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為了迎接多品種小批量生產、變量變品種時代的到來，在今后激烈的市場競爭中取得勝利，金切機床加工的復合化技術成為關注的焦點。近年來復合加工機床發展迅速，把不同加工技術集中在同一臺機床上，實現*加工是機床技術發展的重點之一，也是近年來發展zui活躍的技術之一。復合加工機床的zui突出優點是可以大大縮短工件的生產周期、提高工件加工精度。

1.綜 述

1．1 復合加工機的概念

為了實現復雜形狀工件的加工，使在一臺機床上能完成復數工序和復數工種的加工，這樣的機床稱為復合加工機。就是說，在復合化機床上可以實現*不同性質加工過程的加工。

復合加工機功能范圍隨著時代變化而變化。有一時期，曾經把加工中心稱為復合加工機。可是，一般的加工中心不能超出某種切削加工范圍。現在的復合加工機已不是那時的復合加工機，具有本質上差異。現代的復合加工機是更進一步復合化的開發，如在車削中心上裝載有回轉刀具的銑削功能，在加工中心上有車削功能，zui近又出現了不同原理加工方法的集約如激光加工和切削加工的復合等，進一步提高機床復合化程度。

1．2 復合加工機的發展

日本復合加工機開始上市是在上世紀70年代末80年代初。現在的森精機制作所HITEC的前身日立精機株式會社，1979年開發了51‘C型數控復合車床，有銑削主軸和y軸、刀具自動交換裝置、車削主軸分度功能（C軸）構成了復合加工機的原型。1983年，日本YAMAZAKI MAzAK株式會社也開發了有銑削功能的S乙ANT40ATC型CNC復合車床，成為今日復合加工機的基礎。

歐洲zui早出現的復合加工機原型在意大利和奧地利。意大利Mandelli公司（現下屬于意大利RIELI0集團）開發的Mandelli 800U型臥式加工中心，除銑削功能外，還具有車削功能，是一臺以銑削為基礎的銑車復合加工機。奧地利WFL車銑技術公司在曲軸車銑加工機的基礎上發展成現在的M系列大型車銑復合加工機。1995年EMAG公司開發了倒置型數控立式車床。在這臺機床上，除主軸具有工件上下料功能的同時，還有工件庫、測量功能，是一臺綜合的生產型復合加工機。由于是倒置式主軸結構，切屑容易排出，適合于干切削，是一臺環保型機床，引人注目。zui近，使用范圍正在擴大，也可以加工重的工件。

現在已有很多機床制造企業都開發了用于復雜工件加工的復合加工機，有的可完成從粗加工到精加工的所有加工。

1．3 復合加工機的種類

1．3．1車削為主型

以車削加工為主的復合加工機是車削復合中心。車削復合中心是以車床為基礎的加工機，除車削用工具外，在刀架上還裝有能銑削加工的回轉刀具，可以在圓形工件和棒狀工件上加工溝槽和平面。這類復合加工機常把夾持工件的主軸做成2個，既可同時對2個工件進行相同的加工，也可通過在2主軸上交替夾持，完成對夾持部位的加工。

現在，加工2個工序以上的工件占車削加工的大多數。對這些工件進行、高精度加工，有以下3種技術。

（1）內外加工集中化 在機內裝有1次加工（外表面）以及2次加工（內表面）的各種功能的1次／2次加工機。
（2）加工的復合化 除車削加工，機內還裝有銑削加工、磨削加工等各種功能的工序集中的加工機。
（3）智能化 機內具有儲存、運輸、加工一體化、工件識別、工件夾持控制、適應控制、信息網絡等監控技術的單元加工機。

1．3．2 銑削為主型

（1）加工中心的多軸化 五軸控制，除又、X、Y、Z三軸控制外，為適應使刀具姿勢變化，可以使各進給軸回轉到特定的角度位置并進行定位的五軸加工機。五軸加工機的使用方法有兩種：①用回轉軸分度，使工件相 對于刀具傾斜，在這個狀態進行三軸控制加工。②同時使所有的控制軸作連續運動，即五軸聯動，可以對葉輪等具有外延伸曲面形狀的工件進行加工。五軸聯動加工機的特點是可以避開切削速度變為零的加工條件；可以用伸出長度很短的刀具；可以在一次裝夾下加工外延伸曲面形狀的工件等。

六軸控制，用多軸控制銑削類加工機不能模擬復雜形狀工件加工，而復合加工可以。例如對有錐度形狀和四角形狀槽類等工件的加工，以前不變換加工工種是無法完成加工的，必須把工件轉到電加工機床上加工。可是如采用回轉刀具，使刀具一邊作6軸控制運動，一邊作擺動切削加工，就可在一臺機床上完成加工。而且精度、效率也可以提高。如使用非回轉刀具，必須控制回轉主軸的回轉位置，此時六軸控制是必要的。用六軸控制加工時，采用非回轉刀具時，切削速度同等于進給速度，不能進行高速加工；而用回轉刀具則能適應原不能加工部位和形狀的加工，無需轉換工種，僅用切削加工就能一次完成全部加工，效率較高。

（2）加工中心的復合化 除銑削加工外，還裝載有一個能進行車削的動力回轉工作臺。

1．3．3 磨削為主型

磨床的多軸化，原來只在無心磨床上可見，多數是以裝卸作業自動化為目的。現在，開發了在一臺機床上能完成內圓、外圓、端面磨削的復合加工機。例如在歐洲，開發了綜合螺紋和花鍵磨削功能的復合加工機。

1．3．4 不同工種加工的復合化

把多種不同原理的加工類型集約，如切削與磨削、研磨的復合；用激光功能把加工后熱處理、焊接、切割合并；加工和組裝同時實施等。還有，集中車削和銑削功能，特別是齒輪加工功能等的*的生產型復合加工機；與激光加工復合，開發了裝有磨削功能和激光淬火功能的復合機床等。在歐洲還開發了機械銑削功能、激光三維加工功能等集約的復合加工機。

1．4 復合加工機優點舉例比較

表1列出了日本YAMAZA田MAzAK株式會社、0KUMA株式會社和森精機制作所3個公司使用復合加工機與采用原方法的效果比較。由表中可知，采用復合加工機可以大幅度縮短工件制造周期，減少設備占地面積、降低制造成本。

工件　　　風力發電機機殼1　　　0英寸液壓卡盤本體　紙杯模

項目　　　原來　MAZAK　效果　　原來　0KUMA MacTum　效果　　原來　森精機　 效果
　 　　　　方法　e410H　　　　　方法　350-2SM　　　　　　　 方法　MT2000SZ

總工時　　44h　 6h43m　1/7　　 400min　　85min　　 約1/5　 21天　3h10min　l/53
機床臺數　4　　 1　　　1/4　　 5　　　　 1　　　　　　1/5　　 4　　 1　　　　1/4
操作者數　4人　 1人　　1/4 　　2-3人　　 1人　　　　　　　　　 4人 　1人 　　 1/4
工序數　　8　　 1　　　1/8　　5　　　　 1　　　　 　　1/5　　 6　　 1　　　　1/6
夾具數　　6　　 0　　　-　　　 5　　　　　2　　　　　　2/5　　 5　　 0　　　　-
夾具費用　360萬 0　　　-　　　 180萬日元 60萬日元　　　1/3　　　260萬　　0　　　　-
工序管理　復雜　簡便　 -　　　 1　　　　　1/2-1/3　　　1/2-l/3　　1　　 1/10　　 l/10
占地　　　大　　小　　 -　　　 約66m2　　約32m2　　　約l/2　　　大　　小　　　 約3/8
 

1．5 復合加工機的市場前景和今后發展

（1）市場前景 目前，還沒有對復合加工機的生產和銷售狀況進行統計的數據，所以只能采用類推方法來分析，即從數控系統出廠臺數的形式不同和數控系統的控制軸數來分析。根據日本機床工業協會統計，1992年數控系統出廠臺數為35843臺。其中，裝備在復合加工機上的（4軸以上聯動控制）為8117臺，占全部的22．6％。而2001年數控系統出廠臺數為42899臺。其中，裝備在復合加工機上的（4軸以上控制）為13143臺，比重為30．1％，比1992年增加了7．5個百分點。雖然不能說13143臺都是具有復合加工功能的加工機，但是足以說明，與10年前相比，數控系統多軸化的趨勢在增強。

按參考數據，日本2001年數控車床和加工中心合計生產臺數為31538臺（數控車床18548臺，加工中心12990臺），2002年是22454臺。由于數控系統控制不同型式的出廠臺數與數控機床生產統計調查企業對象和企業數不匹配，因而不能進行簡單比較。目前，可以估算，復合加工機約占數控車床和加工中心合計生產臺數的20％。在3—4年后，復合加工機占數控車床和加工中心合計生產臺數的50％—60％是可以想象的。其生產銷售規模可以與加工中心相匹配，這就是復合加工機的未來。

（2）今后的方向 zui近，伴隨著復合加工機需求的增加，大多數機床制造廠都進入該市場。目前，在數控車床上增加加工功能的例子很多。歐洲機床制造廠也考慮增加在加工中心上加入車削功能的機床，復合加工機突然進入激烈的競爭時代。因此，工廠的產品如沒有自己的*之處，就難以在激烈的市場競爭中取得勝利。

今后，復合加工機不會僅停留在車削和銑削上。從淬火、磨削、壓人到冷壓成形、超聲波加工、激光加工等不同工種將都可能組合到一臺機床上，朝一臺完成型加工機的方向發展。

2 歐洲復臺加工機的發展

zui近，歐洲復合技術的發展是以異質技術的復合為主流。下面主要介紹德國等歐洲機床制造廠開發的復合化技術。

（1）車削十磨削加工（圖1） Emag公司是倒置式立式車床的*，收購了Reineker公司和Karstens公司磨床制造廠后，集中力量發展硬車十磨削加工技術。開發除進行車削加工外，還可進行銑削、磨削、齒輪加工等的復合加工機（該廠稱為多功能中心）。面向軸類工件的臥式生產中心也正在商品化。

德國Schaudt Mikrosa BWF公司開發了STRATOS系列車磨中心，可對齒輪和類似工件的內孔、端面、錐面進行硬車和磨削。機床也采用倒置式主軸結構，其特點是在床身垂直面上zui多可配置安裝4—5個刀塔和磨頭。系列有小中大3個品種，加工工件zui大回轉直徑380mm、寬度（100／150／200）mm，卡盤直徑（125—210／210—260／260—320）mm。

（2）超聲振動切削技術（圖2） 德國Hermann Sauer公司開發了全新的超聲振動切削技術，額定激振頻率為20kHz，用于加工硬脆材料。由于切削進給速度大大提高，使切削效率提高到普通切削方法的4—5倍。

圖1 Emag/Reineker VSC250 HDS倒置式立式車磨復合機
在一臺機床上可進行硬車和磨削加工

Deckel/Mcho/Hermann Sauser
制造的DMS35型超聲波加工機

這項技術目前在DMS35型和DMS50型超聲波加工機上作為標準配置裝備。DMS35機床的3軸行程為240 mm（1／軸）、340mm（Z軸）和350mm（X軸）；而對于DMS50機床的X軸行程為500 mm、電動機功率為1．8／1．3kW，主軸zui高轉速為3000r／min（選擇60000√min），zui大進給速度可達到5000mm/min 。

（3）磨削十電加工 德國WALTER公司是生產工具磨床、切削刀具和精密工具測量機的制造廠。該廠新近開發的Helitronic Power十Diamond型CNC工具磨床是以二變一概念開發的新品種。在這臺機床上可以實現放電加工十磨削加工，非常適合金剛石工具的高精度加工。該工具磨床有生產型和裝有上料裝置等5個機型，磨削主軸電動機功率可在9—24kW范圍內選擇。

（4）銑削十棒料加工（圖3） 德國HERMIE公司是從事銑床、加工中心生產的機床制造廠。該廠的新機型S100M棒料加工中心，與車削中心的區別是裝備有高剛性的重負荷銑頭，可對棒料工件進行銑削、孔槽加工、攻絲和車削加工。棒料工件回轉360。（A軸）、銑頭滑座回轉270。（B軸）。加工捧料zui大尺寸為480mm×l 000mm，用5軸控制可實現圓形、角形工件加工。機床配備有可儲備7根棒料的自動上料裝置，可長時間無人值守加工。

圖3 Hermle公司S100M型摔材加工中心，
用五軸控制加工多邊形件

德國DMG集團也開發了DMC60S棒料加工中心，可對棒料工件進行六面銑削加工。除棒料工件主軸進行360。回轉（4軸）、工件主軸座上下移動（Z軸）、銑頭150°擺動（B軸）、X／2，軸移動外，機床還裝有可進行90。回轉的翻轉卡具。在加工時，翻轉卡具的卡爪處于下方。當銑削加工工序完成后，要用片銑刀切斷棒料時，翻轉卡具回轉180°，使卡爪轉到上方并將工件夾住。工件被切斷后，卡爪反時針回轉90°，此時可用銑刀加工工件第六面。此外，機床還配有尾架，以提高被加工工件的剛性。尾架一般處于工件主軸下方，需要時向上移動到與工件主軸同一軸線上，用*將工件頂緊。

瑞士Willemin—Macodel公司開發的具有棒料上料裝置的W408B五軸棒料加工中心，適于小型工件的六面加工。加工棒料zui大直徑423mm；銑削主軸轉速50—30000r／min，銑削主軸擺動范圍—10°～十100°；工件主軸有A軸，分辨率0．001mm；機床采用動柱式結構。為了實現六面加工，在工件主軸下方設有一個翻轉夾具，用以夾住被片銑刀切斷的工件，并翻轉90°，以便銑削主軸對切斷面進行加工。

（5）多軸自動車床十滾刀切削頭（圖4、圖5） 德國Index Werke公司收購了生產多軸自動車床和單軸自動車床的Truab公司，在立式車床上應用并聯機構等新一代技術，其在技術上的挑戰姿態受到世界機床界的關注。

圖4 Indek公司MS32型6軸自動車床

圖5 Indek公司MS32型6軸自動車床裝載的滾削裝置（選件）

Index公司的Multiline MS系列是具有高生產率的多軸自動車床，具有高精度、柔性、快換刀具等性能。由于采用模快化設計，18中刀架模塊，能適應用戶不同需要。

Multiline MS32G總共有6對雙主軸，前面和背面可同時加工。12根主軸由12臺電動機單獨驅動。為得到*切削速度，均可以進行速度控制。機床上還可裝載滾刀切削模快（選用）。機床主軸zui高轉速6300r／min，刀具滑板J／2軸行程68mnJl60 mm，主軸相對移動量240mm，加工zui大棒料直徑32mm。

（6）珩磨十激光加工（圖6） 德國Gehring公司于上世紀80年代中開始專注于珩磨技術的發展。現在，它的用戶主要在汽車制造行業，約占其銷售總量的75％。該公司的技術是激光珩磨（成為激光強化）。它把激光器（60W／N／d．YAG）裝在珩磨機上，用激光對缸體珩磨內壁表面進行強化加工，并強制形成潤滑油腔。可以預料，這種激光珩磨加工技術將會在汽車等行業得到推廣應用。

圖6 Gehring公司獨自開發的激光頭（YGA/60W），
用激光在缸體內表面形成潤滑油油腔

3 日本復臺加工機的發展

日本的復合加工機主要是以車床為基礎而發展的車銑復合中心。主要代表產品是YAMAzAKI MAZAK株式會社的INTEGREX系列車銑復合中心，并在實際生產上得到廣泛應用，取得了可觀的效益。此后0KUMA銑床株式會社和森精機制作所也開發了車銑復合中心。2l世紀初，YAMAzAKI MAzAK株式會社又開發了復合化程度更高的INTEGREX e系列復合加工機。現將日本復合加工機發展情況介紹于下。

3．1 工序*集中方式

0KUMA株式會社的MACTURN 250／350系列車銑中心，采用對置主軸結構，9軸控制，可進行外徑車削、傾斜面加工、滾齒加工、凸輪和偏心等加工。由于工序高度集中，因此可大幅度縮短工件加工周期，提高加工精度。

YAMAZAKI MAZAK株式會社的e—1060V／6銑車中心是以五軸臥式加工中心為基礎開發的復合加工機。其zui大特點是可實現大的y軸行程（1060 mm）和具有2700kg工件的承載能力。e—410H—S和e—650H車銑中心是車床與加工中心的集合，采用動柱結構，也具有大的y軸行程，銑頭（B軸）擺角可達240。。根據需要還可配置長錘桿、激光淬火功能和磨削主軸，大大擴大了加工范圍。

森精機制作所的MT—2500車銑中心是車床和五軸加工中心的復合，左右對置兩個車削主軸，在車削主軸中心線上下有兩個刀座，為雙主軸雙刀臺結構。上刀座（刀具主軸）除具有X、I／、Z三軸直線運動外，還可以繞y軸作JZ平面回轉（B軸功能）。上刀座裝備ATC功能。下刀座可以沿X、I／軸移動，是塔式刀座。

CITIZEN精機也按照在一臺機床上完成工件所有工序加工的理念，投入了CINCOM系列機床生產。CINCoM M32—5是雙主軸、3刀臺、10軸混合控制的多軸多系統機床，可進行高功能、高生產率加工。

中村留精密工業的SuPerNTJ復合加工機，是在原有4軸車床的上側刀塔加裝了回轉軸（B軸）發展起來的。其zui大特點是一個橫向刀架可以進行徑向、端面方向和斜方向加工。以前的機床，端面方向的加工用直線型刀架，角度于LA口工是必須用角度型刀架。對于SuperNTJ，因為有回轉軸，上述這些刀架可以不要，所以，工序集中容易、刀具費用減少。還有，因裝載大功率的銑削電動機，故可進行銑削加工。這樣，更擴大了加工范圍。

3.2 使用為主體的模式化方法

潼澤鐵工所的TMM250是根據不同需求環境，確立各種完結型加工單元的，把復合加工機模式化，通過部件的組合，以短的交貨期適應各種各樣用戶需要的機型。模式1為復合多系統車床，模式3為加強銑加工主軸型的復合加工機。TMM—250模式1，標準配置是2個主軸，左側主軸配22kW主軸電動機，10英寸卡盤；右側主軸配18．5kW主軸電動機，10英寸／8英寸卡盤。

森精機HITEC的SUPER HICELl250是用工序集中實現*加工的5軸（X、Y、Z、B、C）機床，副主軸也有C／Z刀臺，0．00l°分度（軸B）（選件）。

STAR精密的ECAS20，以復雜形狀速成為理念，從機械、控制兩方面達到率加工。采用混合系統和相對的刀臺，以快速、容易地實現復雜工件的加工。在所有的面都裝有回轉刀具刀臺，可以正反兩用。機床追求提高操作性、作業性和生產率。

高松機械工業的XY—120，Y軸行程擴大到±30mm，兩個主軸間距離擴大為100mm，加工范圍大幅度擴大。12角刀塔都可裝回轉刀具，副主軸也設有Cs分度控制功能，可以實現內外面的*加工。設有選用的VDI刀塔，縮短了工序作業時間。

MIYAN0的BNJ—34S，左右有兩組主軸和刀塔，可*獨立地進行內外面同時加工。僅在副刀塔分度時，為避免干涉，副主軸必須左右移動。與一般的2個主軸、1個刀塔的機床相比，加工時間zui大可縮短40％。

大限豐和機械的VTM—80YB，追求復雜工件立式車削加工的合理化。大工件、復雜形狀工件采用APC方式（工作臺自動交換系統）。由于有B、C軸回轉，可用同一個刀具進行立、臥加工和斜孔加工，可以縮短加工時間和大幅度削減夾具費用。機床采用兩面定位的刀柄，能適應重切削。

0—M制作所的0mega 60YB在X、Y、Z、C軸的基礎上，附加了刀具主軸的回轉分度功能（6軸），成為五軸控制機，可以加工復雜形狀的曲面，達到加工工序的高度集中化。由于工序集中，縮短了總的工序時間和消除了由于工件裝卸誤差引起的精度下降。可以進行各種加工（凹槽、孔、螺紋、內表面臺肩和T型槽）。由于各軸、APC的高速化，縮短了輔助時間。

本間金屬工業的STAC—25MF，在原有的車削中心的X、2、C軸的基礎上附加了Y軸（工作臺前后進給定位），還裝備有剛性好的角度頭附件。因此，兼備有立、臥加工中心的功能，在多品種小批量生產中能發揮其作用。在一臺機床上，從車削加工到多面、五面加工的銑削、鉆孔、攻絲和錘孔能一次裝卡完成。

3．3 磨臺自動回轉方式

磨削加工復合化機床有豐田工機的GU4—100R，由于磨臺能自動回轉，在一次裝卡下，可完成外圓、內圓和端面磨削，內外圓的同軸度可達0．15μm，圓度可達0．2μm。它用大直徑的斜角砂輪加工外徑和端面；用大直徑直砂輪加工圓柱面。

NAGSINTEGREX的超精密成形平面齒輪加工機，是以超精密平面磨床為基礎，裝載了超精密分度盤（±l／1000）、內齒磨削裝置、平面磨削機臺、超精密回轉工作臺，可以進行外、內齒的超精密加工、超高精度平面加工、超精密鏡面加工。

現在的復合機加工方法包括切除加工和熱處理。切除加工有車削、銑削、齒輪滾削、鉆削、攻絲、錘孔、旋銑等切削加工和磨削加工。熱處理，目前僅在部分機床上配備了激光淬火功能。今后，用YAG激光焊接和用C02激光作切除加工在提高精度等方面將會發揮積極作用，與機械切除加工等有機地融合，定會出現新的復合化的結合。

4 我國復合加工機發展

我國復合加工機剛剛起步，主要是車銑復合加工機。*復合加工機出現在2001年中國機床展上，是由沈陽機床股份有限公司與德國MAX MULLER公司合作生產的車銑復合中心。刀庫為盤形刀庫、16個刀位，在機床右側，采用無機械手換刀。2003年中國機床展上，沈陽機床股份有限公司展出了多臺自行開發的車銑復合中心，有SSCK 40—5車銑復合中心、SSCK 80—5／2000車銑復合中心、CX6154車銑復合中心和SSK—U6035復合車銑中心。其中SSCK 80—5／2000車銑復合中心，zui大加工直徑￠800mm，加工軸類工件zui大直徑￠600 mm，加工長度2000mm，Y軸行程十200～—150mm，B軸擺動范圍180°，工件主軸轉速2800r/min，主軸功率37kW，銑削主軸轉速4000r/min，主軸功率22kW，X、Y、Z、C、B五軸控制。江蘇多棱數控機床股份有限公司展出了自行開發的CXH7525車銑復合中心，是車床和加工中心的組合。采用動柱式結構，有大行程的Y軸，為拋620mm，zui大加工直徑￠500mm，加工長度lO00mm，銑頭擺動范圍240°，可實現4—5軸聯動。

雖然，我國復合加工機發展起步較晚，但是早已在實際生產上使用復合加工機。在上海汽車齒輪廠，使用了進口的德國EMAG公司的VSC250 HDS型車磨復合加工機和瑞士Reishauer公司的RZF蝸桿砂輪齒輪磨削十珩磨復合加工機。在曲軸加工和凸輪軸加工、以及科研、新產品制造上也已使用了不少進口的車銑復合加工機，如日本MAZAK公司INTEGREX系列車銑中心、德國INDEX公司的車銑復合中心、奧地利WFL銑車技術公司的車銑中心等等。

5 結束語

復合加工技術的發展將會給今后的生產帶來革命性的巨變。工廠的生產的模式、生產的組織、生產的管理將發生變化。預示著一個*加工時代即將到來，即在一臺機床上從毛坯直接加工成工件成品，送入組裝、總裝進行裝配，實現沒有在制品、沒有半成品、沒有成品庫的真正精益生產。