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卧式加工中心时应考虑的四个问题

　　相较于立式加工中心，卧式加工中心可以缩短主轴运行时间、加工时间并提高产量。虽然卧式加工中心价格更高，但其生产效率也更高，这对于不同规模的加工工厂而言很重要，Valley Tool公司就有切身体会。

　　对于公司负责人Cayce Washington而言，两方面的革命性变化为公司的成功铺平了道路：第一个方面是采用数控技术，第二个方面是引进卧式加工中心。

　　Washington先生是Valley Tool公司的总裁。1997年，他从前任所有者手中收购了这家公司，然后，更改了公司名称。那时，该厂只拥有手动机床以及几台冲压-攻螺纹编程升降铣床。在认识到数控技术的前景后，他在1998年采购了第一台数控车削中心，之后，在1999年采购了第一台立式加工中心。不久，他就看到了这些设备为工厂生产带来的好处：编程更快、更简单，加工时间缩短。

　　然后，Washington又采购了多台他称为入门级的数控机床，公司每年都能实现盈利。但是，在成功的背后，为了按时完成生产，他需要投入大量时间。

　　如今，Valley Tool公司拥有25台数控机床，其中五台为卧式加工中心。这些卧式加工中心在该厂35 000 ft2的厂房内是最昂贵的设备。因此，在2010年引入第一台卧式加工中心前，Washington先生和他的团队仔细考虑了许多问题。最近我们刚刚参观了他的工厂，我们询问了一些当初考虑的问题，另外，我还了解了公司目前如何利用这种加工平台的优势。

　　图1 Valley Tool公司目前拥有五台卧式加工中心。其中两台用于特殊加工任务的卧式加工中心配有液压夹持设备，方便操作人员装载零件，同时，降低了工伤风险

　　加油站的意外发现

　　2010年，Washington在一家加油站碰到一个人，这次偶遇导致他开始认真考虑卧式加工中心。当时，为了赶上承诺的交货日期，他亲自负责交送一批产品，从得克萨斯州回来的路上，他在路易斯安那州停车加油。一个人注意到他的衬衫上印着Valley Tool公司的标志，然后，和他攀谈起来。那个人为一家大型制造商工作，这家制造商生产压缩机、鼓风机、真空泵以及相关的工业设备。他说这家公司同现有的加工零件供应商之间存在一些问题。Washington先生回到自己的工厂后，那个人通过电子邮件向他发送了一些零件打印图。

　　这项加工任务涉及70种零件，但每种零件的加工数量只有500～1000个。另外，许多零件形状精密，正位度容差要求较高。如果在Valley Tool公司的现有立式加工中心上进行加工，则一些零件需要使用不同设置，因此，很难实现不同形状的容差要求。另外，因为需要多种设置，总体加工时间会很长。Washington先生想到带有双托盘和四轴运动功能的卧式加工中心可以克服这些问题。

　　图2 使用热收缩刀具提高刀具夹持力。这可以显著降低伸出刀夹的长形刀具的震动

　　Valley Tool公司过去曾经同一位Single Source Technologies-South公司的机床销售员有过合作，这位销售员向Washington先生建议Makino公司的卧式加工中心技术可能会非常适合这项工作。公司最终采购了一台a51nx型卧式加工中心，这款机床配有400 mm托盘以及一根14 000 r/min主轴，扭矩达到177尺磅，公司最终在两年内收回了成本。但是，在采购这条机床之前，Washington先生和他的团队首先仔细考虑这台设备的性价比。他们考虑的问题同其他一些考虑采用卧式加工中心的工厂类似：

　　1.卧式加工中心是否可以帮助和/或改善工厂的现有工作?

　　Washington先生称，卧式加工中心的优势非常明显，可以完成立式加工中心的加工任务。这种机床的刚性可以提高转速和进给率，降低加工时间。对于相同的加工任务，相较于立式加工中心，第一次在卧式加工中心上完成时的加工时间一般会降低30%。此外，第二次在卧式加工中心上进行加工时，编程、刀具和其他方面的改善通常会将加工时间缩短65%。

　　例如，Valley Tool公司曾经加工过各种交货期很短的零件。为了加快生产，该厂会使用立式加工中心加工一些比较简单的零件，借助卧式加工中心加工较为复杂的零件。但是，在有些时候，因为可以减少设置次数，该厂会使用卧式加工中心加工这类零件，以便缩短生产时间，提高质量，确保正位度符合特定基准点。

　　Valley Tool公司曾经承接过一次这种交货期较短的加工任务，该厂花费了两周时间为立式加工中心进行编程以及设计和制造夹具，然后，为了加工出合格零件，又花费了两周时间。最终，该厂放弃了这种方式，从头开始，重新使用卧式加工中心完成这一加工任务。最后，在不到10天的时间里，该厂就使用卧式加工中心加工出了合格零件，其中的主要原因是设置次数从6次减少到2次。此外，加工时间从45 min减少到18 min。

　　图3 摩托车车把减震架使用的三个铝合金部件非常适合采用卧式加工中心进行加工

　　2.为了有效使用卧式加工中心需要多高的额外成本?

　　卧式加工中心的成本比立式加工中心更高，为了充分发挥卧式加工中心的潜力，需要额外的投入。例如，为降低震动风险，Valley Tool公司需要为每台卧式加工中心提供大量的24 in深垫板，无论车间是否可以提供空间。卧式加工中心还要求车间使用一台30 hp螺杆空气压缩机提高压缩空气供应量，因为现有的标准空气压缩机(配有一个储气罐)无法满足卧式加工中心的供气要求。

　　Valley Tool公司还在刀具技术方面进行了投资。有时候，为了防止主轴撞到夹持设备，长形刀具或扁长形刀夹需要超过立柱。为了减少因刀具伸出刀夹过长导致的震动，该厂会结合使用热收缩和液压刀夹，提高夹持力。有时候，Valley Tool公司还会考虑使用更高端的刀具，充分利用这种机床的高刚性优势，进一步提高转速和进给速率。 因为卧式加工中心配备了60工位自动换刀装置(ATC)，可以装载多种刀具用于不同的加工任务。该厂还会装载冗余刀具用于长时间加工。机载激光探针可以自动计算刀具偏置，有时候会使用触发式探针验证加工工艺。

　　Valley Tool公司还会在该厂的两台卧式加工中心上使用液压驱动式立柱夹持装置。这种机床专门用于特殊加工任务，液压夹持方式可以简化操作人员的零件装载操作，降低工伤风险。 这种工件夹持技术还可以提供更稳定的夹持力以及更高的零件夹持可重复性。

　　图4 摩托车车把减震架使用的这三个部件在使用立式加工中心进行加工时可能需要六种设置，但是，若使用卧式加工中心，则只需要两种设置

　　3.采购卧式加工中心会对员工产生哪些影响?

　　Washington先生称，如果编程师和操作人员之前没接触过卧式加工中心，则需要进行三到六个月的学习。包括现场培训，此外，某些员工还需要前往Makino公司的总部接受培训。在学习过程中，需要重新思考现有的立式加工中心所加工的工件如何通过不同方式装载到卧式加工中心上，如何利用卧式加工中心的四轴旋转优势降低设置次数以及仿形加工。

　　另外，虽然操作人员通常知道在立式加工中心上刀具如何切削工件，但卧式加工中心的立柱或其他夹具有时候会妨碍切削作业。这可能会让某些操作人员在开始时感到不便，但他们最终会信赖这种加工方式。此外，在开始新的加工任务前，可以对加工程序进行离线模拟，防止发生碰撞。

　　在公司引进第一台卧式加工中心时，Washington先生在员工还未充分熟悉这种新式加工中心情况下就急匆匆将这台机床投入生产。早些时候，发生了几次机轴碰撞，导致发生震动并且过早的更换了几个机轴。

　　换句话说，采购卧式加工中心最终提高了员工士气。这类投资向员工发出了一个明确的信号，即公司承诺致力于长期发展，为员工提供优质设备，帮助他们更高效地完成工作。对于机工来说，如果在劣质机床上完成加工后发现加工的零件不合格，会非常沮丧。

　　卧式加工中心通常不会出现这种情况，Washington先生称。实际上，现在该厂的总体车间报废率小于0.5%。此外，卧式加工中心的机轴利用率可以达到85%(立式加工中心只有40%)，因为操作员可以在加床外部的托盘上装载工件，同时，在另一个托盘上加工其他工件。

　　4.卧式加工中心是否可以促进业务发展?

　　2010年，在Valley Tool公司采购第一台卧式加工中心时，该厂有85名员工，年销售额约400万美元。如今，该厂拥有五台卧式加工中心(四台a51nx型机床和一台日立Seiki型机床)和123名员工，2017年的销售额达到750万美元。

　　公司的发展直接归功于引入了卧式加工中心。该厂并未使用外部经销商。 但是，当现有客户群开始向其他人宣传公司的卧式加工中心相较于立式加工中心提高了零件质量和生产速度(部分是由于降低了设置次数)，该厂的订单就开始增加。

　　客户的工程师在跳槽到其他公司后会联系Valley Tool公司，了解其生产能力，这也为本公司带来新的业务。实际上，该厂的客户群不断发展，如今已涵盖各个行业，包括汽车、航空航天、商用制冷、枪械、夹具、工业商业设备、消费品、医疗、模具制造和体育用品。多元化的客户群保证了业务的均衡性，即使某一行业提供的业务减少，也不会对公司带来太大影响。