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近年来，我国数控机床产品的快速发展引起国内外关注。其中，多轴、调整、复合型数控机床格外引人注目。 五轴 ( 及以上 ) 联动数控机床 五轴 ( 及以上 ) 联动数控机床是现代国防工业急需的战略性装备，也是制造现代模具的基础装备，一直被西方某些大国列为对我禁运的战略物资。 1999 年，江苏多棱机床公司率先推出我国第一台五轴联动龙门加工中心。接着，北京第一机床厂于 2000 年，桂林机床厂于 2001 年，济南第二机床厂、上海重型机床厂于 2002 年相继推出五轴联动龙门镗铣 / 加工中心。 同时，北京机电研究院、四川长征机床厂也推出五轴联动数控铣。天津第一机床厂、重庆机床厂、南京第二机床厂、秦川机床厂先后推出多轴联动数控齿轮机床。昆明机床厂与清华大学合作、天津第一机床厂与天津大学合作、哈尔滨量具刃具厂与哈尔滨工业大学合作、大连机床厂与清华大学合作，先后推出五轴 ( 及以上 ) 联动虚拟机床。在五轴 ( 及以上 ) 联动数控机床的开发上，近年来我国形成了长江后浪推前浪之势。上述产品开发中，有两项关键技术值得注意。 1 ．万能自动镗铣头。 万能自动镗铣头在五轴数控机床中是第一关键部件，也是五轴数控机床制造企业市场竞争的焦点之一。在有些国外厂商的产品售价中，万能自动镗铣头占有高达 30% 的比率，因而国际合作开发难度较大。 万能自动镗铣头可分为万能式镗铣头和摆动式镗铣头。在用于五轴联动时，要求双回转轴 (A/B 或 A/C) 都有联动功能。如用于多 ( 或五 ) 面加工，只能采用有级分度的万能式镗铣头，不需要联动 ( 即 3+2 轴加工方式 ) 。 世纪之交， 5 家五轴联动龙门镗铣 / 加工中心研制企业，先后开发出具有 80 年代国际水平的万能自动镗铣头。包括万能式自动镗铣头、摆角式自动镗铣头。其中的复杂、高精、高刚壳体，精密弧齿锥齿轮副，精密蜗轮副，精密细齿鼠牙盘，精密分度夹紧等关键零件设计制造技术，以及回转轴闭环技术等都有突破。桂林机床厂已有 10 台在用户中使用。 目前的问题是，精度、性能 ( 特别是高速、重载性能 ) 与国际先进水平还有差距。国际万能自动镗铣头转角分度定位精度 / 重复定位精度为 10arc.sec/5arc.sec(VDI 标准 ) ，高速、重载性能优越，并且技术仍在不断发展。如美国 cincinnaty 公司在 IMTS2000 上展出了虚拟轴万能自动镗铣头，结构更简单，更适于安置电主轴。意大利 FPT 公司万能自动镗铣头可细分为 360°×0.01° 。 2 ．换头技术。 为满足现代模具、飞机结构件高速加工需要，上述 5 台五轴龙门铣 / 加工中心，全部配有高速电主轴。转速 10000~16000rpm 。 由于在模具加工中，五轴铣削只占 3%~5% ，高速主轴的使用率也只有 5% 左右，故五轴联动龙门式、落地式镗铣床 / 加工中心必须具有换头技术。而且，在拥有换头技术后，可成为五轴 -- 多 ( 或五 ) 面龙门式、落地式镗铣床 / 加工中心。机床的工艺范围大大扩大，使用率大大提高。国际先进企业都有自动换头技术。北京第一机床厂、济南第二机床厂引进德国、法国著名企业自动换头技术，具有先进水平。江苏多棱机床公司、上海重型机床厂自行开发了换头技术，但属于刚刚起步阶段。 换头技术除要求定位准确外，还要求快速、简洁。国际先进企业自动换头技术大都有一些独到之处。意大利 JOBS 公司还开发了插入式主轴更换系统，用换轴代替换头，更快速、简洁。 快速发展的高速机床 为适应市场对调整加工设备的需求，目前我国能够生产高速切削机床的企业已有约 20 家，大部分以引进技术为主，基本上是调整加工中心。主轴转速 10000~ 4 0000r/min ，快移速度 30~60m/min ，加速度 0.5~1G ，换刀时间在 1.5~2s 左右 (T-T) 。其中，已有达到国际一流水平的产品。如：大连机床公司与德国阿亨 (Aachen) 大学共同研发的 DHSC500 高速加工中心，相当国际 90 年代后期水平。其主要特点如下： 采用国际流行的箱中箱结构。为增强 X 轴送进时的刚性 ( 这时移动惯量高达 1 吨 ) ，在运动箱上、下配置了双伺服电机同步驱动 ( 双反馈 ) ；电主轴采用德国 GMN 公司名牌产品，油加气润滑，转速 18000r/min ；回转工作台采用内装转台伺服电机 (B 轴 ) ；闭环控制，整机四轴联动；全闭环，采用绝对型光栅尺，即使在断电后也可识别所在位置；四托盘自动交换，可多工件、夹具工作；具有较高精度。定位精度 / 重复定位精度： ±5μm/±3μm(VDI 标准 ) ；快移速度 62m/min ；加速度 1G ，属国际先进水平。 另外，还有南京四开公司研制的直线电机驱动数控车床，在高速加工一种钎具行业的非圆截面异型螺纹时，最大加速度达到 4 ~5G ，最大进给速度超过了 100m/min 。凿岩机与钎杆的连接螺纹为异型螺纹，不能采用通常的成型车刀加工，一般采用液压仿形车床，用靠模及尖刀加工，精度差且效率低，靠模的制造也比较困难。这台数控直线电机车床加工时， X 轴用直线电机代替靠模快速往复运动， Z 轴及主轴联动 ( 也可以采用随动方式 ) 。综合运动空间关系由程序控制，螺纹轮廓完全数字化，是一种数字化螺纹加工方式，用尖刀像车外圆一样一刀完成，速度快，精度高，表面质量好。 复合化数控机床 上述五轴多面龙门加工中心，同时也是复合化数控机床的典型事例。此外，还有值得称道的代表。如： 沈阳机床股份有限公司开发的五轴车铣中心。刀库容量 16 ，数控系统： Siemens8 4 0D ，可控 X 、 Y 、 Z 、 B 、 C 五个轴，具有车削中心加铣削中心的特点。 沈阳第一机床厂、齐齐哈尔第一机床厂开发的立式车削中心，配有刀库，能在一次装夹情况下，完成车削、铣削、钻孔、攻丝等工序。保证加工精度，减少辅助时间，提高生产效率。 上海重型机床厂开发的双主轴倒顺式立式车削中心，第一主轴正置，第二主轴倒置。主轴具有 C 轴功能，采用 12 工位动力刀架，具有自动上下料装置和全封闭等多道防护装置，可一次上料完成零件的正反面加工，包括车削、镗孔、钻孔、攻丝等多道工序。适用于大批量轮毂、盘类零件加工。 江苏金方圆公司开发的数控冲床 -- 激光复合机，是由数控液压转塔冲床和数控激光切割机床复合而成。一次装卡完成冲孔、激光切割工艺，且属高速型，最高冲孔频率 800/1000SPM 。 我国数控机床技术与世界先进水平的差距 首先是精度普遍不够。只有少数几种产品达到欧洲标准定位精度。精度差距只是表面现象。其实质是基础技术差距的反映。如普遍未进行有限元分析，未做动刚度试验；大多未采用定位精度软件补偿技术、温度变形补偿技术、高速主轴系统的动平衡技术等。 其次，基础材料开发方面的差距，未普及高强度密烘铸铁，在欧美已有一批先进产品采用聚合物混凝土，我国则还是空白。 再次，高动、静刚度主机结构和整机性能开发的差距，高速机床主机结构设计方向是增强刚性和减轻移动部件重量，如国际普遍采用龙门式、框式、 O 型整体结构，箱中箱式结构， L 型床身，三轴移动移出机身，侧挂箱式卧式加工中心等。我们则大多未开发。 还有一重要差距就是应用技术差距。如国外已开始普及的远程服务技术，我们尚待开发；交钥匙工程 -- 从机床选择、工艺装备 ( 刀、夹、附、检具 ) 配置与提供到切削用量的确定，尚待开发；展出的高速机床，普遍不能做硬切削、干切削表演，高速切削机理及切削数据库的研究我国近乎空白；不能提供高速切削软件包，等等。 当然，关键配套件，特别是新兴配套件差距较大。如电主轴、高速滚珠丝杠副、直线电机、高速高精全数字式数控系统、高精度高频响的位置检测系统等。 任重道远，要赶上国际先进水平，我们还要不断提高产品开发能力。为中华民族的再次崛起而努力吧。 |
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发表于 2013-10-31 23:03:33
