我國數(shù)控機(jī)床技術(shù)離世界先進(jìn)水平有多遠(yuǎn)

東北大俠 · 發(fā)表于 2008-11-4 20:24:34

近年來，我國數(shù)控機(jī)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(jī)床格外引人注目。五軸 ( 及以上 ) 聯(lián)動數(shù)控機(jī)床五軸 ( 及以上 ) 聯(lián)動數(shù)控機(jī)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(yùn)的戰(zhàn)略物資。 1999 年，江蘇多棱機(jī)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(jī)床廠于 2000 年，桂林機(jī)床廠于 2001 年，濟(jì)南第二機(jī)床廠、上海重型機(jī)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(jī)電研究院、四川長征機(jī)床廠也推出五軸聯(lián)動數(shù)控銑。天津第一機(jī)床廠、重慶機(jī)床廠、南京第二機(jī)床廠、秦川機(jī)床廠先后推出多軸聯(lián)動數(shù)控齒輪機(jī)床。昆明機(jī)床廠與清華大學(xué)合作、天津第一機(jī)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(jī)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(jī)床。在五軸 ( 及以上 ) 聯(lián)動數(shù)控機(jī)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(jī)床中是第一關(guān)鍵部件，也是五軸數(shù)控機(jī)床制造企業(yè)市場競爭的焦點(diǎn)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(dá) 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(jì)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(xì)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(jī)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn) ) ，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(xì)分為 360°×0.01° 。 2 ．換頭技術(shù)。為滿足現(xiàn)代模具、飛機(jī)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(jī)床的工藝范圍大大擴(kuò)大，使用率大大提高。國際先進(jìn)企業(yè)都有自動換頭技術(shù)。北京第一機(jī)床廠、濟(jì)南第二機(jī)床廠引進(jìn)德國、法國著名企業(yè)自動換頭技術(shù)，具有先進(jìn)水平。江蘇多棱機(jī)床公司、上海重型機(jī)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(zhǔn)確外，還要求快速、簡潔。國際先進(jìn)企業(yè)自動換頭技術(shù)大都有一些獨(dú)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(jī)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(jī)床的企業(yè)已有約 20 家，大部分以引進(jìn)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(dá)到國際一流水平的產(chǎn)品。如：大連機(jī)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(dāng)國際 90 年代后期水平。其主要特點(diǎn)如下：采用國際流行的箱中箱結(jié)構(gòu)。為增強(qiáng) X 軸送進(jìn)時的剛性 ( 這時移動慣量高達(dá) 1 噸 ) ，在運(yùn)動箱上、下配置了雙伺服電機(jī)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(jī) (B 軸 ) ；閉環(huán)控制，整機(jī)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(biāo)準(zhǔn) ) ；快移速度 62m/min ；加速度 1G ，屬國際先進(jìn)水平。另外，還有南京四開公司研制的直線電機(jī)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(dá)到 4 ~5G ，最大進(jìn)給速度超過了 100m/min 。鑿巖機(jī)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(jī)車床加工時， X 軸用直線電機(jī)代替靠模快速往復(fù)運(yùn)動， Z 軸及主軸聯(lián)動 ( 也可以采用隨動方式 ) 。綜合運(yùn)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(jī)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(jī)床的典型事例。此外，還有值得稱道的代表。如：沈陽機(jī)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(diǎn)。沈陽第一機(jī)床廠、齊齊哈爾第一機(jī)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(jī)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(hù)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(jī)，是由數(shù)控液壓轉(zhuǎn)塔沖床和數(shù)控激光切割機(jī)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(jī)床技術(shù)與世界先進(jìn)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(dá)到歐洲標(biāo)準(zhǔn)定位精度。精度差距只是表面現(xiàn)象。其實(shí)質(zhì)是基礎(chǔ)技術(shù)差距的反映。如普遍未進(jìn)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(bǔ)償技術(shù)、溫度變形補(bǔ)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(qiáng)度密烘鑄鐵，在歐美已有一批先進(jìn)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(jī)結(jié)構(gòu)和整機(jī)性能開發(fā)的差距，高速機(jī)床主機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計方向是增強(qiáng)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(jī)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(yuǎn)程服務(wù)技術(shù)，我們尚待開發(fā)；交鑰匙工程 -- 從機(jī)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(jī)床，普遍不能做硬切削、干切削表演，高速切削機(jī)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(dāng)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(jī)、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(yuǎn)，要趕上國際先進(jìn)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。