垂直翻转

像许多历史上的机床一样，立式车床(VTL)的确切起源也被时间所掩盖;毫无疑问，它在19世纪就存在了。对我来说，VTL的配置让我想起布拉德(Bullard)、G.A. Gray和Giddings & Lewis等标志性品牌。非常大的机器在重力的作用下转动非常大的零件。

一个多世纪以来，传统的VTL配置已经被改进，具有额外的车削/铣削能力，数控伺服控制，在辅助工作处理自动化的帮助下缩小到处理更小的工件尺寸和更高的产量。但一个世纪以来，基本的VTL设计保持不变，主主轴底座安装，刀架安装在主轴上方的两轴滑动单元中。然而，自20世纪90年代以来，镇上出现了一种新的VTL设计——倒立式或皮卡车床。

顾名思义，该设计采用传统的VTL，并将其主要部件(工具和主轴)倒置180度，允许使用主轴装载/卸载毛坯和加工完成的零件。我还记得第一次在IMTS看到这些早期的机器时，我的脑海里浮现出一个声音:“为什么之前没有人想到这个?”

为了了解倒立车床的起源、发展和能力水平，我拜访了中国倒立车床有限公司董事长Gary Hulihan埃马克公司Emag位于密歇根州法明顿山的总部。埃马克生产范围广泛的倒置立式设备，容量从200毫米到1.2米不等，从定制工程的交钥匙生产应用到独立的商品生产单元。

建立精密

所有埃马克的倒立式机器都采用了入口设计。面向机器，底座呈u形。为了阻尼和热稳定性，基础由聚合物混凝土制成。主主轴载体是铸铁的，跨越U型的顶部，形成一个闭环的箱形框架结构，有少量组件悬垂。

主轴载体在X轴的直线导轨上穿过u形框架的顶部。拾取站朝向门的后部，刀塔安装在门的前部。通过主轴与载体的紧密耦合，主轴以切削工具为中心，并通过x轴行程完全支撑。同样的滑动单元也可以在这样配备的机器上进行y轴运动。

由于主轴同时承受轴向和径向切削力，它采用静压轴承来抵消切削力和吸收振动。主轴的中心轴被包裹在一个无摩擦的套筒中，在运动部件之间有一层薄油膜。当在切割过程中施加力时，流体静压轴承的相反的力使主轴即使在中断的切割中保持中心。该主轴还可以对复杂工件进行c轴定位和轮廓加工。

在所有轴上，玻璃刻度用于定位反馈到CNC。这是一个闭环系统，自动提供偏移数据到控制。热稳定性由主动流体冷却系统维持。主轴电机、工作主轴、工具转塔、电气柜和基座单元的温度保持在环境温度的几度以内。

通过这种倒置的垂直设计，提供机器精度的部件——滚珠丝杠、玻璃秤、伺服驱动电机——可以放置在工作区之外，因此，可以从芯片和冷却剂污染中移除。加里表示，制造领域的唯一组件是那些需要留在那里的组件。这些项目是零件本身，保持零件的加工夹具和切割零件的工具。重力会保护芯片和冷却剂，让它们远离制造区域。”

多任务处理能力

基本的立式倒立机概念已经发展成不同程度的多任务处理能力，使应用程序可以在一次装夹完成。除了使用主轴装载和卸载原始和成品零件外，这些机器还可以在倒立机床的工作区域内转动和配置其他金属加工操作，如钻孔、铣削、磨削、滚齿机、滚动和测量。

设计保持足迹小，不需要辅助装载机，它保持机械简单。加里说:“显然，你必须有主轴，所以为什么不用它来代替机器人或操作员来装卸货物呢?”

Emag的许多客户都有很高的销量。分析一个应用程序需要查看操作的数量，库存移除，节拍时间和有多少关键公差的部分。这些因素有助于决定是在op 10或op 20的一个翻转工位上进行单次倒立加工，还是使用两个专用主轴来加工这两种操作。

“例外情况是，如果操作工10和操作工20可以使用相同的加工夹具，那么单轴机床就可以同时处理这两种操作。但通常情况下，情况并非如此。”

在过程工程中，倒立式或任何双主轴机床的另一个关键考虑因素是操作步骤10和操作步骤20之间的平衡。这个想法是通过尽可能地匹配两个周期的时间来消除空闲时间。

Emag机床上使用的圆盘式转塔可携带多达12种工具，每个工位可接受固定工具或活钻和铣刀，柄直径从40毫米到60毫米不等，具体取决于机床尺寸。炮塔使用一个完整的弧形耦合，以确保阀瓣的位置。分度机构包含在炮塔外壳内，这消除了污染从进入单位。

在典型的双主轴应用中(实际上是两台并排的单主轴机床)，工件毛坯被送入第一台机床，然后由主轴从传送带上取走。它经过加工，当完成时，在通进料输送机上更换，并移动到第二主轴可及范围内的翻转站。机器的第二主轴拾取零件进行回工。一旦完成，主轴将完成的部分放在出料输送机上。

为了确保安全，工件在主轴卡盘的自动座位，拾取站使用弹簧加载板，以补偿任何不对准的毛坯。如果由于毛刺或不均匀的坯料而导致坯料歪斜，万向板将在主轴的压力下偏转，因此坯料在卡盘中正确对齐。

第一个工序的加工夹具通常是内径或外径卡盘类型，使用三或四爪对粗铸件、截止毛坯或锻件进行加工。在第二个操作中，由于在第一个操作中已经创建了一个精确的位置，可以使用夹头，特别是如果有必要对一个加工特征进行定位。

改变混合

埃马克安装的大多数机器都是专门为生产而设计的，其中大部分用于汽车生产。“过去，汽车的产量是基于9秒周期内生产120万个零部件。这个神奇的数字是基于可用的工作时间、可用的班次和其他标准得出的。”加里解释道。“生产集中在OEM或一级工厂。通常，一家工厂一半的生产被运送到遥远的工厂，所以随着时间的推移，这种理念已经发生了变化，因为新的思维对生产有了不同的看法，并合理化了分散的生产更有意义。他们没有把A工厂一半的产品运送到B工厂，而是在B工厂建立了生产单元。所以今天，一个基本生产单元的神奇数字更多是在45万到50万之间。”

除了传统的汽车市场，埃马克也从中小批量的商店中看到了对倒置垂直概念的兴趣。

对于这一领域，该公司提供了一系列独立的倒置立式机器，适用于低产量、高混合应用。

这些机器是自成一体的旋转细胞与一个可调节的零件传送带。如果你的车间加工小、中或大体积的毛坯、铸件或锻件，那么倒置垂直概念、自动装卸、占地面积小、固定或活模和精密加工的固有优势可能值得研究。