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从CIMT2011看龙门机床的发展
2011-9-28  来源:《数控机床市场》杂志  作者:安徽晶菱机床制造有限公司 王延甲

      CIMT2011第十二届中国国际机床展览会于4月11日在北京隆重召开。国内外众多机床制造厂商纷纷展出了自己最新的产品和技术,使本届展会吸引了全球的目光。作为大型、重型机床类产品的数控龙门类产品更是飞速发展,异军突起成为本届机床展的一大亮点。据不完全统计此次展会共有国内十余家机床厂家展出龙门类产品20余台,其展品无论是在性能、精度、结构和功能多样化方面与过去几年比较都有了一个质的飞跃,另人眼花缭乱,目不暇接。通过本届展会可以了解我国装备制造业的发展水平及未来的发展趋势。


一、主要参展龙门类机床状况
本次展会展出的主要龙门类机床据不完全统计大概在20余台,其中比较有特色的展品如以下表:

厂商

展品名称型号工作台尺寸行程控制系统备注
威海华东数控数控动梁龙门移动式镗铣床XKW2850/5×2005000×20000X轴:25000Y轴:7300Z轴:1500W轴:3720西门子840D 
大连机床集团动梁数控龙门镗铣床XK21404000×12000X轴:13000Y轴:5600Z轴:1500W轴:3500西门子840D 
沈阳机床桥式五轴加工中心GMC2590U2500×9000X轴:8000Y轴:2700Z轴:1400FIDIAC20五轴联动
青岛欧科定梁数控龙门镗铣床GMK24153000×1500X轴:3000Y轴:2200 Z轴:850西门子 
日发动柱动梁式龙门镗铣加工中心RFMP160353000×16000X轴:17000Y轴:4980Z轴:1300W轴:1500西门子840D  
台湾哈威(HEVA)龙门型五面加工机LP-3025YZF3020×2400X轴:3000Y轴:3200Z轴:1200FANUC-18i-MB五面体
台湾高明动梁龙门型五面加工机KMC-3000SR-H3000×2500X轴:3230Y轴:3200 Z轴:700W轴:1100FANUC-31i五面体
厂商展品名称型号工作台尺寸行程控制系统备注
三菱重工动梁龙门型五面加工机MVR302000×6000X轴:6500Y轴:3000 Z轴:800W轴:1000FANUC-31i五面体
日本大偎动梁式龙门镗铣加工中心MCR-B2500×4800X轴:5000Y轴:3700 Z轴:800W轴:1300FANUC-31i五面体
西班牙CORRED数控龙门式五面加工中心FP50/502500×5000X轴:5000Y轴:3800Z轴:1500海德汉ITNC530五面体
济南二机床高架式五轴联动镗铣加工中心XHV2525×605000×6000X轴:6500Y轴:6000西门子840D五轴联动
宁波海天动梁五面龙门加工中心HTM30GLE2500×8000X轴:8500Y轴:3900Z轴:1000W轴:1200西门子840D五轴联动

二、数控龙门机床的发展趋势
    纵观整个机床展,发现龙门型镗铣床的发展有以下几个趋势。
    1、大型化发展趋势愈加明显,通过以上列表我们不难看出龙门类产品有向大型化发展的趋势,这其中的原因是国防、航空、航天事业的发展和能源等基础产业装备的大型化需要,因而促进了相关机床产品的大型化发展趋势,为了紧随这一趋势,众多生产厂家都将产品越做越大。本次展会总计展出的20余台数控龙门镗铣床和龙门加工中心,几乎所有的台面宽度都在2米及以上。为了满足用户对龙门机床超大过宽,超大过高及超大的行程要求,因而发展动柱、动梁类龙门机床成为一种主流趋势。从整个展会来看动柱、动梁类龙门机占了相当大的比例,几乎可达一半以上。可见“大”成了本届展会龙门类机床给我们的第一印象,同时也是一种发展趋势。
    其中最大一台展品为威海华东数控XKW2850/5×200数控动梁龙门移动式镗铣床(见图1),工作台尺寸达到5000×20000,龙门最大过宽6300,主轴端面到台面距离200~5000。其次为浙江日发的动柱动梁式龙门镗铣加工中心RFMP 16035,工作台尺寸3000×16000,龙门最大过宽3500。主轴端面到台面距离200~3000。大连机床集团动梁数控龙门镗铣床XK2140(见图2),工作台尺寸4000×12000,龙门最大过宽4500。龙门类机床向大、重型方向发展的趋势由此可见。
    


                图1                                                                             图2

 2、“精”是本届展会给我们留下的又一个印象,也是龙门机床发展的又一重要趋势。这其中包含着精度大幅度提高,做工精细,外型精致等几个方面。超高的精度,犹如艺术品般的外形把机床的制造做到了极致。
    其中最有代表性的是三菱重工展出的动梁龙门型五面加工机MVR30(见图3)该机床配置周到,做工精细,外形美观可实现自动换头,立卧自动换刀,换头过程大致只有30秒左右,同时该机床根据需要可配置一百余种附件头,刀库采用横梁跟踪方式,通过使用液压气缸的旋转机构以及主轴移动中的同时动作,缩短刀具交换时间。换刀时间5秒左右,效率之高令人叹服。X,Y轴:20m/min;Z轴:10 m/min;W轴:3 m/min。为了提高精度且最大限度地减少由于室温变化而造成的机械结构的变位,确保加工的高精度,在横梁的背面安装有热平衡壁板(见图4)。同时为了防止进给轴发热,对进给轴承托架也采用由冷却润滑油循环,有效地消除了进给电机的发热。还对滚珠丝杠及支撑滚珠丝杠的轴承采用油气润滑,以防止发热。为了防止滑座左右移动时横梁发生倾斜,使用两排三菱精密标尺以及通过双系统进给驱动机构的同步运行来确保其水平度。而且,横梁移动可以与滑座位置无关,横梁重复定位精度达0.005mm。润滑装置、空气阀设备、机械的排放油回收装置等都接近机械操作部位,集中配置于右立柱侧面,使给油作业、废油处理、装置维护作业等保养管理变得简单易行。

              
                     图3                                                                图4


    在精细这方面国内机床与国外机床相比还是有差距的,但通过展会我们可以看到国内机床厂商也在注意此类问题,同时也在努力缩小这个差距,尤其是国内比较知名的厂商如北一,沈阳,大连等,他们在努力提高精度的同时也在改变国产机床不重视外观这个观念,展会中这几个大厂展出的展品也是精工细作,外形美观毫不逊色于国外机床。
    3、五面体、五轴联动龙门类机床成为发展的又一主流趋势。功能趋于多样化更适合于各类复杂零件及模具的加工,操作简便,使机床的整体结构更人性化,把操作者劳动降到最低,同时在最大程度上提高劳动生产率,这就是发展五面体,五轴联动机床的根本目标。在展会上五面体、五轴联动龙门机床几乎占了整个龙门类机床产品的一半以上。
    其中比较有代表性的有如下机床: 沈阳机床股份有限公司展出的GMC2590u桥式五轴加工中心(见图5),X,Y,Z轴快速移动可达24m/min.A,C轴快速移动为10r/min,转角为A轴:+95°,-110°;C轴为±360°.A/C轴定位精度6″/6″;重复定位精度4″/4″,控制系统采用FIDIA C20.主要应用于汽车工业中的模具制造、大型钢模和铸铁模具的制造以及航空航天工业中的复杂零件加工。
    济南二机床展出的XHSV2525×60高架式五轴联动镗铣加工中心(见图6)在前几年的展会中已经多次展出但在本次展会中仍然是一个亮点,该机床的结构特点是:工作台为落地式平台,高架式床身分别放置在工作台两侧,横梁安装在滑板上,沿床身纵向前后移动(X轴),溜板沿横梁导轨横向左右移动(Y轴),滑枕沿溜板垂直上下移动(Z轴),双回转摆动铣头可实现绕Z轴旋转(C轴)和Y轴旋转(B轴)。双回转摆动铣头其主轴为电主轴,该铣头能使刀具的轴线始终垂直于工件的被加工面,实现“法向”加工。特别适合于航空航天结构件、螺旋桨、模具型腔等复杂三维型面工件的高精度、高速度铣削。X轴采用最新直线电机直接驱动,装有制动单元和安全缓冲装置;Y、Z轴采用大导程的预载螺母滚珠丝杠传动。运用现代设计方法,通过建立振动阻尼、动态加速度模型,在确保机床整机刚性的前提下,尽量减轻了移动件的重量,使机床具有良好的快速响应特性。具有高转速、高速度、高加速度的特点。X、Y、Z轴均采用光栅尺实现全闭环控制;B、C轴采用高精度角度编码器实现全闭环位置反馈。B、C轴传动采用谐波齿轮减速单元带动消间隙双齿轮副旋转,实现B、C轴旋转运动,B、C轴分别设有液压夹紧机构。电主轴采用大接触角高速陶瓷球轴承,并配置了主轴的冷却系统、轴承压力空气密封、主轴可矢量控制进行正/反转、刀具自动拉紧—松开装置、刀具夹紧放松检测、无刀检测、主轴锥孔空气清洁、主轴轴承温度监控等各种具有当今先进水平的装置。
    本届展会与历届比较发现在以往展会中比较流行的龙门类机床中使用交换工作台之类的展品没有出现,不能不说是一种遗憾。
    通过展会我们可以看到我国机床行业近几年来取得了突飞猛进的发展,特别是高端五轴联动机床方面。
      
                        图5                                                                    图6
 

三、龙门类机床的关键功能部件
    数控机床发展的水平高低其中功能部件起到了极其重要的作用。近几年来我国数控机床功能部件的发展取得了极大的进步,功能部件的发展和其专业化生产为机床制造厂提供功能完善、品质优良、运行可靠、结构标准化且性价比合适的选件,缩短机床新产品开发和制造周期.为数控机床的发展奠定了坚实的基础。
    五轴联动机床是机床发展的主要趋势,作为五轴联动机床的关键功能部件摆角头在本届展会上有多家展出。
    北一展出了五轴联动滑枕功能部件(见图7),该摆角头主运动为齿轮传动,可实现大扭矩切削。B,C轴由伺服电机经消隙齿轮传动,并有液压夹紧。摆角头最大输出功率为40kW,B,C轴最大扭矩7500Nm。
    济南第二机床厂展出两种五轴联动摆头,其一为:VXD40电主轴式力矩电机驱动A/C双摆角数控万能铣头(见图8),主轴采用电主轴功率40KW,主轴最高转速24000r/MIN,A/C轴采用力矩电机直接驱动,并采用液压自动锁紧,同时A/C轴采用全闭环控制,A/C轴摆角范围±110°/360°,最高转速60r/MIN。其二为:SVX60A机械主轴式A/C双摆角数控万能铣头。主轴采用机械传动,两级变速,输出功率60kW,转速10~1600r/min,输出扭矩2270N.m. A/C轴采用径向和轴向预载滚珠轴承支承刚性极高,并采用液压自动锁紧,同时A/C轴采用全闭环控制,A/C轴摆角范围±110°/n×360°,最高转速5r/MIN。
    国产关键零部件的自主研发和生产极大的促进了国产高档次数控机床的发展,特别是一些大型、重型高档机床产品的制造,极大的促进了我国装备工业的发展,抑制了国外高端机床的垄断地位。
                   
                      图7                                                           图8
 

四、结束语
    通过本届展会我们可以看到我国数控机床产品的总体发展趋势仍然朝高速、高精、高可靠性、复合化、智能化、柔性化、集成化和开放性方向发展。高档数控机床已经成为本届展会的主流,本届展会的规模,不管是展出面积还是参展商数量都是历届CIMT最大的,展品水平也是历届CIMT最高的,集中展示了我国机床行业自主创新的成果,体现了我国装备工业的发展水平。有关统计数据显示,2009年,我国成为世界第一大机床生产国。2010年,我国机床行业累计完成工业总产值5536.8亿元,同比增长40.6%,显示出了强劲的发展动力。我国的装备制造业已进入一个飞速发展的春天。

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