齊二機(jī)床 江崇民

第六屆中國(guó)數(shù)控機(jī)床展覽會(huì)（CCMT2010）于4月12日在南京國(guó)際博覽中心盛妝開(kāi)幕。本屆展會(huì)以“展示自主創(chuàng)新成果，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)振興升級(jí)”為主題，是機(jī)床行業(yè)增強(qiáng)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(shí)也是國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)科技攻關(guān)成果的一次全面展示。經(jīng)組委會(huì)的評(píng)選，共有38家參展企業(yè)的58種產(chǎn)品獲得了 “春燕獎(jiǎng)”，這些獲獎(jiǎng)?wù)蛊窂脑O(shè)計(jì)理念、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、精度、速度、外觀等各項(xiàng)指標(biāo)均代表了當(dāng)前中國(guó)數(shù)控機(jī)床的最高水平及發(fā)展動(dòng)態(tài)。

1 重大專(zhuān)項(xiàng)碩果累累

XKH400A型五軸聯(lián)動(dòng)葉片加工中心（圖1）是北京機(jī)電院承擔(dān)的國(guó)家重大數(shù)控專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目。該機(jī)床是專(zhuān)門(mén)針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片研發(fā)的新品，與以往展出的XKH800型（該型號(hào)主要用于汽輪機(jī)葉片的加工）相比，無(wú)論在精度、速度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)等各項(xiàng)技指標(biāo)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(dá)到了20000r/min；Z軸的驅(qū)動(dòng)方式采用了雙電機(jī)、雙絲杠驅(qū)動(dòng)；A、B軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)也由原來(lái)的蝸輪、蝸桿傳動(dòng)改為力矩電機(jī)直驅(qū)式，這樣使其傳動(dòng)精度及速度均有很大的提高，直線軸的進(jìn)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(jī)（圖2）是齊二機(jī)床承擔(dān)的國(guó)家重大數(shù)控專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目,以大曲率構(gòu)件高效自動(dòng)化制造為直接應(yīng)用對(duì)象，突破大型復(fù)合材料構(gòu)件高效自動(dòng)鋪帶機(jī)設(shè)計(jì)制造成套技術(shù)，完成大曲率構(gòu)件高效自動(dòng)鋪帶裝備研制和應(yīng)用。

機(jī)床采用臥式布局，由機(jī)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(shí)系統(tǒng)和超聲切邊系統(tǒng)等組成,將自動(dòng)鋪帶及自動(dòng)纏繞功能結(jié)合于一體,可實(shí)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(zhǎng)度18000mm，最大重量25000kg。工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)采雙主軸雙驅(qū)結(jié)構(gòu)小車(chē)、鋪帶頭、纏繞頭等運(yùn)動(dòng)部件均采取了輕量化設(shè)計(jì)，使其具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，小車(chē)的最大進(jìn)給速度為40m/min，鋪帶速度達(dá)到40m/min；纏繞速度70m/min；鋪帶頭可實(shí)現(xiàn)預(yù)浸帶的自動(dòng)進(jìn)給、定位、張緊、壓實(shí)、超聲切斷及背襯紙、覆膜的雙回收。機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)采用SIEMENS 840D數(shù)控系統(tǒng)，5軸聯(lián)動(dòng)。

SKPC250/2000型大型筒段鋪纏一體機(jī)緊跟國(guó)際先進(jìn)設(shè)計(jì)制造技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)，是 “高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”重大專(zhuān)項(xiàng)的十大標(biāo)志性裝備，將滿足目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)大型飛機(jī)機(jī)身中段，機(jī)翼及風(fēng)電3MW以上葉片的自動(dòng)鋪帶制造。該設(shè)備打破了國(guó)外的技術(shù)壟斷，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)在大型復(fù)合材料構(gòu)件鋪帶機(jī)上的重大技術(shù)突破，對(duì)于促進(jìn)我國(guó)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(dòng)加工系統(tǒng)、物流系統(tǒng)、信息系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合在一起的生產(chǎn)系統(tǒng)，是未來(lái)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(jī)械手組成柔性生產(chǎn)自動(dòng)線（圖3），二是加工中心與機(jī)器人組成高效柔性生產(chǎn)線（圖4）。

本屆展會(huì)中大連機(jī)床集團(tuán)展出的D01X自動(dòng)生產(chǎn)線由一臺(tái)HDL50臥式三坐標(biāo)加工單元和一臺(tái)VD50立式三坐標(biāo)加工單元以及兩個(gè)桁架機(jī)械手等組成，廣泛用于汽車(chē)行業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體、缸蓋零件的加工。同樣?xùn)|風(fēng)汽車(chē)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(jī)械手與臥加組成柔性自動(dòng)線。此外，還有加工中心與機(jī)器人組成的柔性生產(chǎn)線。例如大連機(jī)床集團(tuán)展出的D-5089柔性制造島，是由一臺(tái)VSL600E型加工中心、一臺(tái)DL20MS雙主軸數(shù)控車(chē)床及一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人組成，主要適用于多種中小規(guī)格回轉(zhuǎn)類(lèi)類(lèi)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(dòng)化的深刻含義，同時(shí)也表明我國(guó)機(jī)床行業(yè)經(jīng)過(guò)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(huì)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(qiáng)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(dòng)技術(shù)在近幾年得到了迅猛發(fā)展，五軸結(jié)構(gòu)也相對(duì)成熟。本屆展會(huì)上的五軸展品基本上是龍門(mén)銑配雙擺頭，立、臥加配搖籃式轉(zhuǎn)臺(tái)，沒(méi)有新型結(jié)構(gòu)出現(xiàn)。但有一點(diǎn)還是很值得我們?nèi)リP(guān)注，那就是五軸聯(lián)動(dòng)的應(yīng)用范圍已不僅僅局限于金切機(jī)床了，數(shù)控激光切割機(jī)、數(shù)控電火花成形機(jī)及水刀加工機(jī)床均已采用了五軸技術(shù)，實(shí)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(dòng)精密數(shù)控電火花成形機(jī)床（圖5）配有B、C軸，適用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)床的最佳表面粗糙度值Ra≤0.1μm。

近年，國(guó)內(nèi)機(jī)床廠商的五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)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(shí)力與技術(shù)水平的象征。但我們仔細(xì)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(shí)用的商品來(lái)使用，究其原因，主要是機(jī)床制造商對(duì)五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)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(shí)期內(nèi)深入撐握五軸編程及五軸加工工藝是各機(jī)床制造商急需突破的一個(gè)技術(shù)瓶徑。

本屆展會(huì)上推出車(chē)削中心及車(chē)銑復(fù)合機(jī)床的商家越來(lái)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(chē)削中心（圖6）及沈陽(yáng)機(jī)床的VTC250140m型立式車(chē)銑中心（圖7）。

CHA5830型定梁雙立柱立式車(chē)削中心總體布局形式為定梁龍門(mén)結(jié)構(gòu)，機(jī)床配有雙回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，雙滑枕雙刀架，同時(shí)在機(jī)床立柱的兩側(cè)配置有可旋轉(zhuǎn)式盤(pán)式車(chē)削頭庫(kù)，20個(gè)庫(kù)位。機(jī)床可實(shí)現(xiàn)頭庫(kù)及車(chē)刀、銑刀的自動(dòng)更換，車(chē)刀采用了Capto刀柄結(jié)構(gòu)，可確保車(chē)刀換刀時(shí)刀尖方向的正確性。回轉(zhuǎn)工作臺(tái)沿床身導(dǎo)軌作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，每個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)均有兩個(gè)工位（加工工位及裝卸工位），回轉(zhuǎn)工作臺(tái)從裝卸工位運(yùn)動(dòng)到工作位置后由液壓油缸進(jìn)行定位夾緊，轉(zhuǎn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)采用雙驅(qū)動(dòng)箱，每個(gè)驅(qū)動(dòng)箱采用雙齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)箱的兩檔機(jī)械變速可實(shí)現(xiàn)1～120r/min的轉(zhuǎn)速范圍，最大工作扭矩為215000Nm。以滿足車(chē)削工件時(shí)大功率、大扭矩和高效率的性能。

機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)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(gè)靜壓油腔都設(shè)置有壓力監(jiān)測(cè)元件，滑枕垂向運(yùn)動(dòng)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(tái)、立柱、滑座、溜板和橫梁等基礎(chǔ)件均采用高強(qiáng)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(chē)削中心不同，沈陽(yáng)機(jī)床的VTC250140m型立式車(chē)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(yùn)動(dòng)并沒(méi)有采用靜壓導(dǎo)軌而是采用大直徑的滾動(dòng)軸承，此外它的銑削主傳動(dòng)與北一也不同，北一采用的是在外置伺服電機(jī)通過(guò)RADEX雙速減速機(jī)變速后，再通過(guò)滑枕內(nèi)部的傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，沈陽(yáng)機(jī)床的則是采用內(nèi)置式主軸電機(jī)及減速器（圖8），這樣做的好處是顯而易見(jiàn)的，它沒(méi)有細(xì)長(zhǎng)的傳動(dòng)軸，可以使主軸的轉(zhuǎn)速更高（特別是在滑枕的行程較長(zhǎng)時(shí)，這種優(yōu)點(diǎn)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(lái)給內(nèi)置的電機(jī)、減速機(jī)降溫及潤(rùn)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(jī)、減速機(jī)的成本要高得多。在工作臺(tái)進(jìn)行銑削時(shí)（做為C軸使用時(shí)）的驅(qū)動(dòng)方式上二者也不同，北一采用的是單電機(jī)雙齒輪結(jié)構(gòu)，通過(guò)液壓消隙，沈機(jī)采用的是雙電機(jī)（注意：二個(gè)電機(jī)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(huì)上所占的比例很大，結(jié)構(gòu)多為高剛度的的門(mén)型或動(dòng)柱型布局，但傳統(tǒng)的十字滑臺(tái)結(jié)構(gòu)在小行程的機(jī)床中仍占有一席之地。

北京第一機(jī)床廠展出的XHAE788型精密立式加工中心（圖9），采用了高剛性門(mén)型橫梁設(shè)計(jì)，極大提高了機(jī)床的剛性，減小了機(jī)床在變載荷時(shí)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(dòng)夾刀技術(shù)），保證了松刀時(shí)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(jì)，主軸箱在Z向行程和各個(gè)位置時(shí)懸伸量一致。同時(shí)主軸箱采用了熱對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使用多路、多層恒溫冷卻技術(shù)，來(lái)保證主軸精度的穩(wěn)定性。除了具有高精度外，機(jī)床外防護(hù)罩前、左、右三面均有門(mén)，三面接近性是該機(jī)床的另一大優(yōu)點(diǎn)。

南通科技投資集團(tuán)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(tái)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(jì)，最大程度的消除了X向運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的顛覆力矩對(duì)機(jī)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(guò)對(duì)主大件的三維建模有限元分析，在保證機(jī)床剛性的基礎(chǔ)上消除了設(shè)計(jì)過(guò)程中的冗余現(xiàn)象，使機(jī)床整體性能得到了優(yōu)化，降低了變形和振動(dòng)對(duì)機(jī)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(jì)獨(dú)立的冷動(dòng)卻回路，對(duì)主軸箱采取 “油浴”降溫，減小切削熱變形，進(jìn)一步提高整機(jī)精度的穩(wěn)定性。

圖10

在對(duì)機(jī)床品質(zhì)要求愈來(lái)愈高的今天，主軸箱油浴、絲杠中空冷卻、主軸溫度補(bǔ)償、全閉環(huán)光柵反饋等技術(shù)已經(jīng)成為越來(lái)越多精密加機(jī)床的標(biāo)配。另外，優(yōu)化機(jī)床的制造工藝，對(duì)機(jī)床進(jìn)行精工細(xì)作來(lái)進(jìn)一步提高產(chǎn)品精度也是廣大機(jī)床制造廠商不容忽視的一個(gè)有效手段。

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

受?chē)?guó)際金融危機(jī)影響，我國(guó)機(jī)床產(chǎn)品市場(chǎng)規(guī)?？傮w萎縮。市場(chǎng)需求結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化。普通、低檔機(jī)床的市場(chǎng)需求嚴(yán)重下滑，而大、重型高檔數(shù)控機(jī)床的需求卻一直較為穩(wěn)定。在本屆展會(huì)上，我們可以看到數(shù)控機(jī)床展品占整個(gè)展會(huì)的90%以上，許多企業(yè)已經(jīng)開(kāi)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(jī)時(shí)代”機(jī)床下游產(chǎn)業(yè)對(duì) “綠色、低碳、節(jié)能、環(huán)?！?，等高品質(zhì)機(jī)床的需求將會(huì)與日俱增。雖然我國(guó)在2009年已經(jīng)成為了世界第一機(jī)床生產(chǎn)大國(guó)，但我們應(yīng)該清醒地看到我們還不是機(jī)床制造強(qiáng)國(guó)。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(jìng)爭(zhēng)力、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，是我國(guó)機(jī)床工具行業(yè)首要而緊迫的任務(wù)。