段 祥

（蘇州微創(chuàng)脊柱創(chuàng)傷醫(yī)療科技有限公司，蘇州 215000）

1 走心機介紹

走心機全稱為走心式數(shù)控車床，也可稱為主軸箱移動型數(shù)控自動車床、經(jīng)濟型車銑復(fù)合機床或者縱切車床。走心機最早用于軍工器械及鐘表零件的精密加工，后來隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，市場對走心機的需求越來越大，逐漸應(yīng)用于民用產(chǎn)品的加工。

如圖1所示，走心機屬于精密加工設(shè)備，單側(cè)軸能夠?qū)崿F(xiàn)三軸聯(lián)動和四軸聯(lián)動[1]。配置B軸走心機設(shè)備可進行五軸聯(lián)動復(fù)合加工，可單工序完成車削、銑削、鉆削、鏜削、攻絲、沖加工、滾壓與雕刻加工等復(fù)合加工，同時配備自動送料機實現(xiàn)原材料自動上下料批量生產(chǎn)加工。走心機適用于精密五金、航天航空、液壓、軸承、電子、儀器儀表、通信、汽車零配件以及醫(yī)療器械等軸類標準或異型非標件的精密加工。

圖1 走心機設(shè)備圖示

2 走心機優(yōu)點

2.1 減少產(chǎn)品加工工序，縮短生產(chǎn)節(jié)拍，提高加工效率

走心機在設(shè)計上具有結(jié)構(gòu)合理、換刀快捷以及可靠性極高等特點，可以實現(xiàn)一步工序完成以往多道工序的加工要求，從而縮短生產(chǎn)節(jié)拍，使產(chǎn)品在生產(chǎn)中快速流轉(zhuǎn)，大幅提升了生產(chǎn)效率。

2.2 自動化生產(chǎn)，高精度加工

走心機配備自動送料機，實現(xiàn)原材料的精磨交付。產(chǎn)品換型調(diào)試合格后，設(shè)置加工數(shù)量，可實現(xiàn)自動送料、加工和工件回收。原材料與導套配合間隙調(diào)節(jié)至0.005～0.010 mm，可穩(wěn)定加工并保證加工精度。在主軸與工件夾緊部位的加工過程中，切屑刀具一直位于導套最近端，保證了切削剛性，為恒定不變的加工精度提供了強有力的保證。

2.3 減少人員與工裝夾具投入，降低生產(chǎn)成本

走心機可以實現(xiàn)一人操作，實現(xiàn)了一人看護多臺設(shè)備，減少了人員投入。此外，加工中不需要工裝夾具輔助，減少了工裝夾具成本。單臺走心機設(shè)備具備以往數(shù)車與數(shù)銑等多臺設(shè)備加工能力，減少了其他設(shè)備投入，達到了降低生產(chǎn)成本的目的。

3 走心機機床種類

走心機品牌眾多，國外品牌有瑞士托納斯、日本西鐵城和星牌、韓國津上和韓華等，國內(nèi)品牌有今日標準、碩方以及建克等。不同品牌設(shè)備機型分類不同，原則上參照原材料最大加工直徑進行區(qū)分。設(shè)備機型常規(guī)進行劃分，最大加工直徑為4 mm、12 mm、16 mm、20 mm、26 mm、32 mm和38 mm。

4 走心機工件坐標系

工件坐標系是編程時使用的坐標系，又稱編程坐標系。該坐標系是人為設(shè)定的。建立工件坐標系是走心機加工前必不可少的一步。走心機是主背軸加工，所以需要設(shè)定兩個坐標系，分別為主軸坐標系和背軸坐標系。

主軸坐標系可以通過試切法來建立。走心機材料處于自動送料狀態(tài)，切斷刀處于第一刀位，頂住材料。當運行程序自動加工時，程序開始要先運行建立工件坐標系指令。一般通過兩種坐標差來進行設(shè)定，區(qū)別在于是左切斷刀具還是右切斷刀具[2]。程序中代碼為“G50Z0”，表示右切斷刀具，且刀具與加工零點保持一致。程序代碼為“G50Z13”，表示左切斷刀具，材料位于加工零點正13 mm處?？梢愿鶕?jù)產(chǎn)品加工工藝選擇切斷刀具。右切斷刀剛性好，使用時需要考慮背軸夾頭接料時是否干涉。左切斷刀可使用不加長背軸夾頭，用于主背軸同心度要求較高的產(chǎn)品加工。

背軸坐標系以背軸夾持工件的端面為零點，將背軸加工刀具接觸到工件端面后，在刀補中測量輸入Z0，從而完成背軸坐標系設(shè)置。

5 走心機加工能力

（1）走心機從機械結(jié)構(gòu)上進行分析，一般具備主從動軸和副從動軸，兩軸都具備分度功能，可實現(xiàn)分度加工與X軸、Y軸、Z軸、C軸多軸或4軸聯(lián)動加工。

（2）主軸配備刀排刀具。刀排刀具分為固定排刀刀具和旋轉(zhuǎn)動力刀具，可實現(xiàn)外圓車削、車槽、徑向孔與銑削加工。加裝旋風銑或滾齒裝置，可實現(xiàn)螺紋銑削和滾齒加工。走心機采用雙軸排布刀具，大幅節(jié)約了加工循環(huán)時間。通過縮短排刀與對向刀具臺的刀具交換時間，實現(xiàn)了多重刀具臺重疊和螺紋切屑。二次加工時，縮短了空走時間。

（3）主軸加裝固定端面刀具與動力端面刀具，通過改變安裝方向可實現(xiàn)對主軸或?qū)Ρ齿S端面內(nèi)孔鏜削、孔加工和銑削加工，增加了設(shè)備加工能力，為復(fù)雜零件加工提供了更多解決方案。

（4）機床配置高壓油泵，有多根高壓油管分接在機床內(nèi)部。排刀位置壓強設(shè)置在6 000～8 000 kPa，油管前端直徑選擇1 mm噴油孔，對準外圓刀尖，用于粉碎鐵屑；主軸與背軸端面加工位置將高壓油壓強設(shè)置在6 000～8 000 kPa，可實現(xiàn)刀具內(nèi)冷加工，同時切削進給可提前1.5～2倍；背軸對主軸刀位配備高壓油泵，以直徑1.5 mm、長度120 mm槍鉆為例，壓強設(shè)置在13 000 kPa，加工前確認槍鉆內(nèi)冷噴油順暢無阻塞，可實現(xiàn)工件深孔加工。

（5）機床內(nèi)部配備高頻銑設(shè)備可實現(xiàn)0.2 mm微小刀具的高速加工，轉(zhuǎn)速最高設(shè)置到80 000轉(zhuǎn)?？梢愿鶕?jù)加工需求配置多個高頻銑接頭，安裝在設(shè)備主軸與背軸處，實現(xiàn)軸向與徑向銑削或鉆孔加工，在醫(yī)療領(lǐng)域廣泛用于骨釘內(nèi)梅花加工。

（6）帶刀塔走心機機床刀排可以加裝輔助夾具，用于實現(xiàn)工件的支撐加工，如圖2所示。通過程序調(diào)取輔助夾具定位于導套中心前方，將毛坯粗精加工后的產(chǎn)品伸出導套，進入輔助夾具增加對長工件的扶持，調(diào)取刀塔刀具進行銑削加工。輔助夾具可保持工件剛性，滿足圖紙尺寸要求。

圖2 細長軸銑削輔助夾具

（7）帶B軸走心機分為兩種，一種是手動旋轉(zhuǎn)鎖定B軸，另一種是程序控制自動旋轉(zhuǎn)B軸。它可輔助機床實現(xiàn)產(chǎn)品五軸加工，在醫(yī)療領(lǐng)域常應(yīng)用于牙科斜基臺的加工制造。

6 走心機原材料種類與要求

走心機3 mm直徑以上棒料長度集中在2 500～3 200 mm。直徑越小，棒料長度越短。1～3 mm直徑棒料因直線度限制，棒料長度集中在1 000～2 000 mm。原材料尾料長度主要由導套構(gòu)造與產(chǎn)品長度決定。固定導套與浮動導套機械結(jié)構(gòu)位于主軸正軸向極限位置往前80～120 mm（以最大加工直徑32 mm走心機為例）。原材料既要滿足主軸夾持長度，又要滿足導套扶持長度。當不足以滿足最后一件產(chǎn)品加工長度時，就會成為尾料。原材料總長越短，累積產(chǎn)生的尾料越多。無導套機床因沒有導套扶持，只需要主軸夾持長度，原材料能夠最大限度使用。

原材料類型以棒材、絲材居多，材質(zhì)主要分為不銹鋼、鈦合金、銅材、鋁合金、聚四氟乙稀等，公差等級要求為IT7～IT9。棒料直線度在每米0.35 mm以下。直徑的公差與直線度的精度越高，加工穩(wěn)定性越高。

原材料形狀常規(guī)使用圓柱形材料，根據(jù)產(chǎn)品圖紙要求也可定制非標異形材料，如四方或六方材料、空心材料等。當使用空心材料時，需要在尾料一側(cè)將孔堵實，以防加工內(nèi)孔時內(nèi)冷高壓油順著空心孔回流到送料機，導致切削油溢出機床。主軸夾頭和導套與材料形狀保持一致，當主軸加工產(chǎn)品為規(guī)則軸類形狀時，背軸夾頭使用普通夾頭或加長夾頭，槽形有三瓣式、四瓣式以及S槽等。棒料選擇公制材料時，公差為下公差。選擇英制材料時，公差為上下公差，在選擇主軸導套時需要注意。

原材料在使用時需要確保表面光潔無附著物。材料兩端進行倒角，用于換料時導向無干涉。設(shè)備換型更換原材料規(guī)格時，確認原材料的直徑與送料機導軌、防震套、伸縮管直徑規(guī)格匹配，防止產(chǎn)品加工時備件與原材料間隙過大。高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生異響或碰傷材料表面，會導致原材料彎曲、損傷而造成工件報廢、加工中止等問題。

浮動導套與材料間隙直接影響產(chǎn)品加工尺寸精度與形位公差，所以原材料需要精磨，提高了原材料的單位成本。走心機因設(shè)備結(jié)構(gòu)與數(shù)控車不同，原材料尾料長度的表達式為：

原材料尾料長度=導套本體的扶持距離+主軸夾頭夾持長度+最后一段小于工件的長度 （1）

可見，當批量生產(chǎn)時尾料的累積成本較高。

7 結(jié)語

在“工業(yè)4.0”趨勢和“中國制造2025”發(fā)展規(guī)劃的影響下，在中國制造業(yè)加速轉(zhuǎn)型的浪潮下，走心機設(shè)備以高效化、精密化、規(guī)范化、智能化生產(chǎn)以及高度自動化成為制造業(yè)的中堅力量。此外，市場各個行業(yè)對精密零件的加工要求越來越高，為走心機的發(fā)展帶來了更多機會。