如今許多工廠開(kāi)始對(duì)多功能車/銑床的購(gòu)買活動(dòng)進(jìn)行評(píng)估，權(quán)衡的因素包括成本、性能及生產(chǎn)率等。這些工廠必須考慮什么類型的車/銑床最適合他們各自的需求以及他們所生產(chǎn)零件的加工需要。在車/銑床中有一種B軸機(jī)床，它是一種包括5坐標(biāo)銑削功能的車床。獲得B軸機(jī)床既需要大量資金方面的投資，同時(shí)還需要花費(fèi)很多時(shí)間。與不帶B軸配置類似功能的車/銑床相比，帶B軸機(jī)床的價(jià)格要高出近20%。但是，對(duì)于可以從B軸加工中獲益的工廠而言，B軸機(jī)床所帶來(lái)的生產(chǎn)率方面的增益表明這種投資是非常值得的。
B軸基本原理
         Methods Machine Tools Inc. 是一家機(jī)床進(jìn)口公司，并是Nakamura-Tome機(jī)床在美國(guó)的獨(dú)家經(jīng)銷商，該公司要頻繁地與潛在買主討論B軸機(jī)床的基本原理，以確保他們能夠完全理解這種機(jī)床的能力。Methods公司告訴其潛在客戶這樣一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)定義：B軸機(jī)床將臥式/立式車床的車削功能與5坐標(biāo)加工中心的銑削及加工功能結(jié)合為一體。
        與傳統(tǒng)車/銑床一樣，B軸機(jī)床配備Z-X(車削)和C(回轉(zhuǎn)銑削)軸控制。B軸頭用作銑削主軸或車/鏜刀夾，從而使機(jī)床可以通過(guò)單次裝夾來(lái)完成所有的銑削和車削操作。這些機(jī)床還可以控制Y軸進(jìn)行偏心銑削操作。但是，正是B軸功能才使得這些機(jī)床與其它機(jī)床不同。B軸被定義為繞Y軸旋轉(zhuǎn)，該第五坐標(biāo)軸的定位使得可以進(jìn)行復(fù)合角度加工。B軸功能使機(jī)床可以完全支持5軸分度銑削及3維/5軸聯(lián)動(dòng)的自由形狀銑削加工。
         整個(gè)零件，單次裝夾
         B軸機(jī)床提高了零件精度，因?yàn)樗鼈冊(cè)谲囅骱豌娤骷庸さ奶卣髦�間保持了更高的公差。例如，當(dāng)在某臺(tái)B軸機(jī)床上加工一刀體時(shí)，在銑削和車削工序之間保持幾何公差非常容易。與傳統(tǒng)車/銑床一樣，通過(guò)單次裝夾，消除了將零件從車床換到銑床而引起的誤差。對(duì)于需要只有B軸機(jī)床才可以完成車削和多軸銑削操作的零件而言，要保持各個(gè)特征之間的幾何公差，使用多個(gè)基準(zhǔn)之間較小的公差就顯得特別重要。
        如果配備雙主軸，則B軸機(jī)床擴(kuò)展的加工范圍使得它既可以在工件前面又可以在工件后面進(jìn)行車削和銑削加工。每個(gè)主軸(主主軸和次主軸)都起工件夾持作用，這樣可以在零件前面或后面進(jìn)行五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)切削，從而通過(guò)一次裝夾來(lái)完成整個(gè)零件的加工。以前需要4次裝夾(前車削、后車削、前銑削、后銑削)的工件，在帶B軸功能的機(jī)床上可以減少到1次裝夾。
         配備一個(gè)下位轉(zhuǎn)塔的多主軸B軸機(jī)床進(jìn)一步提高了單次裝夾的零件加工能力。參見(jiàn)圖1，在這種配置中，當(dāng)其它轉(zhuǎn)塔刀具在對(duì)置主軸上操作時(shí)，B軸頭可以同時(shí)操作，因此可以進(jìn)行同步聯(lián)動(dòng)操作。換言之，即可以在零件的前后同時(shí)進(jìn)行切削。
        B軸機(jī)床加工的零件
        在復(fù)合角或多個(gè)面上帶有銑削特征的圓柱形零件是非常常見(jiàn)的。為大型設(shè)備和油料企業(yè)提供服務(wù)、生產(chǎn)需要精密五坐標(biāo)輪廓加工和精加工零件的工廠，通常用B軸機(jī)床來(lái)制造帶狹槽的軸、在復(fù)合角上加工溝槽及切口。這樣的工廠還用B軸機(jī)床加工復(fù)雜的多面體，諸如刀體和刀夾等。參見(jiàn)圖2。
        B軸機(jī)床加工的零件尺寸各式各樣�？梢约庸ば≈�0.04英寸直徑的手表齒輪，或大至直徑為20英寸的金屬鑄件。
         為了滿足客戶的不同加工需要，Methods機(jī)床公司提供兩種型號(hào)配備B軸的Nakamura Tome機(jī)床。帶標(biāo)準(zhǔn)40個(gè)工位自動(dòng)換刀裝置的STW-40機(jī)床設(shè)計(jì)成用于加工大型重型零件，諸如鑄件和鍛件，并可以加工直徑達(dá)17英寸的工件。但是，為了響應(yīng)客戶需求，Methods機(jī)床公司現(xiàn)在可以提供一種較小型號(hào)的B軸機(jī)床，即NTJ(B軸轉(zhuǎn)塔)。這種機(jī)床重量大約只有STW-40的一半，優(yōu)點(diǎn)是與大尺寸機(jī)床相比占地面積小，容易維護(hù)和操作。NTJ最適合加工較小的B軸零件，諸如不超出8英寸直徑的關(guān)節(jié)工具。
        這兩種機(jī)型都配備了棒料進(jìn)給功能，因此可以采用連續(xù)流動(dòng)的方式給機(jī)床進(jìn)給原材料，然后進(jìn)行B軸切削，如果需要的話還可以在配備復(fù)合角度的零件特征上進(jìn)行這種加工。在評(píng)價(jià)零件和棒料進(jìn)給選項(xiàng)時(shí)，工廠應(yīng)該考慮原料的尺寸。盡管配備了棒料進(jìn)給功能的大型B軸機(jī)床可以處理較大的棒料，但是總往機(jī)床中裝這種規(guī)格的原料是不實(shí)際的。因?yàn)榘袅弦话愣急容^長(zhǎng)(長(zhǎng)達(dá)12英尺并非罕見(jiàn))，人或機(jī)器人提升都可能太重。大型原料還很難切削，特別是在切斷棒料方面。
         此外，各個(gè)工廠還要考慮不一定具有B軸特征(復(fù)合角和/或多面上的特征)但依然需要銑削和車削加工的“意外”零件。例如，一個(gè)公司可能加工需要B軸加工的液壓零件子集，但卻發(fā)現(xiàn)大部分的工件既需要傳統(tǒng)銑削，又需要車削加工。對(duì)于這種工廠，購(gòu)買一臺(tái)B軸機(jī)床可以滿足車/銑加工的全部需求。
簡(jiǎn)化編程
         一旦一個(gè)公司確定，B軸機(jī)床符合其需求及零件生產(chǎn)需要，則主要的問(wèn)題是確保CNC編程員擁有可以為這些機(jī)床進(jìn)行編程的CAM工具。有效的CAM軟件通過(guò)提供高效生成、優(yōu)化并驗(yàn)證CNC程序的工具使工廠可以充分利用B軸機(jī)床的功能。觀察操作中的B軸機(jī)床(特別是第一次)有可能是非常嚇人的-它那復(fù)雜的配置、同時(shí)加工以及不垂直的多軸刀具運(yùn)動(dòng)等確實(shí)嚇人。因此，CAM系統(tǒng)必須使編程員可以完全控制機(jī)床的所有運(yùn)動(dòng)。這種控制簡(jiǎn)化了對(duì)這種復(fù)雜機(jī)床編程的挑戰(zhàn)，這種軟件的可獲得性可以鼓勵(lì)更多工廠考慮這種設(shè)備在生產(chǎn)率方面的優(yōu)點(diǎn)。
        CAM軟件開(kāi)發(fā)公司DP Technology開(kāi)始研究在B軸機(jī)床上加工工件的編程問(wèn)題時(shí)，它意識(shí)到采用一種完全集成銑/車編程環(huán)境的系統(tǒng)可簡(jiǎn)化這些機(jī)床的編程，并給各大工廠提供對(duì)B軸零件進(jìn)行高效而精確編程所需要的靈活性�；�本上，集成編程環(huán)境意味著工廠無(wú)須在一個(gè)軟件應(yīng)用程序中進(jìn)行零件車削部分而在另一個(gè)軟件應(yīng)用程序中完成零件銑削部分，然后再試圖將它們有效地協(xié)調(diào)起來(lái)。
        為此，該公司開(kāi)發(fā)了Esprit SolidMillTurn產(chǎn)品。該軟件于2003年3月發(fā)行，提供2～5軸銑削加工循環(huán)套件，包括3軸和5軸聯(lián)動(dòng)3維多面/整體加工，同時(shí)還支持諸如車端面、鏜、開(kāi)槽、車螺紋等車削循環(huán)。該程序具有很高的靈活性，編程員可以以任意組合在單個(gè)工件上使用銑削和車削循環(huán)－在零件前面或后面，在主主軸和次主軸上，用上位B軸頭或下位轉(zhuǎn)塔等。
        作為該軟件的一部分，對(duì)B軸機(jī)床特別重要的一個(gè)編程工具是“工作平面”。每個(gè)零件特征都被自動(dòng)分配到最合適的“工作平面”，從而簡(jiǎn)化B軸加工的零件編程操作。由“工作平面”來(lái)定義C和B軸的定位，簡(jiǎn)化位于復(fù)合角上的鉆削和銑削特征(B軸特征)。參見(jiàn)圖3。例如，為了以一定的角度鉆孔，不必編程聯(lián)動(dòng)的X和Z軸，編程員可以用“工作平面”來(lái)定義C和B軸的角度，從而自動(dòng)旋轉(zhuǎn)Z-X坐標(biāo)系并且只要求編程員規(guī)定單個(gè)Z軸運(yùn)動(dòng)即可。實(shí)際上，機(jī)床將移動(dòng)X和Y軸來(lái)加工該孔。“工作平面”使用戶可以設(shè)立“局部坐標(biāo)系”，簡(jiǎn)化了用于產(chǎn)生某給定特征的G代碼，并使操作員更容易理解。
        通過(guò)單個(gè)界面對(duì)加工工序進(jìn)行同步和優(yōu)化，這樣的軟件工具對(duì)于組織車/銑程序是很有用的。DP Technology公司相信，有效的同步工具可以完全集成所有加工，不僅提供組合的顯示窗口，列出銑削和車削工序及其相關(guān)的循環(huán)時(shí)間，同時(shí)還對(duì)視圖進(jìn)行自適應(yīng)，以滿足機(jī)床所支持的轉(zhuǎn)塔、加工頭或主軸數(shù)量的需要。在邏輯上，這樣做簡(jiǎn)化了編程，只需用戶在一個(gè)位置弄清楚零件加工的方式即可。
        在B軸加工中，自動(dòng)計(jì)算循環(huán)時(shí)間的工時(shí)研究與綜合刀具模擬及驗(yàn)證功能的結(jié)合在B軸加工中具有非常重要的意義，其中刀具碎裂是各工廠始終關(guān)心的問(wèn)題。使用B軸機(jī)床的工廠將發(fā)現(xiàn)，可以編程設(shè)定一系列銑削和車削操作、優(yōu)化循環(huán)時(shí)間、并在編程過(guò)程中的任何點(diǎn)模擬這些操作以證實(shí)不存在撞刀現(xiàn)象等功能是非常有用的。
        為了有效地驗(yàn)證CNC程序，如果模擬確切地與機(jī)床操作類似，則它具有非常重要的意義。例如，Esprit的“機(jī)床設(shè)置”提供了這樣一個(gè)界面，其中各工廠可以定義自己特定機(jī)床的轉(zhuǎn)塔和主軸的配置和數(shù)量，以確保精確模擬。此外，為了提供B軸加工的有效編程，該CAM系統(tǒng)在屏幕上顯示整個(gè)零件連同機(jī)床的關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)部件(主軸、轉(zhuǎn)塔、B軸頭、刀具)，而不僅僅是零件部分，以防止?jié)撛诘淖驳妒鹿拾l(fā)生，特別是在同步聯(lián)動(dòng)加工或從主主軸往次主軸轉(zhuǎn)移零件時(shí)。參見(jiàn)圖4。一旦生成并驗(yàn)證了刀具路徑，后處理器就會(huì)為所有的銑削和車削操作形成G代碼程序。這一點(diǎn)相對(duì)于需要用戶對(duì)車削和銑削刀具路徑單獨(dú)進(jìn)行后處理，然后再將它們合并到一個(gè)程序從而下載到車間的軟件而言，具有很大的優(yōu)點(diǎn)。
         提高生產(chǎn)率的合作伙伴
         機(jī)床制造商和CAM軟件開(kāi)發(fā)商已經(jīng)開(kāi)始密切合作，以滿足使用B軸機(jī)床的工廠之需求。目的是通過(guò)克服用戶建立在“這類機(jī)床難編程”基礎(chǔ)上的阻力，對(duì)相應(yīng)的應(yīng)用場(chǎng)合為這些機(jī)床贏得更廣泛的認(rèn)可。
         例如，Methods機(jī)床公司已經(jīng)成功地與Esprit CAM系統(tǒng)及其應(yīng)用程序小組達(dá)成合作伙伴關(guān)系，為其B軸客戶開(kāi)發(fā)了一種有效的編程解決方案。
         這種機(jī)床經(jīng)銷商與CAM軟件開(kāi)發(fā)商之間的合作為購(gòu)買B軸機(jī)床的工廠提供了巨大的效益，因?yàn)檫@種解決方案節(jié)省了大量的軟件設(shè)置時(shí)間，使工廠可以立即利用這些機(jī)床所帶來(lái)的生產(chǎn)率方面的好處。例如，客戶確信有一個(gè)確切可行的后處理器，因?yàn)閮蓚�(gè)供應(yīng)商已經(jīng)共同開(kāi)發(fā)了該后處理器，并且已經(jīng)在B軸樣品零件上進(jìn)行了測(cè)試。