沈盼捷

　　高性能高效高速数控加工机床多采用系列化、标准化和模块化设计制造技术，允许用户在标准型机床基础上通过选配包括不同特性主轴铣头或和电主轴在内的模块化部件，以使同一机床能适应不同需求的HEM-HSM加工应用和自动化水平，呈现了较好的应用柔性。但对终端制造业用户而言，这仍然是一种“专用型”的机床，因为一旦选配了某种确定特性的主轴铣头或电主轴，这时该机床的加工能力也就被确定在某种确定的范围内，仍然呈现为专用性的特征。
　　
　　为此，机床制造商开发了可实现主轴铣头自动交换功能的数控加工机床，以便随时根据实际需求可自动选择相应的主轴铣头装载到机床主轴上，从而有效扩展了机床的加工能力和适用性，使终端用户真正可获得一种“通用型”的，或者说“高性能”的高效高速数控加工机床。实际上，可交换主轴铣头数控机床应用已有一段历史了，不同的仅是现代此类数控加工机床的技术水平、自动化程度和可靠性更高而已。意大利JOBS公司多功能大型数控铣镗加工中心机床JomaX系列即可作为这种三高数控加工中心机床的一典型实例。JomaX系列数控机床可根据用户具体需求而灵活配置成3/3+2/4/5轴数控铣镗加工中心，包括龙门固定工作台移动结构的JomaX 261、龙门移动工作台固定结构的JomaX 265和动立柱结构的JomaX 269三种型号。
　　
　　JomaX 265数控铣镗加工中心机床
上图所示为采用了龙门移动立式主轴结构的JomaX 265大型数控铣镗加工中心机床。该机床具有高结构刚度，高动态特性和高精度的特点。机床X/Y/Z三直线轴行程达3，500（6，500/8，000/9，500）/3，000（4，000）/1，250（1，500）mm，速度32m/min，加速度2.5m/s2。JomaX系列机床通过基本通用主轴系统（BUSS ： Basic Universal Spindle System）实现主轴铣头自动交换，因而可实现在一台机床上不用重新装夹定位零件就能使用不同主轴铣头进行粗加工、半粗加工、半精加工和精加工切削，并可适应不同工件材料的HEM-HMS加工。其结果提高了零件加工生产率，提升了机床加工应用柔性，并能减少设备投资费用。JomaX系列机床可选配如下几种基本类型主轴铣头：

　　（1）直铣头：高刚性直铣头，主轴功率30/45kW（S6：38/56kW），转矩955/1，430Nm（S6：1，210/1，780 Nm），最高转速4，000r/min，刀具接口HSK-A100。用于高效率正交三轴铣镗粗加工/半粗加工。
　　
　　（2）带C轴直角铣头：主轴功率25/42kW（S6：31/53kW），转矩796/1，337Nm（S6：987/1，687 Nm），最高转速3，000r/min， 带连续3，600旋转轴C，速度5r/min（300/s），刀具接口HSK-A100。用于多方向工件侧面高效切削加工。
　　
　　（3）双分度铣头TMX：带C/A旋转分度定位摆叉式主轴铣头，C旋转轴360°（±180°），10分度，A摆动轴120°（+15°/-105°），10分度，旋转轴速度5r/min，电主轴功率34kW（S6：41kW），转矩260Nm（S6：310 Nm），基速1，250r/min，最高转速8，000r/min，刀具接口HSK-A100。TMX可用于实现“3+2”轴高效数控加工。
　　
　　（4）摆叉式主轴铣头T2K：JOBS公司带A/C旋转轴摆叉式主轴铣头，范围较广，包括不同类型的带旋转轴的高功率高转矩机械驱动主轴铣头，或带双旋转轴的高速电主轴铣头，诸如 T2D-T3D，T2K-T3K，TMXP等等。
　　
　　JomaX 265机床标配为：

　　（1）强力铣头T2K-2-P：一种高功率高转矩摆叉式主轴铣头，用于五轴联动数控加工，配置有集成化电主轴，功率42kW（S6：53kW），转矩1，340Nm（S6：1，687 Nm），基本转速300r/min，最高转速4，000r/min，C轴360°连续，A轴220°（±110°），旋转轴速度5r/min（30°/s），刀具接口HSK-A100。
　　
　　（2）高速铣头T2K-EP： 一种高功率高转速摆叉式主轴铣头，C轴3600连续，A轴190°（+100°/-90°），旋转轴速度5r/min（30°/s），主轴功率34kW（S6：41kW），转矩260Nm（S6：310 Nm），基速1，250r/min，最高转速8，000r/min，刀具接口HSK-A100。
　　
　　而在JomaX 245机床上则标配为：

　　（1）强力铣头T2K-P：功率37.5kW（S6：45kW），转矩940Nm（S6：1145 Nm），最高转速4，000r/min，C轴360°连续，A轴220°（±110°），旋转轴速度5r/min，刀具接口ISO50。
　　
　　（2）高速铣头T2K-S：C轴360°连续，A轴190°（+100°/-90°），旋转轴速度5r/min，主轴功率34kW（S6：40kW），转矩169Nm（S6：200 Nm），最高转速8，000r/min，刀具接口HSK-A100。
　　
　　（3）高速铣头T2K-S：C轴3600连续，A轴190°（+100°/-90°），旋转轴速度5r/min，主轴功率34kW（S6：40kW），转矩51Nm（S6：56 Nm），最高转速18，000r/min，刀具接口HSK-A63。
　　
　　据报道，大众汽车公司在斯克达工厂装备有由两台带BUSS系统的JOMACH245数控铣镗加工中心机床组成的托盘化加工单元，每台数控机床带有6个可交换主轴铣头、6个托盘站和容量32把的在机刀库。通过BUSS系统，就可在该加工单元内高效地完成大型模具的粗加工、半粗加工、半精加工和精加工切削。JOMACH245机床45kW的高刚性直铣头，允许使用直径超过100mm刀具进行零件2D高效粗加工与半粗加工，直角铣头可对模具侧面实现加工，用于五轴联动加工的强力主轴铣头可使用合适的端铣刀进行模具3D型面的高效粗加工与半粗加工，而用于五轴联动加工的高速主轴铣头（18，000r/min）可进行模具高速半精加工与精加工。
　　
　　JomaX 269卧式高速数控MC机床
实际上，JOBS公司还有许多主轴铣头产品可供用户选择，包括不同类型的带旋转轴的高功率高转矩机械驱动主轴铣头和带双旋转轴的高速电主轴铣头，主轴功率高达85kW，转速达27，000r/min并在该公司其它数控机床上得到了应用。如JOBS公司新近推出的卧式动立柱结构的JomaX 269大型高速数控强力铣削加工中心机床，见右图，配置有两种主轴铣头的BUSS，一种为机械驱动的可带或不带A/C旋转轴的强力主轴铣头，最大功率75kW，转矩2，500 Nm，刀具接口HSK-A100；另一种为带A/C旋转轴的高速主轴铣头，其最高转速15，000～27，000r/min，刀具接口HSK-A63。同时，用于五轴加工的主轴铣头，其A/C转轴的驱动转矩高达10，500 Nm。这儿就不一一列举了。
　　
　　据报道，中国武汉重型机床集团有限公司已引进了JOMAX265数控铣镗加工中心机床，并和意大利JOBS公司合作在中国国内生产JOMAX265机床。
　　
　　FOGS D40可交换的主轴铣头
德国著名数控机床制造商DST集团公司旗下Droop+Rein推出的FOGS D40/M30高架龙门移动式高速数控MC机床也可配置主轴铣头自动交换功能而扩展其切削加工能力，成为三高五轴数控MC机床能实现零件一次装夹后完成全部粗精复合加工。其中，FOGS D40C机床标准配置连续B/C旋转轴的摆叉式主轴铣头，是一种完全由控制刀具运动实现五轴联动数控加工；B摆动轴+110°/-10°，转速10r/min，转矩8，000Nm，夹紧力矩12，000Nm， C旋转轴±2000，转速10r/min，转矩8，000Nm，夹紧力矩20，000Nm。而FOGS D40P机床标准配置为分度定位B/C旋转轴的摆叉式主轴铣头，可实现“3+2”轴多面体工件数控加工，B/C摆动轴0.001°/0.001°分度，夹紧力矩12，000 Nm/ 25，000Nm。该机床选配的可交换的主轴铣头选件如下表所示，且最终可由用户自行定制。当机床配置的可交换主轴铣头为MFS摆叉式铣头时，可配多种不同功率/转矩-转速特性的集成化筒芯电主轴，则能实现拾取式自动可互换电主轴功能，见下表。有关自动可互换电主轴技术稍后即将介绍与讨论。
　　
　　FOGS D40高速数控MC机床
美国MAG Cincinnati公司通用型五轴高效高速数控MC机床U5每1500也可作为这类三高数控加工机床的另一个典型实例，见图。
　　
　　MAGCincinnati U5-1500五轴龙门 MC机床
U5-1500五轴高效高速数控MC机床可用于大型铝合金、钢、钛合金以及特殊难加工材零件的五面或五轴联动HEM-HSM切削加工。该机床X/Y/Z工作行程可达4.6/2.5（3.7）/1（1.5）m，且X轴可按需求扩长。机床配有主轴铣头自动交换功能，可交换的主轴头存放在靠近工作区的单独的头架上，交换时间仅需约2min。因此，用户通过配置若干确定用途的主轴铣头，便可覆盖实际加工需求的范围，不仅扩展了设备加工应用领域，而且提高了设备产出率。U5-1500机床标准设计为可配置两种类型的带C轴（3600连续）和A轴（+100°～-90°）主轴铣头：

　　（1）主轴连续功率30kW，转矩850Nm，基速340r/min，最高转速4，000或6，000r/min，刀具接口ISO50，可用于钛合金等硬金属材HEM-HSM加工，或可用于粗加工/半粗加工高效切削。同时，最高转速6，000r/min的主轴铣头可以为立式的或为卧式的结构。
　　
　　（2）主轴连续功率30kW，转矩57Nm，基速5，000r/min，最高转速15，000或24，000r/min，刀具接口HSK-A63，可用于铝合金等轻金属材HMS切削加工。
　　
　　如美国ADI （ Aerospace Dynamics International ）公司就购置了2台五轴加工中心U5-1500 用于Boeing 777和F-35军机的铝合金材、钛合金材和复合材料结构件的高效高速加工。此外，用户还可配置更大功率/转矩的主轴铣头：功率52kW，转矩2，400Nm，基速200r/min，最高转速2，500r/min，专用于钛合金等硬金属材粗加工/半粗加工高效切削。
　　
　　许多数控机床制造商，如意大利Parpas公司XS系列大型高速龙门数控铣削中心机床，德国HANDTMANN公司的UBZ-NT-G五轴桥式龙门加工中心机床，DMG 600U龙门加工中心机床等都能提供主轴铣头自动交换，本文限于篇幅对此不作进一步的讨论。(end)