過（guò）避免多次設（shè）置和重新夾裝，該公司縮短了（le）緊急修理的周轉時間，將公差（chà）保持在0.001in（1in=25.4mm）的範圍內。此（cǐ）外，該（gāi）公司還保持了對其生產時間、質量保證和（hé）工藝訣（jué）竅的（de）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（gōng）件兩端寬凸（tū）緣（yuán）之間的表麵

新部件、新市場

這些效（xiào）益對於Vulkan公司在新市場領域的業務增長具有關鍵性的意義。該公司主要（yào）從事撓性聯軸器的生（shēng）產，這（zhè）些聯軸器（qì）可用於將柴油發動機與發電機、壓（yā）縮機、泵機（jī）和齒（chǐ）輪箱（xiāng）等裝置聯接起（qǐ）來。

Vulkan公司（sī）生產的典型聯（lián）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（shì）複雜而精密的組件，由一個夾在鋼製（zhì）外殼部件之間的橡膠芯提供撓性，以補償發動機（jī）與供能設備之間的徑向（xiàng）和軸向偏差。這種橡膠部件能（néng）夠平（píng）複振動、壓低（dī）噪聲並吸收轉矩波動。Vulkan公司在（zài）德國的母公司負責生產所有這些橡（xiàng）膠（jiāo）部件，這些部（bù）件（jiàn）采用（yòng）了專（zhuān）利工藝（yì），對橡膠材料進行硫化處理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聯軸器上（shàng）的絕大（dà）多數其他部件。

船舶裝置，如遊輪、貨輪以（yǐ）及軍用船舶，是這些聯軸器最為常（cháng）見（jiàn）的應用。但Vulkan公司迫切（qiē）想要（yào）爭取到在各個工業（yè）領域的市（shì）場，如機場、醫院、石油平台和采礦設備上使用（yòng）的發電裝（zhuāng）置。這些（xiē）新（xīn）興市場的新型聯軸器設計方案經常要求采用大尺寸的部件以及與（yǔ）傳統設計不同的表（biǎo）麵形狀，針對這一問題，Vulkan公司擴展（zhǎn）了大型立式車削機床的加工能力。副總裁Thomas Lehner說道，在購買這台（tái）You Ji的VTL機（jī）床之前，公司所有機床（chuáng）的加工件高度都限製在20in。但上述（shù）鋼製（zhì）部件係（xì）列要（yào）求在高於立式車床卡盤上方30~40in的高度執行鑽孔、鉸孔（kǒng）和攻螺紋加工。而位於這些部件頂部和底部（bù）的寬大凸緣也讓（ràng）車削作業變成了一項挑戰。“在這之前，我們必須將這些加工工序外包（bāo）給其（qí）他（tā）機（jī）加工企業。”Lehner先生說。但這種應急的做法造成了一（yī）個（gè）問題，“在佛羅裏達州，我們根本找（zhǎo）不到幾家能夠以（yǐ）高精度加工大型部件的（de）企業（yè）。所以我（wǒ）們決定將（jiāng）全（quán）部加工（gōng）工序都在本廠內完成，以獲得更大的保證（zhèng），從而控製好質量、成本和效率，及時生產出部件並趕上截（jié）止（zhǐ）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。

內鋼圈與外鋼圈之間的黑色橡膠芯提供（gòng）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，最大部件高度約為（wéi）40in，兩端為直徑40in的凸緣，要想接（jiē）近凸緣之間（jiān）較為狹（xiá）窄且（qiě）類似於柱體的（de）卷（juàn）軸（zhóu）軸身，就要求從立式滑（huá）枕上向內達到較長的水平範圍。采用配有延長柄的刀架以及單點可轉位（wèi）式（shì）鑲件似乎是（shì）用立式滑枕車削此類表麵（miàn）的唯一（yī）可行方法，但使用這種方法所加工出來的表麵質量並沒有達到（dào）最優水平。“長刀具延長柄不（bú）穩定並且會產生大量（liàng）振（zhèn）動。

”Lehner先（xiān）生解釋（shì）說。顯（xiǎn）然，VTL上的典（diǎn）型立式滑枕不足以解決這個問題，“如果我們用安裝（zhuāng）在臥式滑枕上（shàng）的刀具進行加工，則加工作（zuò）業將呈現出更強的剛性，而且可以直（zhí）通無阻地到達此類表（biǎo）麵。”

這是（shì）一項具有關鍵意義的工序，因為（wéi）這段軸身屬於軸承（chéng）表麵，而產品規格要求這（zhè）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（shì）找到一款足以容納這些大型部件並且配（pèi）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

Vulkan公司（sī）的機加工車間內（nèi）部署了十餘台CNC機（jī）床（chuáng），包括7台Okuma臥式和立式車床，1台Mazak Integrex 50機床、1台配56in卡盤的New Century VTL和1台Quickmill VMC。Lehner先生表（biǎo）示，他（tā）們熟悉絕大多數的（de）VTL供貨商，因為公（gōng）司（sī）在許多大型圓（yuán）形工件的製造上都要大（dà）力依靠這種類型的機床。

立式車削在（zài）加工中擁有本質上的優勢，因為方便了（le）重型工件的夾裝，這些工件可以（yǐ）從上方加載並豎立加裝（zhuāng）至旋轉工作台上的卡盤內。重力給這種定位方式提供了便利（lì），這樣就（jiù）不（bú）需要用中心架和尾架來支撐工件了（le）。當然，VTL的主要優點是在車削大直徑時寬闊的擺度。

在尋找更大型的立式車削中（zhōng）心時，Vulkan公司根據所要（yào）求（qiú）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（chǎn）品。幸運的是，Lehner先生接（jiē）觸到了由Absolute公司代理的台灣製造商You Ji公司出品的立式機床。在2008年的國際製造技術展（zhǎn）覽（IMTS）上，通過與Absolute公司就使用You Ji的機床進行立（lì）式車削（xuē）進行了探討，Lehner先生（shēng）確認這家製造商（shāng）擁有這個領域內紮實可靠的工程（chéng）設計、機床（chuáng）設計和製造經驗。

這項合作的最終（zhōng）決定是（shì）由You Ji公（gōng）司設計一（yī）個臥式滑枕，並將其配備到Vulkan公司最大型的VTL機床上。一種配備了2000mm卡盤和100hp（1hp=0.746kW）旋轉工作台的VTL是這種（zhǒng）新型（xíng）機（jī）床的開發基（jī）礎，其名稱為VHL-2000 ATC -1 C-1/C軸。“VHL”代表立-臥式車床以指（zhǐ）明這台機床的雙滑枕配置（zhì）。這台設備的尺寸足以切削直徑長達100in，高80in的部件。這個臥式滑枕就位於機床（chuáng）的左側，處（chù）於立式（shì）滑枕的對麵，並提（tí）供了第2組可編程X軸和（hé）Z軸。其中包括（kuò）一（yī）個（gè）長方形的鋼“臂”，每側實測值（zhí）均為10in。如（rú）果全部延長的話，這個鋼臂可以使裝在標準刀（dāo）架內的切削刀具到（dào）達卡（kǎ）盤的（de）中心點。該滑枕的最大行程（chéng）為40in，並能像立式滑枕一樣接受相同的靜態和動態刀具，但不能（néng）使用自動刀庫（kù），還需手動更換。

圖4 這台You Ji立式車削中心的（de）立式滑（huá）枕通常用於（yú）精（jīng）密緊（jǐn）固件的（de）鑽孔、鉸孔和攻螺紋

一次加工能力的大轉變

Lehner先生說道，這（zhè）台機床龐大的機身和堅實的（de）剛性成為了確保機加工精度的關鍵決定因素。“盡管工件體積非常龐大（dà），但成品（pǐn）部件的允許公差卻非常小，以（yǐ）0.001in計。”該機床在例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（nèi）。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大（dà）型卷軸狀部件關鍵性軸身（shēn）表麵的加工上，如采用立式滑枕車削可（kě）以達到Ra32的（de）表麵（miàn）質（zhì）量以滿足（zú）對於研磨級表麵光潔度的要求（qiú）。“因采用（yòng）You Ji機床進行（háng）車削就可以達到這種表麵光潔度（dù），所以我（wǒ）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（jù）還可以在立式或臥式滑枕上執行一些特定的研（yán）磨作業，如孔的（de）內徑表麵研磨。

更為重要的是在車削之後執行鑽孔、攻螺紋和鉸孔的加（jiā）工。Vulkan公司製造的（de）許多大型部件都具備大型螺栓孔，這些孔均需采用環形內插法來執行螺紋銑削。絕大（dà）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（zhèng）計劃所（suǒ）強製執行的規格。

而這種多任務能力與同時具備立式和臥式滑枕（zhěn）的特點相結合（hé），就可以在無需重新夾裝（zhuāng）的情況下完（wán）成整個部件的加工。除了工藝上的靈活性（xìng）、效率和質（zhì）量外，多任務能力還提升了Vulkan公（gōng）司在客戶服務方麵（miàn）的（de）聲譽。該公司所完（wán）成的工作（zuò）當中（zhōng）有相當多的部分屬於（yú）緊急處（chù）理任（rèn）務，通常沒有時間在各台機床（chuáng）之間以及各個（gè）加工企業（yè）之間轉（zhuǎn）送部件。“如果一隻拖（tuō）船故障停運了，或者遊輪的某一部（bù）分停止（zhǐ）運（yùn）行了，那麽客戶會說‘我現在就需要這個部件。告訴我應該怎麽做。’而我們就要（yào）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（zhuāng）至另一（yī）項夾裝的轉換（huàn）時間非常之短。”Lehner先（xiān）生說（shuō）。具（jù）備32把刀具的自動刀庫、機載刀具預定位器和自動探針也能夠提升及時響應性。與此類似，編（biān）程工作可以在這台機床的FANUC 18iMC 控製台上采（cǎi）用Manual Guide i對話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操作者的技能（néng）水平（píng），而其操作者都擁（yōng）有平均20年的經驗（yàn）。Lehner先生說，“離（lí）線編程也可以實現，因為這座生產設施內的機床具備無線連接（jiē）能力，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公司能夠控製其製造過程，並因此最大程度地擴大了（le）自己對客戶（hù）要（yào）求做出響應的能力。“目（mù）前（qián）而（ér）言，我覺得我們（men）並不（bú）需要外包（bāo）任（rèn）何工作，”Lehner先生表示，“我們喜歡將工作留在內部完成。這些項目中存在（zài）很多容易（yì）出錯的地方，我們想要盡量將所有（yǒu）因素（sù）控製在（zài）自己手中。”

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