齊二機床 江崇民

第六屆中國數(shù)控機床展覽會（CCMT2010）于4月12日在南京國際博覽中心盛妝開幕。本屆展會以“展示自主創(chuàng)新成果，推動產(chǎn)業(yè)振興升級”為主題，是機床行業(yè)增強自主創(chuàng)新能力，大力調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)成果的最新展示，同時也是國家科技重大專項科技攻關(guān)成果的一次全面展示。經(jīng)組委會的評選，共有38家參展企業(yè)的58種產(chǎn)品獲得了 “春燕獎”，這些獲獎?wù)蛊窂脑O(shè)計理念、結(jié)構(gòu)特點、精度、速度、外觀等各項指標均代表了當(dāng)前中國數(shù)控機床的最高水平及發(fā)展動態(tài)。

1 重大專項碩果累累

XKH400A型五軸聯(lián)動葉片加工中心（圖1）是北京機電院承擔(dān)的國家重大數(shù)控專項項目。該機床是專門針對航空發(fā)動機葉片研發(fā)的新品，與以往展出的XKH800型（該型號主要用于汽輪機葉片的加工）相比，無論在精度、速度、動態(tài)響應(yīng)等各項技指標均有很大的提高，具體表現(xiàn)為：電主軸的轉(zhuǎn)速有了很大的提高，達到了20000r/min；Z軸的驅(qū)動方式采用了雙電機、雙絲杠驅(qū)動；A、B軸的回轉(zhuǎn)運動也由原來的蝸輪、蝸桿傳動改為力矩電機直驅(qū)式，這樣使其傳動精度及速度均有很大的提高，直線軸的進給速度也由20m/min提高到了30m/min；A軸的轉(zhuǎn)速由80 r/min提高到230 r/min；B軸的轉(zhuǎn)速由12 r/min提高到80 r/min。

SKPC250/2000型大型筒段鋪纏一體機（圖2）是齊二機床承擔(dān)的國家重大數(shù)控專項項目,以大曲率構(gòu)件高效自動化制造為直接應(yīng)用對象，突破大型復(fù)合材料構(gòu)件高效自動鋪帶機設(shè)計制造成套技術(shù)，完成大曲率構(gòu)件高效自動鋪帶裝備研制和應(yīng)用。

機床采用臥式布局，由機械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、軟件、溫度控制系統(tǒng)、張力控制系統(tǒng)、壓實系統(tǒng)和超聲切邊系統(tǒng)等組成,將自動鋪帶及自動纏繞功能結(jié)合于一體,可實現(xiàn)環(huán)向纏繞和縱向、螺旋向鋪疊.芯模的最大直徑φ2500mm，最大長度18000mm，最大重量25000kg。工件的旋轉(zhuǎn)運動采雙主軸雙驅(qū)結(jié)構(gòu)小車、鋪帶頭、纏繞頭等運動部件均采取了輕量化設(shè)計，使其具有良好的動態(tài)響應(yīng)特性，小車的最大進給速度為40m/min，鋪帶速度達到40m/min；纏繞速度70m/min；鋪帶頭可實現(xiàn)預(yù)浸帶的自動進給、定位、張緊、壓實、超聲切斷及背襯紙、覆膜的雙回收。機床的數(shù)控系統(tǒng)采用SIEMENS 840D數(shù)控系統(tǒng)，5軸聯(lián)動。

SKPC250/2000型大型筒段鋪纏一體機緊跟國際先進設(shè)計制造技術(shù)和發(fā)展趨勢，是 “高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備”重大專項的十大標志性裝備，將滿足目前國內(nèi)市場對大型飛機機身中段，機翼及風(fēng)電3MW以上葉片的自動鋪帶制造。該設(shè)備打破了國外的技術(shù)壟斷，實現(xiàn)了我國在大型復(fù)合材料構(gòu)件鋪帶機上的重大技術(shù)突破，對于促進我國重大技術(shù)裝備發(fā)展有著重要作用。

2 柔性制造，引領(lǐng)發(fā)展

柔性制造系統(tǒng)是以成組工藝為基礎(chǔ)，將自動加工系統(tǒng)、物流系統(tǒng)、信息系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)有機結(jié)合在一起的生產(chǎn)系統(tǒng)，是未來制造業(yè)的主要生產(chǎn)模式。其主表現(xiàn)形式有兩種：一是加工中心與桁架式機械手組成柔性生產(chǎn)自動線（圖3），二是加工中心與機器人組成高效柔性生產(chǎn)線（圖4）。

本屆展會中大連機床集團展出的D01X自動生產(chǎn)線由一臺HDL50臥式三坐標加工單元和一臺VD50立式三坐標加工單元以及兩個桁架機械手等組成，廣泛用于汽車行業(yè)發(fā)動機的缸體、缸蓋零件的加工。同樣?xùn)|風(fēng)汽車有限公司設(shè)備制造廠的展品EQRX09-R2大型臥式高速加工心敏捷制造系統(tǒng)也采用了桁架機械手與臥加組成柔性自動線。此外，還有加工中心與機器人組成的柔性生產(chǎn)線。例如大連機床集團展出的D-5089柔性制造島，是由一臺VSL600E型加工中心、一臺DL20MS雙主軸數(shù)控車床及一臺工業(yè)機器人組成，主要適用于多種中小規(guī)格回轉(zhuǎn)類類零件產(chǎn)品在同一生產(chǎn)線上中小批量的生產(chǎn)要求。

以上展品充分詮釋了工業(yè)自動化的深刻含義，同時也表明我國機床行業(yè)經(jīng)過這些年的發(fā)展在集成與成套提供能力上有了質(zhì)的飛躍。本屆展會展出的柔性制造系統(tǒng)展品雖然不多，但所代帶表的生產(chǎn)作業(yè)模式卻是革命性的，具有很強的引領(lǐng)和示范作用。

3 五軸、復(fù)合、高速、高精展品占據(jù)主流

五軸聯(lián)動技術(shù)在近幾年得到了迅猛發(fā)展，五軸結(jié)構(gòu)也相對成熟。本屆展會上的五軸展品基本上是龍門銑配雙擺頭，立、臥加配搖籃式轉(zhuǎn)臺，沒有新型結(jié)構(gòu)出現(xiàn)。但有一點還是很值得我們?nèi)リP(guān)注，那就是五軸聯(lián)動的應(yīng)用范圍已不僅僅局限于金切機床了，數(shù)控激光切割機、數(shù)控電火花成形機及水刀加工機床均已采用了五軸技術(shù)，實現(xiàn)復(fù)雜空間曲面的加工。如北京市電加工研究所展出的N850五軸五聯(lián)動精密數(shù)控電火花成形機床（圖5）配有B、C軸，適用于航空發(fā)動機鈦合金等各種難加工零件、難加工材料的窄槽、深腔、異形盲孔、內(nèi)腔側(cè)向盲孔等特殊形狀的成形加工或精加工。該機床的最佳表面粗糙度值Ra≤0.1μm。

近年，國內(nèi)機床廠商的五軸聯(lián)動機床研發(fā)熱情持續(xù)高漲，大家都在積極推出各自的五軸產(chǎn)品，五軸產(chǎn)品儼然已經(jīng)成為各家的研發(fā)實力與技術(shù)水平的象征。但我們仔細觀察一下，不難發(fā)現(xiàn)，這些五軸產(chǎn)品當(dāng)中有相當(dāng)一部分不能做為實用的商品來使用，究其原因，主要是機床制造商對五軸聯(lián)動機床的數(shù)控編程及后續(xù)處理缺少深入的研究，還不能為用戶提供全套的解決方案。在短時期內(nèi)深入撐握五軸編程及五軸加工工藝是各機床制造商急需突破的一個技術(shù)瓶徑。

本屆展會上推出車削中心及車銑復(fù)合機床的商家越來越多，比較有代表性的展品有北一的CHA5830型定梁雙立柱立式車削中心（圖6）及沈陽機床的VTC250140m型立式車銑中心（圖7）。

CHA5830型定梁雙立柱立式車削中心總體布局形式為定梁龍門結(jié)構(gòu)，機床配有雙回轉(zhuǎn)工作臺，雙滑枕雙刀架，同時在機床立柱的兩側(cè)配置有可旋轉(zhuǎn)式盤式車削頭庫，20個庫位。機床可實現(xiàn)頭庫及車刀、銑刀的自動更換，車刀采用了Capto刀柄結(jié)構(gòu)，可確保車刀換刀時刀尖方向的正確性?；剞D(zhuǎn)工作臺沿床身導(dǎo)軌作往復(fù)運動，每個轉(zhuǎn)臺均有兩個工位（加工工位及裝卸工位），回轉(zhuǎn)工作臺從裝卸工位運動到工作位置后由液壓油缸進行定位夾緊，轉(zhuǎn)臺驅(qū)動采用雙驅(qū)動箱，每個驅(qū)動箱采用雙齒輪傳動結(jié)構(gòu)，通過驅(qū)動箱的兩檔機械變速可實現(xiàn)1～120r/min的轉(zhuǎn)速范圍，最大工作扭矩為215000Nm。以滿足車削工件時大功率、大扭矩和高效率的性能。

機床轉(zhuǎn)臺和底座之間及橫梁與溜板之間均采用恒流靜壓導(dǎo)軌，為保證導(dǎo)軌油膜剛度的一致性，每個靜壓油腔都設(shè)置有壓力監(jiān)測元件，滑枕垂向運動采用整體全包容結(jié)構(gòu)形式的閉式靜壓導(dǎo)軌。床身、轉(zhuǎn)臺、立柱、滑座、溜板和橫梁等基礎(chǔ)件均采用高強度鑄件，具有高剛性、良好的抗振性和精度穩(wěn)定性。

與北一的車削中心不同，沈陽機床的VTC250140m型立式車銑中心加工工件的直徑及承重都比北一的要小，因此它的回轉(zhuǎn)運動并沒有采用靜壓導(dǎo)軌而是采用大直徑的滾動軸承，此外它的銑削主傳動與北一也不同，北一采用的是在外置伺服電機通過RADEX雙速減速機變速后，再通過滑枕內(nèi)部的傳動軸驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)，沈陽機床的則是采用內(nèi)置式主軸電機及減速器（圖8），這樣做的好處是顯而易見的，它沒有細長的傳動軸，可以使主軸的轉(zhuǎn)速更高（特別是在滑枕的行程較長時，這種優(yōu)點更明顯），但這種結(jié)構(gòu)需要在滑枕的內(nèi)部加工大量的孔，用來給內(nèi)置的電機、減速機降溫及潤滑，因此滑枕的加工制造也變得很困難，此外，這種內(nèi)置式電機、減速機的成本要高得多。在工作臺進行銑削時（做為C軸使用時）的驅(qū)動方式上二者也不同，北一采用的是單電機雙齒輪結(jié)構(gòu)，通過液壓消隙，沈機采用的是雙電機（注意：二個電機的功率不同）雙齒輪的電子預(yù)載消隙。

圖8

高速、精密型立、臥加在本屆展會上所占的比例很大，結(jié)構(gòu)多為高剛度的的門型或動柱型布局，但傳統(tǒng)的十字滑臺結(jié)構(gòu)在小行程的機床中仍占有一席之地。

北京第一機床廠展出的XHAE788型精密立式加工中心（圖9），采用了高剛性門型橫梁設(shè)計，極大提高了機床的剛性，減小了機床在變載荷時的變形量，有利于提高加工精度。主軸采用高速、大功率內(nèi)裝式電主軸結(jié)構(gòu)。主軸具有松刀卸荷裝置（主軸浮動夾刀技術(shù)），保證了松刀時主軸軸承不承受松刀力，提高了主軸的壽命和精度。主軸箱定懸伸結(jié)構(gòu)設(shè)計，主軸箱在Z向行程和各個位置時懸伸量一致。同時主軸箱采用了熱對稱結(jié)構(gòu)設(shè)計，使用多路、多層恒溫冷卻技術(shù)，來保證主軸精度的穩(wěn)定性。除了具有高精度外，機床外防護罩前、左、右三面均有門，三面接近性是該機床的另一大優(yōu)點。

南通科技投資集團股分有限公司展出的VCL1100型精密立式加工中心（圖10）采用十字滑臺型式，主要構(gòu)件均呈箱形結(jié)構(gòu)，工藝性好，加工中不易變形。Y向?qū)к壊捎眉哟罂缇嘣O(shè)計，最大程度的消除了X向運動過程中的顛覆力矩對機床性能的影響；立柱采用扭矩管式 “人”字型結(jié)構(gòu)，結(jié)合面較大，穩(wěn)定性好。通過對主大件的三維建模有限元分析，在保證機床剛性的基礎(chǔ)上消除了設(shè)計過程中的冗余現(xiàn)象，使機床整體性能得到了優(yōu)化，降低了變形和振動對機床的影響。在提高精度方面，主要采取了配置全閉環(huán)光柵尺，各軸承座、絲母座與基礎(chǔ)大件的結(jié)合面采取精刮工藝；主軸箱設(shè)計獨立的冷動卻回路，對主軸箱采取 “油浴”降溫，減小切削熱變形，進一步提高整機精度的穩(wěn)定性。

圖10

在對機床品質(zhì)要求愈來愈高的今天，主軸箱油浴、絲杠中空冷卻、主軸溫度補償、全閉環(huán)光柵反饋等技術(shù)已經(jīng)成為越來越多精密加機床的標配。另外，優(yōu)化機床的制造工藝，對機床進行精工細作來進一步提高產(chǎn)品精度也是廣大機床制造廠商不容忽視的一個有效手段。

4 加快自主創(chuàng)新能力建設(shè)，促進產(chǎn)業(yè)升級

受國際金融危機影響，我國機床產(chǎn)品市場規(guī)?？傮w萎縮。市場需求結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化。普通、低檔機床的市場需求嚴重下滑，而大、重型高檔數(shù)控機床的需求卻一直較為穩(wěn)定。在本屆展會上，我們可以看到數(shù)控機床展品占整個展會的90%以上，許多企業(yè)已經(jīng)開始逐步壓縮或放棄低檔、普通產(chǎn)品，而把主要精力放到了高端數(shù)控產(chǎn)品的研發(fā)上。在 “后危機時代”機床下游產(chǎn)業(yè)對 “綠色、低碳、節(jié)能、環(huán)?！?，等高品質(zhì)機床的需求將會與日俱增。雖然我國在2009年已經(jīng)成為了世界第一機床生產(chǎn)大國，但我們應(yīng)該清醒地看到我們還不是機床制造強國。加速高檔產(chǎn)品的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，快產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，提升企業(yè)核心競爭力、促進產(chǎn)業(yè)升級，是我國機床工具行業(yè)首要而緊迫的任務(wù)。