我國(guó)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(lái)，我國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品的快速發(fā)展引起國(guó)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(dòng)數(shù)控機(jī)床五軸 ( 及以上 ) 聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代國(guó)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(guó)列為對(duì)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(guó)第一臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)龍門(mén)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(dòng)龍門(mén)鏜銑 / 加工中心,。同時(shí)，北京機(jī)電研究院,、四川長(zhǎng)征機(jī)床廠也推出五軸聯(lián)動(dòng)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(dòng)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(dòng)虛擬機(jī)床,。在五軸 ( 及以上 ) 聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的開(kāi)發(fā)上，近年來(lái)我國(guó)形成了長(zhǎng)江后浪推前浪之勢(shì),。上述產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中,，有兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)值得注意。 1 ．萬(wàn)能自動(dòng)鏜銑頭,。萬(wàn)能自動(dòng)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)之一,。在有些國(guó)外廠商的產(chǎn)品售價(jià)中，萬(wàn)能自動(dòng)鏜銑頭占有高達(dá) 30% 的比率,，因而國(guó)際合作開(kāi)發(fā)難度較大,。萬(wàn)能自動(dòng)鏜銑頭可分為萬(wàn)能式鏜銑頭和擺動(dòng)式鏜銑頭。在用于五軸聯(lián)動(dòng)時(shí),，要求雙回轉(zhuǎn)軸 (A/B 或 A/C) 都有聯(lián)動(dòng)功能。如用于多 ( 或五 ) 面加工,，只能采用有級(jí)分度的萬(wàn)能式鏜銑頭,，不需要聯(lián)動(dòng) ( 即 3+2 軸加工方式 ) 。世紀(jì)之交,， 5 家五軸聯(lián)動(dòng)龍門(mén)鏜銑 / 加工中心研制企業(yè),，先后開(kāi)發(fā)出具有 80 年代國(guó)際水平的萬(wàn)能自動(dòng)鏜銑頭。包括萬(wàn)能式自動(dòng)鏜銑頭,、擺角式自動(dòng)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(pán),，精密分度夾緊等關(guān)鍵零件設(shè)計(jì)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(tái)在用戶中使用,。目前的問(wèn)題是，精度,、性能 ( 特別是高速,、重載性能 ) 與國(guó)際先進(jìn)水平還有差距。國(guó)際萬(wàn)能自動(dòng)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(guó) cincinnaty 公司在 IMTS2000 上展出了虛擬軸萬(wàn)能自動(dòng)鏜銑頭,，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，更適于安置電主軸,。意大利 FPT 公司萬(wàn)能自動(dòng)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(tái)五軸龍門(mén)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(dòng)龍門(mén)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(mén)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(guó)際先進(jìn)企業(yè)都有自動(dòng)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(guó)、法國(guó)著名企業(yè)自動(dòng)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(kāi)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(jiǎn)潔,。國(guó)際先進(jìn)企業(yè)自動(dòng)換頭技術(shù)大都有一些獨(dú)到之處。意大利 JOBS 公司還開(kāi)發(fā)了插入式主軸更換系統(tǒng),，用換軸代替換頭,，更快速、簡(jiǎn)潔,。快速發(fā)展的高速機(jī)床為適應(yīng)市場(chǎng)對(duì)調(diào)整加工設(shè)備的需求,，目前我國(guó)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(shí)間在 1.5~2s 左右 (T-T) 。其中,，已有達(dá)到國(guó)際一流水平的產(chǎn)品,。如：大連機(jī)床公司與德國(guó)阿亨 (Aachen) 大學(xué)共同研發(fā)的 DHSC500 高速加工中心,，相當(dāng)國(guó)際 90 年代后期水平。其主要特點(diǎn)如下：采用國(guó)際流行的箱中箱結(jié)構(gòu),。為增強(qiáng) X 軸送進(jìn)時(shí)的剛性 ( 這時(shí)移動(dòng)慣量高達(dá) 1 噸 ) ,，在運(yùn)動(dòng)箱上、下配置了雙伺服電機(jī)同步驅(qū)動(dòng) ( 雙反饋 ) ,；電主軸采用德國(guó) GMN 公司名牌產(chǎn)品,，油加氣潤(rùn)滑，轉(zhuǎn)速 18000r/min ,；回轉(zhuǎn)工作臺(tái)采用內(nèi)裝轉(zhuǎn)臺(tái)伺服電機(jī) (B 軸 ) ,；閉環(huán)控制，整機(jī)四軸聯(lián)動(dòng),；全閉環(huán)，采用絕對(duì)型光柵尺,，即使在斷電后也可識(shí)別所在位置,；四托盤(pán)自動(dòng)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(guó)際先進(jìn)水平,。另外,，還有南京四開(kāi)公司研制的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)控車(chē)床，在高速加工一種釬具行業(yè)的非圓截面異型螺紋時(shí),，最大加速度達(dá)到 4 ~5G ,，最大進(jìn)給速度超過(guò)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(chē)刀加工,，一般采用液壓仿形車(chē)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(tái)數(shù)控直線電機(jī)車(chē)床加工時(shí),， X 軸用直線電機(jī)代替靠�,？焖偻鶑�(fù)運(yùn)動(dòng)， Z 軸及主軸聯(lián)動(dòng) ( 也可以采用隨動(dòng)方式 ) ,。綜合運(yùn)動(dòng)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(chē)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(mén)加工中心,，同時(shí)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(yáng)機(jī)床股份有限公司開(kāi)發(fā)的五軸車(chē)銑中心。刀庫(kù)容量 16 ,，數(shù)控系統(tǒng)： Siemens8 4 0D ,，可控 X 、 Y ,、 Z ,、 B 、 C 五個(gè)軸,，具有車(chē)削中心加銑削中心的特點(diǎn),。沈陽(yáng)第一機(jī)床廠、齊齊哈爾第一機(jī)床廠開(kāi)發(fā)的立式車(chē)削中心,，配有刀庫(kù),，能在一次裝夾情況下，完成車(chē)削,、銑削,、鉆孔、攻絲等工序,。保證加工精度,，減少輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)效率,。上海重型機(jī)床廠開(kāi)發(fā)的雙主軸倒順式立式車(chē)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(dòng)力刀架，具有自動(dòng)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(chē)削、鏜孔、鉆孔,、攻絲等多道工序,。適用于大批量輪轂、盤(pán)類(lèi)零件加工,。江蘇金方圓公司開(kāi)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(guó)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(dòng)剛度試驗(yàn),；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(dòng)平衡技術(shù)等,。其次，基礎(chǔ)材料開(kāi)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(guó)則還是空白,。再次,，高動(dòng)、靜剛度主機(jī)結(jié)構(gòu)和整機(jī)性能開(kāi)發(fā)的差距,，高速機(jī)床主機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方向是增強(qiáng)剛性和減輕移動(dòng)部件重量,，如國(guó)際普遍采用龍門(mén)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(dòng)移出機(jī)身,，側(cè)掛箱式臥式加工中心等。我們則大多未開(kāi)發(fā),。還有一重要差距就是應(yīng)用技術(shù)差距,。如國(guó)外已開(kāi)始普及的遠(yuǎn)程服務(wù)技術(shù)，我們尚待開(kāi)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(kāi)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(kù)的研究我國(guó)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(cè)系統(tǒng)等,。任重道遠(yuǎn)，要趕上國(guó)際先進(jìn)水平,，我們還要不斷提高產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力,。為中華民族的再次崛起而努力吧。