车铣复合机床B轴应用

　　在车/铣床中有一种B轴机床，它是一种包括5坐标铣削功能的车床。获得B轴机床既需要大量资金方面的投资，同时还需要花费很多时间。与不带B轴配置类似功能的车/铣床相比，带B轴机床的价格要高出近20%。但是，对于可以从B轴加工中获益的工厂而言，B轴机床所带来的生产率方面的增益表明这种投资是非常值得的。

　　B轴基本原理

　　Methods Machine Tools Inc.是一家机床进口公司，并是Nakamura-Tome机床在美国的独家经销商，该公司要频繁地与潜在买主讨论B轴机床的基本原理，以确保他们能够完全理解这种机床的能力。Methods公司告诉其潜在客户这样一个标准定义：B轴机床将卧式/立式车床的车削功能与5坐标加工中心的铣削及加工功能结合为一体。

　　与传统车/铣床一样，B轴机床配备Z-X(车削)和C(回转铣削)轴控制。B轴头用作铣削主轴或车/镗刀夹，从而使机床可以通过单次装夹来完成所有的铣削和车削操作。这些机床还可以控制Y轴进行偏心铣削操作。但是，正是B轴功能才使得这些机床与其它机床不同。B轴被定义为绕Y轴旋转，该第五坐标轴的定位使得可以进行复合角度加工。B轴功能使机床可以完全支持5轴分度铣削及3维/5轴联动的自由形状铣削加工。

　　整个零件，单次装夹

　　B轴机床提高了零件精度，因为它们在车削和铣削加工的特征之间保持了更高的公差。例如，当在某台B轴机床上加工一刀体时，在铣削和车削工序之间保持几何公差非常容易。与传统车/铣床一样，通过单次装夹，消除了将零件从车床换到铣床而引起的误差。对于需要只有B轴机床才可以完成车削和多轴铣削操作的零件而言，要保持各个特征之间的几何公差，使用多个基准之间较小的公差就显得特别重要。

　　如果配备双主轴，则B轴机床扩展的加工范围使得它既可以在工件前面又可以在工件后面进行车削和铣削加工。每个主轴(主主轴和次主轴)都起工件夹持作用，这样可以在零件前面或后面进行五坐标联动切削，从而通过一次装夹来完成整个零件的加工。以前需要4次装夹(前车削、后车削、前铣削、后铣削)的工件，在带B轴功能的机床上可以减少到1次装夹。

　　配备一个下位转塔的多主轴B轴机床进一步提高了单次装夹的零件加工能力。参见图1，在这种配置中，当其它转塔刀具在对置主轴上操作时，B轴头可以同时操作，因此可以进行同步联动操作。换言之，即可以在零件的前后同时进行切削。

　　此外，各个工厂还要考虑不一定具有B轴特征(复合角和/或多面上的特征)但依然需要铣削和车削加工的“意外”零件。例如，一个公司可能加工需要B轴加工的液压零件子集，但却发现大部分的工件既需要传统铣削，又需要车削加工。对于这种工厂，购买一台B轴机床可以满足车/铣加工的全部需求。

　　简化编程

　　一旦一个公司确定，B轴机床符合其需求及零件生产需要，则主要的问题是确保CNC编程员拥有可以为这些机床进行编程的CAM工具。有效的CAM软件通过提供高效生成、优化并验证CNC程序的工具使工厂可以充分利用B轴机床的功能。观察操作中的B轴机床(特别是第一次)有可能是非常吓人的-它那复杂的配置、同时加工以及不垂直的多轴刀具运动等确实吓人。因此，CAM系统必须使编程员可以完全控制机床的所有运动。这种控制简化了对这种复杂机床编程的挑战，这种软件的可获得性可以鼓励更多工厂考虑这种设备在生产率方面的优点。

　　CAM软件开发公司DP Technology开始研究在B轴机床上加工工件的编程问题时，它意识到采用一种完全集成铣/车编程环境的系统可简化这些机床的编程，并给各大工厂提供对B轴零件进行高效而精确编程所需要的灵活性。基本上，集成编程环境意味着工厂无须在一个软件应用程序中进行零件车削部分而在另一个软件应用程序中完成零件铣削部分，然后再试图将它们有效地协调起来。

　　为此，该公司开发了Esprit SolidMillTurn产品。该软件于2003年3月发行，提供2～5轴铣削加工循环套件，包括3轴和5轴联动3维多面/整体加工，同时还支持诸如车端面、镗、开槽、车螺纹等车削循环。该程序具有很高的灵活性，编程员可以以任意组合在单个工件上使用铣削和车削循环-在零件前面或后面，在主主轴和次主轴上，用上位B轴头或下位转塔等。

　　作为该软件的一部分，对B轴机床特别重要的一个编程工具是“工作平面”。每个零件特征都被自动分配到最合适的“工作平面”，从而简化B轴加工的零件编程操作。由“工作平面”来定义C和B轴的定位，简化位于复合角上的钻削和铣削特征(B轴特征)。参见图3。例如，为了以一定的角度钻孔，不必编程联动的X和Z轴，编程员可以用“工作平面”来定义C和B轴的角度，从而自动旋转Z-X坐标系并且只要求编程员规定单个Z轴运动即可。实际上，机床将移动X和Y轴来加工该孔。“工作平面”使用户可以设立“局部坐标系”，简化了用于产生某给定特征的G代码，并使操作员更容易理解。

　　通过单个界面对加工工序进行同步和优化，这样的软件工具对于组织车/铣程序是很有用的。DP Technology公司相信，有效的同步工具可以完全集成所有加工，不仅提供组合的显示窗口，列出铣削和车削工序及其相关的循环时间，同时还对视图进行自适应，以满足机床所支持的转塔、加工头或主轴数量的需要。在逻辑上，这样做简化了编程，只需用户在一个位置弄清楚零件加工的方式即可。

　　在B轴加工中，自动计算循环时间的工时研究与综合刀具模拟及验证功能的结合在B轴加工中具有非常重要的意义，其中刀具碎裂是各工厂始终关心的问题。使用B轴机床的工厂将发现，可以编程设定一系列铣削和车削操作、优化循环时间、并在编程过程中的任何点模拟这些操作以证实不存在撞刀现象等功能是非常有用的。

　　为了有效地验证CNC程序，如果模拟确切地与机床操作类似，则它具有非常重要的意义。例如，Esprit的“机床设置”提供了这样一个界面，其中各工厂可以定义自己特定机床的转塔和主轴的配置和数量，以确保精确模拟。此外，为了提供B轴加工的有效编程，该CAM系统在屏幕上显示整个零件连同机床的关键运动部件(主轴、转塔、B轴头、刀具)，而不仅仅是零件部分，以防止潜在的撞刀事故发生，特别是在同步联动加工或从主主轴往次主轴转移零件时。参见图4。一旦生成并验证了刀具路径，后处理器就会为所有的铣削和车削操作形成G代码程序。这一点相对于需要用户对车削和铣削刀具路径单独进行后处理，然后再将它们合并到一个程序从而下载到车间的软件而言，具有很大的优点。