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CCMT2012观后感——龙门加工中心篇
Aug 2, 2012  来源:数控机床市场网  作者:宁波海天精工股份有限公司 李宏宇

      第七届中国数控机床展览会(CCMT2012)于4月16日至20日在南京国际博览中心举办,70余家国内机床制造商的逾百种自主创新成果参展,这些展品覆盖了全行业多种关键主机、高性能数控系统、关键功能部件及其他附件配套领域,展现了我国机床工具行业加速转型升级的最新成果。本届展会展出面积达8.6万平方米,创历届CCMT历史新高。来自14个国家和地区的800余家机床工具行业制造商参展,其中境外知名参展厂商150余家,境内知名机床工具企业悉数到场,现场展出1100多台套整机。本届展会技术含量之高、展品内容之丰富,均为历届之最。本次展会大规格龙门加工中心展品不是很多,但都有各自特色和亮点,在此对他们做一些简要的评述。

 

      一、重型与高速之间的对话

 

      本次展会公认的龙门精品非沈阳机床展出的ASCA MILL T-2560w高速动梁龙门加工中心(见图1)莫属。这台龙门加工中心是由沈阳机床集团中捷机床有限公司与德国希斯公司联合研发的一款具有国际领先水平的新一代高速动梁龙门加工中心,整机性能卓越,在高精、高速、高效等方面表现尤为出色,适用于能源、动力、汽车、轨道交通、船舶及航空航天等行业。该产品经模块化设计,可以按市场需求进行产品系列化和定制化制造,其良好的性价比具有强大的竞争优势。

 

图1

 

      为了巩固沈阳机床集团的国际形象,沈阳机床集团恢复了德国老品牌--ASCA,这将是未来沈阳机床打造国际品牌的一个重要策略。因为在国外,很多人并不知道什么是SMTCL(沈阳机床),但他们却知道ASCA。作为国内机床行业的领军企业,在国际化道路上也不得不暂时放弃自己的品牌,采取借尸还魂的方式来实现国家化策略,可见我们国内机床企业要想冲出亚洲走向世界还有很长的路要走。

 

图2

 

      ASCA MILL T-2560w高速动梁龙门加工中心整机采用高刚性、轻量化的框架设计,整机采用经典的全对称结构,热稳定性高,横梁采用反重力变形设计,C轴设计采用高刚性任意分度设计,进给轴高速传动;机床重复定位精度执行德国VDI/DGQ3441标准。

 

      几个与常见的龙门迥异的地方在如下一些方面:(1)工作台筋型结构。通常工作台采取井田形式网格布筋,而T-2560w采取了仿生学应用,将支撑筋型布置成蜂巢型,实现对最大承重的优化。(2)滑枕内置集成式主轴传动(见图2)。国内通常的滑枕结构为:滑枕上端顶着一个外置的齿轮变速箱,主电机安放在变速箱上,动力通过传动杠贯穿整个滑枕输出到滑枕下端的刀具主轴上。而德国西斯公司早些年就已经采用了滑枕内置变速箱和电机,滑枕上部内置电主轴,下放为两档圆柱变数箱,之后通过传动杠输出到刀具主轴上,这样做大大缩短了传动杠的长度,有效的降低了动平衡的影响,在保持同等扭矩水平下可以大幅提高刀具主轴的转速。而西斯公司在本次的展品对该技术做了完善革新,将电主轴和变速箱集成为一体,成为一个动力总成部件,类似于汽车的发动机、变速箱组成的动力总成部件,这样更有利于机床的装配和维护。(3) 变截面阶梯立柱(见图3)。在其样本上有限元模型上立柱为常规的矩形侧面,而出展的T-2560w采用了变截面的立柱侧面,上窄下宽中间用梯形过渡,可见其优化在真机上得到了有效的应用。(4)各轴导轨均采用直线导轨。机床的X/Y/Z/W轴全部采用直线导轨,而没有任何的滑动硬轨。一般的动梁龙门机床X/Y/Z均有可能采用线轨,但W轴通常会采用滑动硬轨。对于一台工作台尺寸2500×6000mm,X/Y/Z/W行程6800/3800/1100/1500mm的大规格龙门上采取这样的布置方案,并得到成功应用,展现了德国机床企业深厚的机床设计功力和制造技术,正可谓艺高人胆大。其之所以采用这样的方案,也是为了有效的实现机床的高速需求。该机床X/Y/Z/W快移速度为25/25/25/3m/min。(5)滑鞍双电机齿轮齿条驱动。机床为了更好的实现模块化、高速化,摒弃了传统的丝杠驱动方式,而采取双电机齿轮齿条消隙的驱动模式。(6)部件头上内置LED照明灯(见图4)。这是一个相对隐蔽的亮点,由于展馆光 线较好,一般情况观众很难注意到这一点。在其配置的直铣头的端面上内嵌了8枚均布的LED照明灯,可以更直接的照射到刀具上,做到有的放矢,充分体现了德国血统机床的人性化考量。(7)横梁无平衡油缸。常规的动梁龙门,针对厚重的横梁都会配置平衡油缸或者平衡重锤,而此台机床却剑走偏锋,仅仅是加大了W轴的降速比,这样可以实现更好的两侧丝杠的同步。

                                  

图3                                                            图4

  

      ASCA MILL T-2560w以技压群芳的气势让国内同行的产品相形见绌,她举重若轻,轻盈而安静,柔美之中不失阳刚,举手投足都那么的富有美感,让你相信这不仅仅是一个优秀的产品,更多的她是一个精湛的工业艺术品。

 

图5

 

      展会上与沈阳机床的ASCA MILL  T-2560w体量相当的另一台动梁龙门加工中心是汉川机床的HGMC2560TR(见图5)。其工作尺寸为2500×6300mm,X/Y/Z/W行程6500/3700/800/1300mm。无独有偶的是该机床所有的直线轴也采用了直线导轨,与西斯产品不同的是,西斯的仅仅布置了滑枕背后的2跟直线导轨,而汉川的滑枕布置了前后4根直线导轨。该机床X/Y/Z/W快移速度为15/15/10/3m/min。而给机床一个与众不同的地方在它的排屑器上,通常龙门在工作台两侧各布置一个螺旋式排屑器,但汉川将其更改为刮板式排屑器(见图6)。将若干刮板完全固定在工作台两侧,与工作台一起前后移动,不需要额外的动力来源,这样做减少了机床的两个零部件,降低了成本、机床能耗,反而增加了机床的可靠性,提高了X轴伺服电机的利用率。

 

图6

 

      广东领航数控展出的是XK2735-H-180龙门移动式定梁五面体数控镗铣床(见图7),工作台尺寸3500×18000,X/Y/Z行程18000/5500/1500mm。主机结构为龙门框架移动,工作台固定式结构。值得一提的是该机床横梁采用钢板焊接件,工作台、床身、立柱、Y轴托板、方滑枕等运动部件均采用高强度的优质铸铁件树脂砂造型,使整机具有良好的刚性和精度保持性。X轴、Y轴均采用进口重载滚动导轨,以满足低速无爬行,高速无振动。Z轴方滑枕采用镶钢导轨和滚动快结构,切削抗震性能好。

 

图7

 

      北京一机的展区里布置了一台XKAE2420×60数控龙门镗铣床,该机床是横梁固定,工作台移动的龙门铣床。工作台尺寸2000×6000mm,X/Y/Z行程6720/3260/1300mm。工作台采用多头泵闭式静压导轨副,Z向采用500mm方滑枕,滑枕与溜板之间的导轨副是6条含氟耐磨涂层镶钢带滑动导轨和2条滚动直线导轨组成的8面符合约束结构导轨,具有耐磨,低速性能好,导轨寿命长等优点。

 

      日发数码携一款动柱动梁式龙门镗铣加工中心RFMP12035M出席本次展会,其档次让人不能小觑,动梁动柱在龙门铣里面算得上是最复杂的产品门类了。其工作尺寸为3000×12000mm,X/Y/Z/W行程13000/4460/1300/1500mm。 其X轴为线轨,X轴配备双牙棒消隙齿轮箱,配合大模数德国进口齿条,传动精度高,承载能力强,精度耐久保持。横梁升降W轴为滑动硬轨,动梁双光栅调节定位,并与立柱多点液压夹紧,整体龙门框架刚性好。Y轴导轨副采用滚滑结合形式,下导轨为直线导轨,上导轨为滑动硬轨。滑枕为闭式滑动导轨。

 

      奥林匹克精神是更高、更快、更强,机床行业追求的是高速、高精、重载。世界上有些东西是可以做到兼容并蓄,有些东西是则是鱼与熊掌,甚难兼得。高精与高速、重载之间是矛盾的,高精与高速经过机床人多年的共同努力,它们的关系有所调和,但在协调重载与高精、高速之间的矛盾上,至今没有明显的突破,从业人员需要做的就是权衡利弊,抓大放小,对这些指标做必要的取舍。为达到同样的去除率可以采取两种方式来实现,一种是高速小切削,另一种是低速大切削。也许是因为我们的工业体系传承于前苏联,国内机床厂家和客户很大一部分依然倾向于重切大进给,采取多拉少跑的思路,但是大切削量势必更容易产生振动,对于机床的精度保持不利。要求在一台机床上完成对工件的粗加工、半精加工、精加工,这种思路在笔者看来是不合理的,对于高精度的机床是一种摧残,大大缩短其生命周期。在机床设计之初就要有明确的定位是偏重于重载还是高速高精,沈阳机床与西斯的联合研发的ASCA MILL T-2560w显然定位于高精高速,所以摒弃滑动硬轨转而采取了全部线轨的方案。面对着机构转型、展业升级的大趋势,国内的机床厂家需要适时的将研发向这个方面倾斜。

 

      二、差异化定位之经济型龙门

 

      展会上各知名厂家的龙门产品都中规中矩,结构功能都很相近,而让笔者耳目一新的却是一家小厂--山一数控,此山一非彼三一,不要混淆。山一数控在机床行业强手如林的市场格局下,找准了自己的定位,找到了自己的生存空间,开发出了适宜自身生产能力、符合市场低端需求的差异化产品。

    

                

图8                                                      图9

 

      山一数控共展出了两台机床,其中一台为XK2920数控定梁龙门移动式镗铣床(见图8),工作台尺寸1600×4000mm,X/Y/Z行程4000/2550/1300mm;XK2320数控定梁工作台移动式镗铣床(见图9)工作台尺寸2500×6000mm,X/Y/Z行程6000/3500/1300mm。

 

      为了有效的控制成本,适应企业自身的生产能力,更好的体现性价比以争夺中低端客户,山一数控做了如下一系列的有效尝试:(1)大件全部采用焊接构件。常见的定梁式龙门框架结构中立柱和横梁采用铸件,它们之间通过螺栓联接构成龙门框架成为整体。山一数控的龙门架为一个整体构件(见图10),外观平整、棱角分明,由于是钢板焊接无任何窗口,整体刚性很好。包括床身,滑鞍,滑枕全部为焊接构件,只有工作台上体有T型槽部分为铸件通过螺栓与下体焊接构件联接为一体。这样对于批量小的生产模式,可以节省大量的木模成本。(2)滑枕导轨采用双V形贴塑镶钢硬导轨(见图11)。双V形导轨分别不布置于滑枕两侧,相当于是燕尾导轨的扩展,这样不需要购买线性导轨,也不需要导轨磨将滑枕各面都精磨,安装调试简便,只需将两侧V形块向内推动即可调整滑动间隙,在机床使用后期维修维护方便。(3)最经济的五面加工解决方案。机床配备了一个五向功能头(见图12),各个刀具口同步转动,在需要的方向安放刀具就可以方便的实现客户所需要的五面加工。功能头与滑枕采用螺栓联接,刚性好于液压拉紧齿盘联接的可更换形式。为用户节省了购买多种功能头的费用,此种方式特别适合经济型用户的需求。(4)配置台湾新代SYNTEC 10B经济型数控系统。

图10

                         

图11                                                          图12

 

      三、龙门自主五轴之路仍需努力

 

      蓄势两年的三一精机无疑是本届展会的一匹黑马,它携带9款国际化产品高调亮相,参展机床品种之多,规格之大,配置之高,让观众眼前一亮,让业界为之一震。它的展品让我们看到了一个高起点、宽领域的三一精机,机床行业的这个后起之秀强势跻身国内机床行业的第一方阵已是不争的事实。这一切都展现了三一精机立志深耕机床市场的雄心。

 

      展位上的一台动梁可交换五轴龙门加工中心GMM30100APT(见图13)特别耀眼,整机采用热对称结构设计,确保机床高精度的实现。该产品功能齐全,并配有自动交换工作台、移动横梁、自动交换五轴头、自动换刀等功能,可实现七轴五联动。其特点为:(1)高刚性。主轴滑枕采用截面尺寸520×520mm的大面积四面约束滑枕,能够适应强力切削;关键基础件均采用对各个方向负荷及扭曲都具有很强刚性的米字型或井子型增强筋布局铸件,在达到较好的抗弯抗扭的同时,具有较好的吸震性。(2)高速化。主轴最高转速可达3500r/min,主轴最大扭矩可达2200N.m; X轴移动速度可达15m/min,Y轴移动速度可达20m/min,Z轴移动速度可达lOm/min ,W轴移动速度可达3m/min。 (3)高自动化。自动换刀、自动换头、自动交换工作台、自动刀具检测、自动工件检测、自动排屑。 (4)高精度。滑枕、滑板、立柱、床身等机床本体采用完全热对称结构设计,将发热引起的机床变形量降至最低,X/Y/Z/W轴重复定位精度为0.006 mm。这台五轴龙门加工中心配置的五轴头是意大利意萨(ISA)公司的(见图14)。从外观上能明确的分辨出其A,C两轴采取的是伺服电机作为动力输出,蜗轮蜗杆驱动方式,铣削主轴采用整体电主轴嵌入形式。此种结构实现起来相对容易,扭矩也容易得到保障,但转角的精度保持性略差。该结构与典型的Cytec的双力矩电机驱动的五轴头比较,技术含量略差些,层次略低些。

 

                     

图13                                                                    图14

 

      作为龙门加工中心这个细分市场里的劲旅--宁波海天精工此次出展了一台3+2轴的横梁升降龙门五面加工中心HTM-30GLE×40(见图15)。工作台有效尺寸2500×4000mm,工作台承重20t,龙门有效宽度3200mm,X/Y/Z/W轴行程:4200/3900/1000/ 1200mm。该产品是工作台移动式龙门五面加工中心,横梁升降,可配多种附件铣头,具备自动换头、自动换刀功能,零件一次装夹可完成五面加工. HTM-3OGLE在继承了传统龙门机床基础框架刚性强,结构对称,稳定性强等优点。主要特点是龙门超大框架,刚性好、吸震性强、加工范围大、稳定性好、动态特性佳。机床具备铣削、镗削、钻削、攻螺纹等多种加工功能,零件一次装夹可同时完成零件五个面上的孔系及平面的加工,包括倾斜面、二维曲面、三维曲面、零件型腔内部孔和平面的加工。

  

图15

 

      该机床作为海天精工的常规产品已经在之前的展会上展出过,此次参展出彩的地方是其配置的自主开发的机械双摆头(见图16)。该功能头可以实现滑枕的自动更换,具有A、C两个轴的摆动分度功能,A、C轴通过液压锁紧、齿盘分度方式实现每5°分度功能。A、C轴摆动及刀具主轴的动力都来自于滑枕顶端的主电机,加工时刀具主轴工作,需要分度时刀具主轴停止,主电机的动力通过机械结构分配给A、C两轴中的一轴,实现分度。A、C两轴不能参与插补,不能同时分度,如两轴都需要分度则需要依次完成。因此该机床配备了这个摆动头只能算是3+2机床,还算不上是真正意义的五轴机床。但从外观上看该功能头结构紧凑、外观简洁精致、做工精细,颇有国外进口部件头的韵味,能做到这个程度已经实属不易了。

图16

 

      济南二机床展出了其XHV2730×60 五轴联动定梁龙门移动镗铣加工中心(见图17),该机床为固定工作台、龙门框架移动。整机具有良好的动态响应特性,可对复杂曲面零件实现大功率大扭矩5 轴联动强力切削加工,配备具有自主知识产权的大功率SVX60A机械主轴式A/C双摆角数控万能铣头。该铣头主轴动力来源于主电机,A、C两轴摆动配置了独立动力并实现闭环控制。输出功率60kW,转速10~1600r/min,从指标上看该铣头功率强劲,转速略低,外形稍显臃肿。

  

图17

    

      四、结束语

 

      本届CCMT2012展会的主题为:"紧跟需求升级,加速结构调整"。多年来,伴随着中国经济的高速增长,机床市场的需求正在发生巨大变化,从最初的需要大量普通机床,到数控机床迅速普及,如今对高档数控机床、复合加工机床、组合机床、成套设备、加工生产线乃至成套解决方案的需求在不断升级,尤其是在航空航天、船舶、汽车和发电设备等重点行业核心制造领域,产品和技术都在发生着日新月异的变化,对机床装备不断提出新的更高的综合性要求。"

 

      从展会上各个厂家的展品上我们可以看到,国内的机床厂家还都在同一平台上肉搏,至今未看到从量变到质变,破茧成蝶,完美蜕变的企业。通常我们给市场上机床企业水平从低到高的排序依次为大陆、台湾、韩国、日本、欧美。而国内还没有一个超越了台湾机床水平的企业出现,顶多是同一水平。更多的还是低层次的重复竞争,价格搏杀,还在红海里混战,没有出击蓝海资本。企业大而不强,好大喜功,逐名的多,务实的少。行业企业愈加突出地表现出"两大一全"的倾向,即企业规模越做越大,产品规格越做越大和产品品种越做越全。国内厂商更多追求的是结构,功能的模仿,配置的借鉴。提供的还仅仅是机床,而不是解决方案,工艺方案,虽然有部分自动线展出,但还是集中在车床为主,提供的还是单机,而不是系统集成。

 

      必须客观地承认,尽管我们这些年进步很大,但那是相对于自己的过去而言。事实上我们和机床制造强国的差距还很大,需要下大力气,花大功夫才能缩小差距。尤其需要我们静下心,沉住气,甘于寂寞,卧薪尝胆,做大量扎实的底层基础工作。一方面我们承认,和过去相比,我们现在确实能做许多过去做不了的东西,这里主要指一些高端产品,比如一些大规格/大吨位的产品,一些多轴联动的产品,一些多工序复合的产品。但另一方面我们还必须承认,我们做的这些高端产品,真正在用户中取得良好应用效果的还不是很多,形成一定市场规模(占有率)的则更是很少,有相当部分的产品还仅仅停留在"能做"这个初级阶段上,离"做好"和"做出特色"差距甚大。我们已经解决了从无到有的问题,接下来需要解决的是从有到精的过程。外国同行追求的是品质,也具有卓越的品质。而我们对产品的追求还仅仅停留在质量的层面,能用但还不十分好用,是产品但还不是艺术品。把机床的品质做精做好,是一个永恒的话题。

 

      由于近年来我国机床工具行业的市场需求一直在持续升级,尤其是2011年下半年以来,高档产品和专机需求旺盛,普通产品需求明显下降。在国家政策和市场需求结构升级的双重推动下,迫使我们行业内企业不仅要加大技术创新力度,优化产品结构,还要注重深入研究用户的产品和工艺,转变服务方式,由单纯销售产品,向为用户提供全面解决方案、提高产品技术附加值转变,从而不断增强市场竞争力。

 

      这条结构调整、产业升级、精耕细作之路任重而道远,业者仍需自强且不息!

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