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 作者： Mark Albert
在一臺大型立式轉塔車床上同時配備立式和臥式滑枕，這種配置為加工作業帶來的靈活性讓Vulkan公司實現了單次夾卡完成其最大聯軸器部件的加工，所達到的加工精度和表面質量也是其他方法所無法比擬的。
絕大多數立式轉塔車床（VTL）都會配備單個立式滑枕，用于將切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“上下”行程就代表了Z（橫）軸，“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安裝在旋轉工作臺上工件的整個外徑表面。但是，當一個部件上存在多個變化很大的直徑時（形成深陷腰窩或寬大突起時），則這個立式滑枕的可達范圍就受到了限制。這時就需要使用裝在延長刀架上的切削刀具才能到達某些特定的表面形狀。由于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面光潔度等級降低。
而額外多配一個臥式滑枕的VTL車床則有助于突破這個限制。這個臥式滑枕能夠到達并超過直徑較寬的部分以切削那些難以接近的表面。這樣就可以保持刀具長度較短且剛性良好。更為重要的是，部件也不需要轉移至另一個機床上才能完成所有表面形狀的加工。
美國Vulkan公司（位于佛羅里達州Winter Haven）通過一臺同時配備立式和臥式滑枕的VTL獲得了良好效益。這臺來自You Ji公司的VTL足以容納一系列鋼制部件，而這些部件的大小超出了Vulkan公司其他機床的容量，這意味著這些部件再也不必外包給其他加工企業進行處理了。由于這臺VTL在通常配備的立式滑枕之外還擁有一個臥式滑枕，所以可以成功地車削那些位于每個部件端部寬凸緣之間的表面。這些部件不僅可以在Vulkan公司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重新夾裝，該公司縮短了緊急修理的周轉時間，將公差保持在0.001in（1in=25.4mm）的范圍內。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制。
圖1 這臺VTL上的臥式滑枕能夠到達這個高度約為40in的工件兩端寬凸緣之間的表面
新部件、新市場
這些效益對于Vulkan公司在新市場領域的業務增長具有關鍵性的意義。該公司主要從事撓性聯軸器的生產，這些聯軸器可用于將柴油發動機與發電機、壓縮機、泵機和齒輪箱等裝置聯接起來。
Vulkan公司生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。每個聯軸器都是復雜而精密的組件，由一個夾在鋼制外殼部件之間的橡膠芯提供撓性，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復振動、壓低噪聲并吸收轉矩波動。Vulkan公司在德國的母公司負責生產所有這些橡膠部件，這些部件采用了專利工藝，對橡膠材料進行硫化處理并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的絕大多數其他部件。
船舶裝置，如游輪、貨輪以及軍用船舶，是這些聯軸器最為常見的應用。但Vulkan公司迫切想要爭取到在各個工業領域的市場，如機場、醫院、石油平臺和采礦設備上使用的發電裝置。這些新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傳統設計不同的表面形狀，針對這一問題，Vulkan公司擴展了大型立式車削機床的加工能力。副總裁Thomas Lehner說道，在購買這臺You Ji的VTL機床之前，公司所有機床的加工件高度都限制在20in。但上述鋼制部件系列要求在高于立式車床卡盤上方30~40in的高度執行鉆孔、鉸孔和攻螺紋加工。而位于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，“在佛羅里達州，我們根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工序都在本廠內完成，以獲得更大的保證，從而控制好質量、成本和效率，及時生產出部件并趕上截止期限。”
圖2 Vulkan公司所制造的較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系列卷軸形的結構配置所構成，最大部件高度約為40in，兩端為直徑40in的凸緣，要想接近凸緣之間較為狹窄且類似于柱體的卷軸軸身，就要求從立式滑枕上向內達到較長的水平范圍。采用配有延長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面的唯一可行方法，但使用這種方法所加工出來的表面質量并沒有達到最優水平。“長刀具延長柄不穩定并且會產生大量振動。
”Lehner先生解釋說。顯然，VTL上的典型立式滑枕不足以解決這個問題，“如果我們用安裝在臥式滑枕上的刀具進行加工，則加工作業將呈現出更強的剛性，而且可以直通無阻地到達此類表面。”
這是一項具有關鍵意義的工序，因為這段軸身屬于軸承表面，而產品規格要求這段軸身具備類似于研磨后的光潔度。故Vulkan公司的當務之急是找到一款足以容納這些大型部件并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
Vulkan公司的機加工車間內部署了十余臺CNC機床，包括7臺Okuma臥式和立式車床，1臺Mazak Integrex 50機床、1臺配56in卡盤的New Century VTL和1臺Quickmill VMC。Lehner先生表示，他們熟悉絕大多數的VTL供貨商，因為公司在許多大型圓形工件的制造上都要大力依靠這種類型的機床。
立式車削在加工中擁有本質上的優勢，因為方便了重型工件的夾裝，這些工件可以從上方加載并豎立加裝至旋轉工作臺上的卡盤內。重力給這種定位方式提供了便利，這樣就不需要用中心架和尾架來支撐工件了。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心時，Vulkan公司根據所要求的尺寸范圍馬上就縮窄了可能的供貨商范圍。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Absolute公司代理的臺灣制造商You Ji公司出品的立式機床。在2008年的國際制造技術展覽（IMTS）上，通過與Absolute公司就使用You Ji的機床進行立式車削進行了探討，Lehner先生確認這家制造商擁有這個領域內扎實可靠的工程設計、機床設計和制造經驗。
這項合作的最終決定是由You Ji公司設計一個臥式滑枕，并將其配備到Vulkan公司最大型的VTL機床上。一種配備了2000mm卡盤和100hp（1hp=0.746kW）旋轉工作臺的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-臥式車床以指明這臺機床的雙滑枕配置。這臺設備的尺寸足以切削直徑長達100in，高80in的部件。這個臥式滑枕就位于機床的左側，處于立式滑枕的對面，并提供了第2組可編程X軸和Z軸。其中包括一個長方形的鋼“臂”，每側實測值均為10in。如果全部延長的話，這個鋼臂可以使裝在標準刀架內的切削刀具到達卡盤的中心點。該滑枕的最大行程為40in，并能像立式滑枕一樣接受相同的靜態和動態刀具，但不能使用自動刀庫，還需手動更換。
圖4 這臺You Ji立式車削中心的立式滑枕通常用于精密緊固件的鉆孔、鉸孔和攻螺紋
一次加工能力的大轉變
Lehner先生說道，這臺機床龐大的機身和堅實的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，但成品部件的允許公差卻非常小，以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。機床重量超過150000lb（1lb=0.454kg），占地面積為23ft×29ft（1ft=304.8mm），高26ft。其剛性和精度體現在大型卷軸狀部件關鍵性軸身表面的加工上，如采用立式滑枕車削可以達到Ra32的表面質量以滿足對于研磨級表面光潔度的要求。“因采用You Ji機床進行車削就可以達到這種表面光潔度，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在立式或臥式滑枕上執行一些特定的研磨作業，如孔的內徑表面研磨。
更為重要的是在車削之后執行鉆孔、攻螺紋和鉸孔的加工。Vulkan公司制造的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、發電和油田應用領域的各種認證計劃所強制執行的規格。
而這種多任務能力與同時具備立式和臥式滑枕的特點相結合，就可以在無需重新夾裝的情況下完成整個部件的加工。除了工藝上的靈活性、效率和質量外，多任務能力還提升了Vulkan公司在客戶服務方面的聲譽。該公司所完成的工作當中有相當多的部分屬于緊急處理任務，通常沒有時間在各臺機床之間以及各個加工企業之間轉送部件。“如果一只拖船故障停運了，或者游輪的某一部分停止運行了，那么客戶會說‘我現在就需要這個部件。告訴我應該怎么做。’而我們就要付出一些加班作業，努力修理好部件并發貨。”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針也能夠提升及時響應性。與此類似，編程工作可以在這臺機床的FANUC 18iMC 控制臺上采用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水平，而其操作者都擁有平均20年的經驗。Lehner先生說，“離線編程也可以實現，因為這座生產設施內的機床具備無線連接能力，而公司通常會使用自己制作的部件3D模型。”
添置You Ji車削中心讓Vulkan公司能夠控制其制造過程，并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，我覺得我們并不需要外包任何工作，”Lehner先生表示，“我們喜歡將工作留在內部完成。這些項目中存在很多容易出錯的地方，我們想要盡量將所有因素控制在自己手中。”
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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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