我國數(shù)控機床技術(shù)離世界先進水平有多遠

東北大俠 · 發(fā)表于 2008-11-4 20:24:34

近年來，我國數(shù)控機床產(chǎn)品的快速發(fā)展引起國內(nèi)外關(guān)注,。其中,，多軸,、調(diào)整,、復(fù)合型數(shù)控機床格外引人注目,。五軸 ( 及以上 ) 聯(lián)動數(shù)控機床五軸 ( 及以上 ) 聯(lián)動數(shù)控機床是現(xiàn)代國防工業(yè)急需的戰(zhàn)略性裝備,，也是制造現(xiàn)代模具的基礎(chǔ)裝備，一直被西方某些大國列為對我禁運的戰(zhàn)略物資,。 1999 年,，江蘇多棱機床公司率先推出我國第一臺五軸聯(lián)動龍門加工中心。接著,，北京第一機床廠于 2000 年,，桂林機床廠于 2001 年，濟南第二機床廠,、上海重型機床廠于 2002 年相繼推出五軸聯(lián)動龍門鏜銑 / 加工中心,。同時，北京機電研究院、四川長征機床廠也推出五軸聯(lián)動數(shù)控銑,。天津第一機床廠,、重慶機床廠、南京第二機床廠,、秦川機床廠先后推出多軸聯(lián)動數(shù)控齒輪機床,。昆明機床廠與清華大學(xué)合作、天津第一機床廠與天津大學(xué)合作,、哈爾濱量具刃具廠與哈爾濱工業(yè)大學(xué)合作,、大連機床廠與清華大學(xué)合作，先后推出五軸 ( 及以上 ) 聯(lián)動虛擬機床,。在五軸 ( 及以上 ) 聯(lián)動數(shù)控機床的開發(fā)上,，近年來我國形成了長江后浪推前浪之勢。上述產(chǎn)品開發(fā)中,，有兩項關(guān)鍵技術(shù)值得注意,。 1 ．萬能自動鏜銑頭。萬能自動鏜銑頭在五軸數(shù)控機床中是第一關(guān)鍵部件,，也是五軸數(shù)控機床制造企業(yè)市場競爭的焦點之一,。在有些國外廠商的產(chǎn)品售價中，萬能自動鏜銑頭占有高達 30% 的比率,，因而國際合作開發(fā)難度較大,。萬能自動鏜銑頭可分為萬能式鏜銑頭和擺動式鏜銑頭。在用于五軸聯(lián)動時,，要求雙回轉(zhuǎn)軸 (A/B 或 A/C) 都有聯(lián)動功能,。如用于多 ( 或五 ) 面加工，只能采用有級分度的萬能式鏜銑頭,，不需要聯(lián)動 ( 即 3+2 軸加工方式 ) ,。世紀之交， 5 家五軸聯(lián)動龍門鏜銑 / 加工中心研制企業(yè),，先后開發(fā)出具有 80 年代國際水平的萬能自動鏜銑頭,。包括萬能式自動鏜銑頭、擺角式自動鏜銑頭,。其中的復(fù)雜,、高精、高剛殼體,，精密弧齒錐齒輪副,，精密蝸輪副，精密細齒鼠牙盤,，精密分度夾緊等關(guān)鍵零件設(shè)計制造技術(shù),，以及回轉(zhuǎn)軸閉環(huán)技術(shù)等都有突破,。桂林機床廠已有 10 臺在用戶中使用。目前的問題是,，精度,、性能 ( 特別是高速、重載性能 ) 與國際先進水平還有差距,。國際萬能自動鏜銑頭轉(zhuǎn)角分度定位精度 / 重復(fù)定位精度為 10arc.sec/5arc.sec(VDI 標準 ) ,，高速、重載性能優(yōu)越,，并且技術(shù)仍在不斷發(fā)展,。如美國 cincinnaty 公司在 IMTS2000 上展出了虛擬軸萬能自動鏜銑頭，結(jié)構(gòu)更簡單,，更適于安置電主軸。意大利 FPT 公司萬能自動鏜銑頭可細分為 360°×0.01° ,。 2 ．換頭技術(shù),。為滿足現(xiàn)代模具、飛機結(jié)構(gòu)件高速加工需要,，上述 5 臺五軸龍門銑 / 加工中心,，全部配有高速電主軸。轉(zhuǎn)速 10000~16000rpm ,。由于在模具加工中,，五軸銑削只占 3%~5% ，高速主軸的使用率也只有 5% 左右,，故五軸聯(lián)動龍門式,、落地式鏜銑床 / 加工中心必須具有換頭技術(shù)。而且,，在擁有換頭技術(shù)后,，可成為五軸 -- 多 ( 或五 ) 面龍門式、落地式鏜銑床 / 加工中心,。機床的工藝范圍大大擴大,，使用率大大提高。國際先進企業(yè)都有自動換頭技術(shù),。北京第一機床廠,、濟南第二機床廠引進德國、法國著名企業(yè)自動換頭技術(shù),，具有先進水平,。江蘇多棱機床公司、上海重型機床廠自行開發(fā)了換頭技術(shù),，但屬于剛剛起步階段,。換頭技術(shù)除要求定位準確外,，還要求快速、簡潔,。國際先進企業(yè)自動換頭技術(shù)大都有一些獨到之處,。意大利 JOBS 公司還開發(fā)了插入式主軸更換系統(tǒng)，用換軸代替換頭,，更快速,、簡潔。快速發(fā)展的高速機床為適應(yīng)市場對調(diào)整加工設(shè)備的需求,，目前我國能夠生產(chǎn)高速切削機床的企業(yè)已有約 20 家,，大部分以引進技術(shù)為主，基本上是調(diào)整加工中心,。主軸轉(zhuǎn)速 10000~ 4 0000r/min ,，快移速度 30~60m/min ，加速度 0.5~1G ,，換刀時間在 1.5~2s 左右 (T-T) ,。其中，已有達到國際一流水平的產(chǎn)品,。如：大連機床公司與德國阿亨 (Aachen) 大學(xué)共同研發(fā)的 DHSC500 高速加工中心,，相當國際 90 年代后期水平。其主要特點如下：采用國際流行的箱中箱結(jié)構(gòu),。為增強 X 軸送進時的剛性 ( 這時移動慣量高達 1 噸 ) ,，在運動箱上、下配置了雙伺服電機同步驅(qū)動 ( 雙反饋 ) ,；電主軸采用德國 GMN 公司名牌產(chǎn)品,，油加氣潤滑，轉(zhuǎn)速 18000r/min ,；回轉(zhuǎn)工作臺采用內(nèi)裝轉(zhuǎn)臺伺服電機 (B 軸 ) ,；閉環(huán)控制，整機四軸聯(lián)動,；全閉環(huán),，采用絕對型光柵尺，即使在斷電后也可識別所在位置,；四托盤自動交換,，可多工件、夾具工作,；具有較高精度,。定位精度 / 重復(fù)定位精度： ±5μm/±3μm(VDI 標準 ) ；快移速度 62m/min ,；加速度 1G ,，屬國際先進水平,。另外，還有南京四開公司研制的直線電機驅(qū)動數(shù)控車床,，在高速加工一種釬具行業(yè)的非圓截面異型螺紋時,，最大加速度達到 4 ~5G ，最大進給速度超過了 100m/min ,。鑿巖機與釬桿的連接螺紋為異型螺紋,，不能采用通常的成型車刀加工，一般采用液壓仿形車床,，用靠模及尖刀加工,，精度差且效率低，靠模的制造也比較困難,。這臺數(shù)控直線電機車床加工時,， X 軸用直線電機代替靠模快速往復(fù)運動,， Z 軸及主軸聯(lián)動 ( 也可以采用隨動方式 ) ,。綜合運動空間關(guān)系由程序控制，螺紋輪廓完全數(shù)字化,，是一種數(shù)字化螺紋加工方式,，用尖刀像車外圓一樣一刀完成,，速度快,，精度高，表面質(zhì)量好,。復(fù)合化數(shù)控機床上述五軸多面龍門加工中心,，同時也是復(fù)合化數(shù)控機床的典型事例。此外,，還有值得稱道的代表,。如：沈陽機床股份有限公司開發(fā)的五軸車銑中心。刀庫容量 16 ,，數(shù)控系統(tǒng)： Siemens8 4 0D ,，可控 X 、 Y ,、 Z ,、 B 、 C 五個軸,，具有車削中心加銑削中心的特點,。沈陽第一機床廠、齊齊哈爾第一機床廠開發(fā)的立式車削中心,，配有刀庫,，能在一次裝夾情況下,，完成車削、銑削,、鉆孔,、攻絲等工序。保證加工精度,，減少輔助時間,，提高生產(chǎn)效率。上海重型機床廠開發(fā)的雙主軸倒順式立式車削中心,，第一主軸正置,，第二主軸倒置。主軸具有 C 軸功能,，采用 12 工位動力刀架,，具有自動上下料裝置和全封閉等多道防護裝置，可一次上料完成零件的正反面加工,，包括車削,、鏜孔、鉆孔,、攻絲等多道工序,。適用于大批量輪轂、盤類零件加工,。江蘇金方圓公司開發(fā)的數(shù)控沖床 -- 激光復(fù)合機,，是由數(shù)控液壓轉(zhuǎn)塔沖床和數(shù)控激光切割機床復(fù)合而成。一次裝卡完成沖孔,、激光切割工藝,，且屬高速型，最高沖孔頻率 800/1000SPM ,。我國數(shù)控機床技術(shù)與世界先進水平的差距首先是精度普遍不夠,。只有少數(shù)幾種產(chǎn)品達到歐洲標準定位精度。精度差距只是表面現(xiàn)象,。其實質(zhì)是基礎(chǔ)技術(shù)差距的反映,。如普遍未進行有限元分析，未做動剛度試驗,；大多未采用定位精度軟件補償技術(shù),、溫度變形補償技術(shù)、高速主軸系統(tǒng)的動平衡技術(shù)等,。其次,，基礎(chǔ)材料開發(fā)方面的差距，未普及高強度密烘鑄鐵,，在歐美已有一批先進產(chǎn)品采用聚合物混凝土,，我國則還是空白,。再次，高動,、靜剛度主機結(jié)構(gòu)和整機性能開發(fā)的差距,，高速機床主機結(jié)構(gòu)設(shè)計方向是增強剛性和減輕移動部件重量，如國際普遍采用龍門式,、框式,、 O 型整體結(jié)構(gòu)，箱中箱式結(jié)構(gòu),， L 型床身,，三軸移動移出機身，側(cè)掛箱式臥式加工中心等,。我們則大多未開發(fā),。還有一重要差距就是應(yīng)用技術(shù)差距。如國外已開始普及的遠程服務(wù)技術(shù),，我們尚待開發(fā),；交鑰匙工程 -- 從機床選擇、工藝裝備 ( 刀,、夾,、附、檢具 ) 配置與提供到切削用量的確定,，尚待開發(fā),；展出的高速機床，普遍不能做硬切削,、干切削表演,，高速切削機理及切削數(shù)據(jù)庫的研究我國近乎空白,；不能提供高速切削軟件包,，等等。當然,，關(guān)鍵配套件,，特別是新興配套件差距較大。如電主軸,、高速滾珠絲杠副,、直線電機、高速高精全數(shù)字式數(shù)控系統(tǒng),、高精度高頻響的位置檢測系統(tǒng)等,。任重道遠，要趕上國際先進水平,，我們還要不斷提高產(chǎn)品開發(fā)能力,。為中華民族的再次崛起而努力吧,。