图1  这一近海石油钻探组装件使用的红色旋转工作台是ETMW专业大型加工件的一个代表作品。其在铣床旋转工作台上的总重量，包括墓碑式夹具的重量，共计为35000lb

尽管经济形势还没有完全好转，但ETMW采用了正确的专业化加工设备，使其在油田或其他行业的大型零件加工方面取得了成功。

东德克萨斯州机械厂（ETMW）自从37年前被Neil Swisher公司收购以后，其加工大型复杂零件的卓越能力始终稳步提升，即使是在经济危机发生的这段时间，其为近海石油应用领域所做出的贡献正在帮助其德克萨斯州Longview工厂的加工业务有效地渡过难关。

机加工所面临的挑战在随着工件的变大而增加。从事这项工作需要采用较大规模的加工设备，如卧式镗铣床，以及标价相对较高的VTL大型设备。工件的加工因操作错误而报废的风险也是很大的，因为工件在进厂时的价值就已经达到了10万美元。此外要在车间中找到合适的人员也比较困难——操作人员通常希望舒适地操作镗铣床，而操作VTL加工设备却并不容易。此外，石油工业应用的大型部件，特别是海底油田使用的组件，都是由强度较高的材料制成的，其对公差尺寸的要求比较严格。将内径达4ft（1ft=0.3048m）的部件加工到0.001in（1in=25.4?mm）的公差水平也非比寻常。

图2  在加工这一油田钻井隔水导管上的元件时，其两端采用内部支柱支撑，可防止工件夹紧链对这一锻件造成形变

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最早的大型零件承接业务

公司高管人员Swisher先生在1973年购置该加工车间的时候，车间内只有几台小型的手动铣床和车床。考虑到当地现有的车间已能提供小型零件的加工服务，Swisher先生就开始购置较大的加工设备。他添置了两台手动5in主轴的卧式镗铣床和一台回转直径150in的立式镗铣床，从而使其加工车间具有多样化加工的能力。

为了发挥数控加工技术的优势，Swisher先生于1981年又添置了一台马扎克M4数控车床。在此后的10年内，他又接连购置了10台中小型数控车床和数控铣床。1996年，该加工车间购置了其第一台5in主轴型的Kuraki 数控卧式镗铣床。此后，它每年至少添置一台大型数控铣床或车削加工中心，目前该车间已拥有10台数控卧式镗铣床和4台数控VTL机床。这种加工能力极大程度地补充了ETMW机械厂的焊接件和金属结构件的制造能力。

该车间的所有卧式镗铣床都配有4轴旋转工作台，因此其各个主轴可以接近零件的各个侧面，并且只需一次装卡调试。将零件的调试装卡次数降低到最低限度，是每一个加工车间的奋斗目标，尤其是在加工重达数万磅的极笨重的工件时，这一点更显得尤为重要。

在ETMW最近花费250万美元扩建的部分厂房内，公司购置了其最大的第十台卧式镗铣床——MAG Giddings & Lewis RT 1600型镗铣床。该车间之所以选购这一机型是因为它想要一台配有6in镗杆主轴和具有较大行程的铣床，以适应大型零件的加工。RT 1600型镗铣床的X、Y和Z轴的行程分别为142in、120in和90in。其工作台的尺寸为5ft×8ft，其负荷能力达55100lb（1lb=0.4536kg）。该铣床的驱动力为75hp（1hp=745.7W），扭距为5676lbf·ft（1lbf·ft=1.3558N·m），这对于加工普通由高镍含量合金制成的近海采油平台元件而言特别有帮助。另一关键的特点是其59in的W轴延伸轴套，它可以使铣床的加工深入到零件的内部。该车间其他铣床的最大W轴延伸距离可达27in。

图3 轮廓仿形铣头在一台镗铣床上使用的一个最基本应用实例，展示了可编程加工头如何有效地改变其切削刃直径、创建一个倒角斜面，从而“车削”加工外径和生成一个圆角半径的过程。

支持这台机床所需的基础厚度为66in。铣床的安装并不与地面齐平，而是在低于地面16?in的基础上，因为它可以让铣床达到全部的垂直行程，而不会接触到天车的导轨表面。

工件的夹紧固定

ETMW机械厂已制造了一些智能性的工装夹具，用于夹紧和固定大型零件。例如，该厂创建了10ft高、20000lb重的墓碑式夹具，如图1所示。该墓碑式夹具由G&L镗铣床的白班操作员Jeremy Houchins先生负责加工，它采用不同的螺栓固定夹紧模式，用于长方形一类焊接件的夹紧固定。其相反的一面有一个圆形固定模式，适用于圆形几何形状的零件夹紧固定。在每个圆周直径上的螺栓孔以3.75°的递增方式定位。实践证明这种夹紧模式是非常有用的，比如，当其有必要在零件的周围进行交叉夹紧时，应避免与刀具或主轴发生碰撞干扰。在墓碑式夹具5ft宽的其中一个表面上可找到一个相类似的、较小的圆形螺栓夹紧模式，而其第四个表面没有任何螺栓孔，主要是在特殊的夹紧固定情况下使用。

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Houchins先生说，从墓碑式夹具上卸除零件，大约需要30～45min，然后再从机床上卸除墓碑式夹具（该工厂装有6台起重机，其起重能力7.5～15t）。在铣床的工作台清理以后，他不但需要将其吹擦干净，而且还需要用湿的油石在上面打磨，这样可确保工作台表面的绝对平整，例如应避免扳手等物件意外掉落到工作台上导致其表面出现坑点，他解释说，这种坑点可能会使工件的加工超过公差范围。同样，在加工期间，这些零件的大小并不一定会使它们受到形变和振动的影响。在加工过程中，有时候会在大型零件的关键区域使用支柱支撑，以防止工件在夹紧过程中发生形变。

图4  图中可以看到一些关键元素：①镗铣床需要建造一种特殊的机座，要比周围的地面低16in，这是为了防止其与上方天车的轨道接触；②这种支柱通常应用于焊接件的加工，以减少加工中的振动；③夹具表面有一个标准的正方形螺栓孔，用于固定夹紧这些焊接组件。然而在其反面上，有一个圆形的孔径模式，以更好地夹持圆形工件；④大型铣床周围的黄色链条是一条安全警戒线

虽然G&L大型铣床上的旋转工作台尺寸为5ft×8ft，但在ETMW机械厂加工某些零件，甚至要求工作台具有更大安装面积的时候，加工车间就要采用一块4in厚的底板，其面积为8ft×12ft。该加工车间可以直接将其安装到旋转工作台上，以适应大型零件的加工，而不会造成零件的悬空情况。或者，也可以将底板安装在墓碑式的夹具上，G&L公司铣床的设计对这一应用领域也很有帮助，因为其镗杆主轴可以下降到工作台台面以下6in的位置上，直达圆环的最低部位。

一把刀具，多种操作

ETMW机械厂有三个Cogsdill ZX轮廓仿形铣头，几乎可以在其所有的镗铣床上使用。像第四轴的工作台旋转那样，这些轮廓仿形铣头可以让镗铣床在工件一次性装卡固定后执行多种操作，减少了调试装卡次数、换刀次数并降低了整个加工周期。这些轮廓仿形铣头采用镗铣床的W轴轴套运动来控制刀具的有效切削直径，而刀具安装在横向滑板上。这些仿形铣头可以进行端面加工、切槽和复杂的轮廓仿形加工操作。它们也可用于“车削”零件的外径，如果依靠车床卡盘的旋转运动来完成这一加工是不切实际的。除了节约整体的加工周期时间之外，这些仿形铣头还可使刀具的使用成本降到最低，因为只要使用一把刀具就能够完成多项操作。

一个相对简单的轮廓仿形加工实例如图3所示。这是一个L形焊接件的管子部分，要求对其外径进行加工，但这一工件无法在车床上车削。通过对铣床的W轴和Z轴与工作台的运动进行编程处理，仿形铣头就可以创建成一个倒角斜面，同时车削该管子的外径和生成一个圆角。然而，该车间许多轮廓仿形铣头的应用要比这一实例更为复杂。

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这些仿形铣头可用于该车间内的任何卧式镗铣床上。为特定品牌卧式镗铣床设计的凸轮锁紧盖，基本上可满足全部要求。当其被安装到铣床上的时候，该锁紧盖将为所有的ZX工具系统提供一个公用接口。

在水平面上

像机加工一样，大型零件的检测也面临相当大的挑战性。ETMW机械厂使用各种不同的手动量规来测量其加工的零件。虽然采用一台CMM测量机很有帮助，但从目前的情况来看，选用一台合适的测量机，在尺寸和成本费用上受到一定的限制。因此，该车间在其G&L铣床上增加了探针测量功能，使其能够测量所加工的零件。机上探针测量也有利于加速调试装卡的速度，让机床可以快速地定位到最新固定夹紧的零件上。

此外，该加工车间正在调研哪家机床制造商能够提供回转直径达120?in的VTL机床，以便使其能够继续保持领先的竞争地位。

轮廓仿形铣头的基础

ETMW在其10台卧式镗铣床上采用了很多的Cogsdill ZX轮廓仿形铣头。

Aycock先生解释说，轮廓仿形铣头可将卧式镗铣床的W轴轴套运动转化成径向切削刃的运动。在每一刀具的内部是一根驱动器轴，轴上有一个倾斜的键槽，与刀具滑道上的键槽精密配合。轴套伸展时推动驱动器轴，使刀具滑道向外运动，从而增加了旋转切削刃的直径。而轴套收缩时可减少其切削直径。

将机床的轴套运动与其工作台的进给运动结合在一起，可以让单一的加工头执行多项操作。在机床工作台保持固定不动的情况下，可通过轴套的运动（也就是利用切削刃）对端面进行加工；如果使轴套保持不动，而让工作台运动，那么就能够执行镗削和车削加工操作。轴套和工作台运动的互相结合，可实施半径、倒角、攻螺纹和复杂的内径或外径轮廓加工。

轮廓仿形铣头的编程是一项很简单的事情，只要对机床的W轴和Z轴进行互相协调，使切削刃能够达到很好的导向。根据不同型号的轮廓仿形铣头，轴套行程与径向切削刃行程之比不一定是1:1，因此在创建零件的程序时，必须考虑到这一点。例如，某些ZX铣头轴套行程与切削刃行程之比为2:1。

机床特有的帽盖允许在各种品牌的镗床上只使用一个单一的加工头。这一帽盖用螺栓固定在铣床的外轴上（外轴用于驱动刀具的旋转）。轮廓仿形铣头可以迅速地安装到帽盖上，并通过锁紧凸轮销将其固定。其他的ZX加工头，包括模块化的镗刀和阀座加工刀具，也可安装到铣床的帽盖上。