ARCHIVE 07车铣复合加工机、五轴的谱系

车削中心的起步（1966–1979 年）

数控车床开始普及的时候，“能不能在车床上也使用旋转的刀具”的尝试开始了。1981 年的《车床手册》把镗铣类的复合数控机床称为加工中心，把车削类的复合数控机床称为车削中心，并在此基础上介绍了 1966 年 Froriep 公司发布的立式车床形式的 KE8 Universal，称其为把车削与旋转刀具作业结合起来的第一台机床^[1·帧72]。1970 年，诞生了加工中心的美国 Kearney & Trecker 公司在 IMTS（芝加哥）展出车铣复合加工机 TURN-12，作为价值 1 亿日元的机床备受关注，但只做了 3 台，未能成为商品。在日本国内，池贝铁工和大隈铁工所也曾在展会上展出，但由于刀具与工件干涉以及价格问题，未能很快商品化^[3]。

池贝的 FT500NA 与车削中心的功能

国产的早期例子是池贝铁工。1972 年 12 月《机械振兴》的新产品介绍中刊登了车削中心 FT500NA^[4·帧47]，《车床手册》写道“在我国，池贝铁工于 1973 年发布了车削中心，并完成了系列化”。据该书介绍，车削中心是在数控车床的功能上增加了以下功能的机床：① 在工件端面用动力刀具加工，② 在侧面用动力刀具加工，③ 对主轴分度的 C 轴（X·Z·C 三轴控制），④ 使动力刀具主轴上下移动的 Y 轴（四轴控制）^[1·帧73]。大隈铁工所（今天的大隈）称其于 1975 年推出了第一台能在一台机床上完成车削、钻孔、铣削的车铣复合加工机 LM70-AT^[5]。

1979 年：日立精机的 5LC 与马扎克的 Mill Center

1979 年，日立精机开发了配备动力刀具、实现工序集约的正式车削中心5LC。该机为 X·Y·Z·C 四轴控制，带 20 把刀具的 ATC，作为中型车铣复合加工机长期被组装进各种系统中^[6·帧17]。同年，山崎铁工所（1985 年起为山崎马扎克）在 EMO（米兰）展出了在转塔车床上组合铣削刀具的“SLANT TURN 30 Mill Center”。开发始于 1977 年，以桃井昭二为中心，起因是想减少加工本公司机床主轴的工序和工时^[3]。

从车床诞生的车铣复合加工机（1981–1996 年）

把在车床上增加动力刀具的思路做成商品的是马扎克。1981 年的“SLANT TURN 40N Mill Center”把铣削驱动从液压马达换成输出更大的直流电机，能进行 4 英寸的端面铣削；同年与三菱电机合作完成了对话式数控装置“MAZATROL T-1”^[3]。1983 年，该公司在 EMO（巴黎）展出装有自制 30 把刀具 ATC 的“SLANT TURN 40N ATC Mill Center”，铃木信贵（2010）认为这是世界上第一台真正商品化的车铣复合加工机。美国的航空、石油产业纷纷前来洽谈^[3]。不过其价格是数控车床的 2.5 倍以上，于是 1984 年的“SLANT TURN 25ATC Mill Center”改为 16 把刀具的链式 ATC，把价格压到数控车床的 1.5 倍左右，在日本用户中也普及开来^[3]。

1988 年：Y 轴与 INTEGREX、双主轴双刀塔

此前的 Mill Center 是 X（直径）·Z（轴向）·C（主轴旋转）三轴，以车削为主。1988 年，山崎马扎克增加Y 轴，在 IMTS（芝加哥）展出了四轴的“INTEGREX 40ATC Mill Center”。工件的侧面也能加工了，车铣复合加工机的工作范围大幅扩展到加工中心的领域^[3]。1991 年的《自动化技术》介绍了该公司把 3 台 INTEGREX 40 并排组成的车床 FMS 生产线^[11·帧64]。1994 年的“INTEGREX 50·70”凭借大锥度刀柄的刀具和 30 把（也可选 60、80 把）刀具的 ATC，成为能像加工中心一样切削的正式车铣复合加工机，连铣削时间比车削时间还长的工件也能承担^[3]。

也有从另一个方向实现的工序集约。中村留精密工业于 1988 年 4 月发布了两根主轴与两个刀塔相对布置的 TW-20，形成了同时加工正反两面、用一台机床完成成品的形式。这成为后来 WT 系列、Super NT 系列的原型^[9]。在大型件方面，自 1974 年起就在立式车床上增加动力刀具的OM制作所于 1993 年推出用回转·分度工作台连加工中心类加工也一并完成的立式车削中心 TMM-35/45N（工作台直径 3.5m），1996 年又推出带 ATC·APC 的 VC 系列^[12][14]。

加工中心的五轴化普及（1968–2009 年）

从加工中心一侧实现的工序集约就是 5 轴。在 X·Y·Z 三轴联动之外再加上 A·B（或 B·C）两个回转轴，刀具就能从任意方向接近，减少换装次数和工时^[15]。这一思路很早就有，1968 年的《Machinery》刊登了在 X·Y·Z 上加 A·B 的五轴联动控制用纸带格式的解说^[2·帧24]。在机床方面，1970 年新日本工机诞生了五轴联动试制机（第 2 章），1984 年《丰田工机技报》的产品一览中列有“五轴联动控制加工中心”^[8·帧23]。

强烈要求五轴的是航空产业。1986 年日本机械工业联合会的报告书指出，零件一体化使机体外形和倾斜安装面变得复杂，要精加工这些部位，五轴联动数控机床必不可少；并设想把 FMS 分为粗加工·半精加工用三轴、精加工用五轴^{[10·帧21][10·帧22]}。

走进中小企业的工厂

进入 1990 年代后，五轴从大企业的特殊机床，变成了中小企业工厂里的机床。1994 年获得第 24 届面向中小企业的自动化机械开发奖的北村机械的卧式加工中心“H-400 Super Cell”增加了 A 轴·B 轴，一次装夹即可用五轴加工安装面以外的 5 个面，并把托盘自动交换、工件自动识别乃至搬运机器人集于一台。在获奖座谈会上，该公司表示本机发布后业界对五轴加工中心的关注度提高，其他公司也开始着手开发^{[13·帧18][13·帧5]}。

看机械工业设计奖的获奖机型就能了解五轴的普及过程。1999 年松浦机械制作所的五轴立式 MAM72-3VS、2003 年北村机械的摇篮式 Mytrunnion、2004 年大隈的 MU-400VA 相继获奖，2006 年获奖的 5 款机型中有 4 款是五轴加工中心或车铣复合加工机（三井精机工业的 Vertex550-5X、松浦机械制作所的五轴复合 CUBLEX-25 等）^[15][18][17]。森精机制作所也在同一年（2006 年）开发了五轴的 NMV5000 DCG^[19]，2009 年山崎马扎克的 HYPER VARIAXIS 630 获奖^[15]。

B 轴与一次装夹、工序集约（1997–2013 年）

源自车床的车铣复合加工机和源自加工中心的五轴，在 1990 年代末汇合于一台机床之中。1997 年，山崎马扎克开发了在 X·Y·Z·C 上增加B 轴（使刀具主轴倾斜的轴）的“INTEGREX 200SY”。通过五轴控制可加工飞机涡轮叶片之类的立体形状，并可在第二主轴上换夹工件，连续加工到背面^[3]。据该公司的资料，车铣复合加工机把以往要用 3 台机床完成的加工集中到 1 台，生产周期缩短到 16 分之 1^[3]。

2000 年代，这种形式在各公司普及开来。中村留精密工业于 2000 年推出带专用刀具主轴和 ATC 的“超级复合加工机”STW-40^[9]，山崎马扎克于 2001 年推出搭载可直接用加工中心程序驱动车铣复合加工机的数控装置的 INTEGREX e 系列^[7][3]。OM制作所的立式车削中心 OMega 60YB（2002 年）增加了可分度的刀具主轴（B）和工作台（C），实现五轴控制，把大型件的工序集中到一台^[16]。森精机制作所从 2005 年的 NT（第 1 章）发展到 2010 年的 NTX^[19]，大隈于 2013 年在总部建成一贯生产车铣复合加工机和数控车床的工厂 DS1^[20]。

铃木（2010）分析认为，日本市场以车床为中心、美国以加工中心为中心推进开发，以及美国航空、石油产业转向快速制造小批量复杂零件，这两点培育了从车床出发的日本车铣复合加工机^[3]。

自动化：与托盘、机器人组合（1982 年起）

把工序集中到一台的机床，如果连工件的装卸也自动化，夜间无人也能运转。日立精机于 1982 年制造了自制机器人 RP-10（气动式）和 RE-20（电动式），使与车削中心组合的自动化单元更易构建^[6·帧17]。马扎克在 1983 年前后，为用车铣复合加工机组建 FMS，与卡盘厂家共同开发了自动更换卡爪的 AJC，还制造了装卸工件的专用机器人^[3]。中村留精密工业于 1985 年推出小工厂也容易引进的自动化“下町 FA 系列”^[9]。（数控车床的自动上下料装置和发那科的机器人见第 1 章，加工中心的 FMS 见第 2 章）

现在，内置于机床的机器人和能在人身边工作的协作机器人单元正成为主流。例如大隈的 ARMROID（2018 年）、山崎马扎克的 Ez LOADER 10（2021 年）、DMG森精机的 Robo2Go Open 和搬运工件·托盘的 MATRIS WPH（2025 年）^[20][7][19]。

★现在：增材制造、齿轮加工也集于一台（2002 年起）

工序集约开始把切削以外的加工也纳入进来。松浦机械制作所于 2002 年开发了把用激光固化金属粉末的金属激光烧结与加工中心的切削合为一台的金属激光烧结复合加工机，2003 年上市。2004 年 M-PHOTON25C 获得日本产业技术大奖，并发布了 LUMEX 25C^[17]。把堆积金属的增材制造与切削合为一台的“混合加工机”方面，山崎马扎克于 2014 年发布 2 款机型，大隈于 2016 年把激光复合加工机 LASER EX 系列扩充到 5 款（还能淬火），DMG森精机于 2020 年推出 LASERTEC 6600 DED hybrid^[7][21][19]。

齿轮也进入了用一台机床加工的时代。山崎马扎克于 2018 年完成了把车铣复合加工机与齿轮加工专用机融为一体的 INTEGREX AG 系列^[7]。滚齿机、刮齿机的历程见第 4 章。使用者的培养也成为课题，中村留精密工业于 2023 年开始了独自的“复合加工机检定”^[9]。大隈的欧洲法人于 2025 年从 1975 年的 LM70-AT 算起，宣称“车铣复合加工机的 50 年”^[5]。

在现场有什么用？阅读车铣复合加工机、五轴加工机的规格书时，看看“是源自车床还是源自加工中心（主轴夹的是工件还是刀具）”“有无 Y 轴·B 轴，B 轴是分度还是联动”“有无第二主轴、下刀塔”“ATC 的刀具数和刀柄（是否大锥度）”“若是五轴，是摇篮式（工作台倾斜）还是主轴倾斜”“能否与托盘、机器人连接”，就能知道这台机床属于哪一代，以及能把多少工序交给它。