在臥式加工中心的發(fā)展過(guò)程中，普通的X、Y、Z軸配合主軸已經(jīng)很難滿(mǎn)足現代加工的要求。在液壓氣動(dòng)、工程機械、石油化工設備、汽車(chē)、機車(chē)車(chē)輛、電力設備等行業(yè)中，以橋體、差速器殼體、泵體及閥體類(lèi)零件為主要加工對象，此類(lèi)零件由于自身結構特點(diǎn)，常有2英寸以上的錐管螺紋加工；泵體及閥體結合端面常有弧形或異型密封槽，其密封性要求非常高；大量的直徑不同的同軸孔系使得此類(lèi)零件的加工在普通的臥式加工中心上難以實(shí)現，需要有B軸、U軸、W軸等軸聯(lián)動(dòng)實(shí)現復合加工。

　　為了解決此類(lèi)零件的加工，機床制造商和刀具制造商都推出了具備U軸的解決方案。

　　一、具備U軸功能的刀具

　　此類(lèi)刀具配有CNC控制單元與機床伺服系統連接（有關(guān)技術(shù)協(xié)議需事先與機床制造商討論），另配有連接軸完成驅動(dòng)，用以實(shí)現U軸與Z軸聯(lián)動(dòng)，可以完成錐孔、R面、車(chē)螺紋等加工。選配的探頭可進(jìn)行自動(dòng)測量、自動(dòng)加工、提高加工精度。此方法對于普通臥式加工中心臨時(shí)追加U軸功能可以滿(mǎn)足要求。但是，在實(shí)際使用過(guò)程中，具備U軸功能的刀具存在下列不足之處：

　�。�1）刀具的伺服單元及機械結構空間有特殊要求；（2）自身結構較單薄，不適用于強力切削；（3）對于孔徑差別大的或加工內容有區別的加工，仍需采用多把U軸功能的刀具，由于這是專(zhuān)用刀具，價(jià)格昂貴，所以很不經(jīng)濟。

　　二、具備U軸的臥式加工中心

　　日本新瀉鐵工（NAGITA）開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的BFN系列復合加工中心帶來(lái)了新的概念，其U軸功能不僅僅解決了上述異型件的加工問(wèn)題，同時(shí)也大大減少了刀具使用數量，提高了刀具集成化。其主要特點(diǎn)為：

　�。�1） U軸單元直接安裝于高剛性主軸端部，驅動(dòng)單元通過(guò)主軸內部的齒輪、齒條傳動(dòng)實(shí)現，使得U軸剛性大大加強；（2） U軸行程為50mm，最大鏜孔直徑可達300 mm；（3）刀柄形式為1/10的短錐、端面雙接觸刀柄，適用于高精度強力重切削：（4）采用獨特U軸冷卻系統，與U軸保持同步旋轉，增強刀刃冷卻效果；（5）配有專(zhuān)用編程輔助軟件（SNAP3），可簡(jiǎn)化、優(yōu)化編程及程序調試；（6）另配有自動(dòng)探測、補償系統作為選擇功能（機內非換刀式），自動(dòng)完成“粗加工→孔徑自動(dòng)測量→U軸自動(dòng)補償→精加工”全過(guò)程。

　　NIGATA的專(zhuān)用編程輔助軟件（SNAP3）以宏程序的型式編制，依靠宏程序執行器調用，既提高程序調用速度又釋放用戶(hù)宏程序可用空間。且用戶(hù)應用SNAP3專(zhuān)用編程軟件編制加工程序，僅需依照加工輪廓的縱剖面，給出各拐點(diǎn)坐標值即可，宏程序自動(dòng)安排加工工步，減少計算量及人為錯誤。但這種復合加工中心在機械結構及軟件支持上還需進(jìn)一步完善。

　　三、具備U軸的數控臥式鏜床

　　我公司推出的數控臥式鏜床TK6113、TK6111系列產(chǎn)品，其具有固定平旋盤(pán)和可拆卸式平旋盤(pán)。平旋盤(pán)滑塊（ U軸）為數控軸，利用SINUMERIK840D數控系統強大的控制功能，可實(shí)現X、Y、Z、B、W、U軸任意六軸四聯(lián)動(dòng)，能夠很容易地完成上述異型件的加工，并且U軸行程為350mm，最大鏜孔直徑可達Ф700 mm，極大地提高了加工范圍。下面以TK6113 數控臥式鏜床為例，利用SINUMERIK 840D數控系統實(shí)現U軸與Z軸聯(lián)動(dòng)，完成錐孔、R面、車(chē)螺紋等加工。

　　對于TK6113數控臥式鏜床，具有六個(gè)通道軸XX、YY、ZZ、B、U、W.

　　機床參數設定中基本幾何軸設定為：

　　通道軸XX軸=第一幾何軸（X軸） 通道軸YY軸=第二幾何軸（Y軸） 通道軸ZZ軸=第三幾何軸（Z軸） 通道軸B軸=第四幾何軸（B軸） 通道軸U軸=第五幾何軸（U軸） 通道軸W軸=第六幾何軸（W軸）

　　由于SINUMERIK 840D數控系統在進(jìn)行插補運算時(shí)，必須指定插補平面，即在G17、G18、G19平面中進(jìn)行插補計算，實(shí)現X、Y、Z、B、U、W軸等軸聯(lián)動(dòng)實(shí)現復合加工。因此在使用U軸與Z軸聯(lián)動(dòng)完成復合加工之前，必須先進(jìn)行幾何軸轉換，將U軸轉換為第一幾何軸（X軸），在G18平面中進(jìn)行插補運算，完成直線(xiàn)和圓弧插補運算，實(shí)現復合加工。

　　如何來(lái)進(jìn)行幾何軸轉換呢？我們接下來(lái)介紹SINUMERIK 840D系統中的幾何軸轉換指令GEOAX，其指令格式為：

　　GEOAX（ n，channel axis， n ， channel axis，…） n………所需轉換為的幾何軸號（n =1，2 or 3）；channel axis………即為通道軸XX、YY、ZZ、B、U、W；

　　例如：指令GEOAX（ 1，X X，2，YY，3，ZZ ）

　　該指令的結果是將通道軸XX轉換為第一幾何軸（X軸），將通道軸YY轉換為第二幾何軸（Y軸），通道軸ZZ轉換為第三幾何軸（Z軸）這就是TK6113數控臥式鏜床機床數據設定的幾何軸的基本配置。在程序中用指令GEOAX（）調用機床數據設定的幾何軸的基本配置。我們利用幾何軸轉換指令GEOAX（ 1，U ）將U軸轉換為第一幾何軸（X軸）后，就可以利用U軸與Z軸進(jìn)行插補，實(shí)現鏜錐孔、車(chē)端面弧形或異型密封槽等復合加工。此外，將U軸轉換為第一幾何軸（X軸）后，筆者創(chuàng )造性地將SINUMERIK840D系統中的車(chē)削加工固定循環(huán)應用在數控鏜床上，大大增加了TK6113等系列數控鏜床的加工范圍。

　　以車(chē)削錐管螺紋為例：

　　N5 M61 M62 M63；N10 M65；N15 GEOAX（）；N20 G54 G90 G0 U0 Z100；N25 X0 Y0；N30 GEOAX（ 1，U，3，Z ）；N35 G0 G18 Z50 X30；N40 G95 S25 M03；N45 CYCLE97（PIT，MPIT，SPL，FPL，DM1，D㎡，APP，ROP，TDEP，FAL，IANG，NSP，NRC，NID， VARI，NUMT）；N50 G0 G90 X3O Z100；N55 M5；N60 GEOAX（）；N65 M30；

　　用此螺紋切削循環(huán)，可加工圓柱體和圓錐體上的外螺紋和內螺紋，既可加工單頭螺紋和也多頭螺紋。讀者可依此類(lèi)推，應用其余車(chē)削加工固定循環(huán)。

　　四、存在的問(wèn)題

　�。�1）使用U軸加工，加工精度受離心力的影響是不可避免的（即便機床具有平衡配重機構），平旋盤(pán)旋轉時(shí)的離心力，受刀具重量、長(cháng)度、回轉速度、切削狀態(tài)等因素影響而成為一個(gè)不確定量。用戶(hù)需進(jìn)行試切，根據試切數據，改變進(jìn)刀值以達到目標尺寸。這些經(jīng)驗補償值可作為自己的數據庫，以備以后加工中使用；

　�。�2）另外，由于離心力的影響，平旋盤(pán)的回轉速度被限制在200轉/分鐘以下，對于需要高速加工的材料來(lái)說(shuō)（例如有色金屬），表面粗糙度不理想。

　　綜上所述，此類(lèi)具備U軸的臥式加工中心、數控鏜床無(wú)論在異型件的加工還是提高加工效率、降低加工成本，都具有很大優(yōu)勢。