文档介绍：在数控卧式镗床上利用 U 轴进行复合加工

作者: 高志强交大昆机科技股份有限公司机床服务中心

前言

在卧式加工中心的发展过程中,普通的 X、Y、Z 轴配合主轴已经很难满足现
代加工的要求。在液压气动、工程机械、石油化工设备、汽车、机车车辆、电力
设备等行业中,以桥体、差速器壳体、泵体及阀体类零件为主要加工对象,此类
零件由于自身结构特点,常有2 英寸以上的锥管螺纹加工;泵体及阀体结合端面
常有弧形或异型密封槽,其密封性要求非常高;大量的直径不同的同轴孔系使得
此类零件的加工在普通的卧式加工中心上难以实现,需要有 B 轴、U 轴、W 轴等
轴联动实现复合加工。
为了解决此类零件的加工,机床制造商和刀具制造商都推出了具备 U 轴的解
决方案。

一、具备 U 轴功能的刀具
C 控制单元与机床伺服系统连接(有关技术协议需事
先与机床制造商讨论),另配有连接轴完成驱动,用以实现 U 轴与 Z 轴联
动,可以完成锥孔、R 面、车螺纹等加工。选配的探头可进行自动测量、
自动加工、提高加工精度。此方法对于普通卧式加工中心临时追加 U 轴功
能可以满足要求。但是,在实际使用过程中,具备 U 轴功能的刀具存在下
列不足之处:
(1) 刀具的伺服单元及机械结构空间有特殊要求;
(2) 自身结构较单薄,不适用于强力切削;
(3) 对于孔径差别大的或加工內容有区别的加工,仍需采用多把 U 轴功
能的刀具,由于这是专用刀具,价格昂贵,所以很不经济。

二、具备 U 轴的卧式加工中心
日本新泻铁工(NAGITA)开发生产的 BFN 系列复合加工中心带来了新
的概念,其 U 轴功能不仅仅解决了上述异型件的加工问题,同时也大大减
少了刀具使用数量,提高了刀具集成化。其主要特点为:
(1) U 轴单元直接安装于高刚性主轴端部,驱动单元通过主轴内部的齿
轮、齿条传动实现,使得 U 轴刚性大大加强;
(2) U 轴行程为 50mm,最大镗孔直径可达 300 mm;
(3) 刀柄形式为 1/10 的短锥、端面双接触刀柄,适用于高精度强力重
切削:
(4) 采用独特 U 轴冷却系统,与 U 轴保持同步旋转,增强刀刃冷却效果;
(5) 配有专用编程辅助软件(SNAP3),可简化、优化编程及程序调试;
(6) 另配有自动探测、补偿系统作为选择功能(机内非换刀式),自动
完成“粗加工→孔径自动测量→ U 轴自动补偿→精加工”全
过程。
NIGATA 的专用编程辅助软件(SNAP3)以宏程序的型式编制,依靠宏
程序执行器调用,既提高程序调用速度又释放用户宏程序可用空间。且用
户应用 SNAP3 专用编程软件编制加工程序,仅需依照加工轮廓的纵剖面,
给出各拐点坐标值即可,宏程序自动安排加工工步,减少计算量及人为错
误。但这种复合加工中心在机械结构及软件支持上还需进一步完善。

三、具备 U 轴的数控卧式镗床
我公司推出的数控卧式镗床 TK6113、TK6111 系列产品,其具有固定
平旋盘和可拆卸式平旋盘。平旋盘滑块(U 轴)为数控轴,利用
SINUMERIK840D 数控系统强大的控制功能,可