[科普中国]-数控混合加工机床

数控混合加工机床指的是多种数控机床相互配合，对产品进行混合加工的一种复合型机床。

新趋势——增材制造和切削加工的混合增材制造的原理是通过材料的不断叠加而形成零件，包括粉末激光融化、粉末激光烧结、薄材叠层、液态树脂光固化和丝材熔融等，是加法。切削加工是从毛坯上切除多余的材料而形成最终零件，包括车、铣、钻、刨、磨等，与增材制造相反，就材料而言都是减法。增材制造优势在于节省材料、可以构建结构和形状极其复杂的零件。而切削加工却具有高效率、高精度和高表面质量的优点，两者混合和集成在一台机床上就开创了令人鼓舞的应用前景。3D打印是直接数字制造，将产品CAD实体模型切成薄片，按轮廓进行加工。再一层层叠加而成，故也称为叠层制造，是智能制造的支撑技术。

3D打印可构建任意复杂形状的产品，最有效地发挥材料特性，为设计师打开了无限的创新空间。3D打印的产品是定制和个性化的独一无二产品，不仅可按需制造。还可以在本企业就地制造。应该指出：汽车、航空航天和模具的重要零件都是金属而非塑料制成的。因此金属3D打印零件而非原型制作处于增材制造前沿，开创了产品创新的新纪元。1

激光烧结3D打印和铣削的混合加工日本松井公司曾推出过一款混合加工机床是将激光烧结3D打印与铣削加工集成，其外观和典型加工案例如图3所示。其原理是是在一台机床上先进行激光烧结(3D打印)，然后借助高速铣削精加工整个零件或其部分表面以获得高精度和高表面质量。其原理是每打印10层(约0.5mm~2mm)形成一金属薄片后，用高速铣削(主轴45000r/min)对其轮廓精加工一次。再打印10层，再精铣轮廓，不断重复。最终叠加成为高精度、结构复杂的零件。

改变激光的聚焦大小和粉末材料，可制造出不同材料密度，包括多孔结构的零件。由于一次装夹完成工件的“增材成长”和精加工，激光烧结与铣削混合加工可达到±2.5μm精度，整个工件的尺寸精度可达±25μm。

激光烧结和铣削混合加工的最大优点是：无需拼装即可制成复杂模具。传统制造方法是：将复杂模具其分解为若干组件，制成后加以拼装。不仅费时费事，而且不可避免存在一定误差，降低了模具的精度。在激光烧结3D打印和铣削集成的机床上却可将具有深沟、薄壁的复杂模具一次加工完成，完全改变了复杂模具的设计和制造过程。

电加工和磨削的混合加工机床德国某公司的刀具磨床按2合1的设计理念，在一台机床上用旋转电极加工PKD/CBN刀具和砂轮磨削硬质合金/高速钢刀具。机床为龙门结构，X、Y、Z轴的移动皆采用直线电机A、C轴由力矩电机驱动，机床两外侧可分别配置电极/砂轮和刀具工件的交换系统。

机床用于加工结构对称而形状复杂的刀具，采用中间皮带驱动的轴两端可分别安装1~3个旋转电极和砂轮，回转180°切换。采用电主轴时只能在一端安装1~3个旋转电极或砂轮。2

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李航 - 副教授 - 西南大学