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CIMT2019展品评述 | 部分数控落地铣镗床
2019年4月15-20日,CIMT2019在北京中国国际展览中心(新馆)举行,五轴加工技术及自动化生产线成为本次展会的亮点之一。此次展会,携带重型、超重型铣镗床参展的境外机床厂家主要有PAMA(帕玛)、INNSE(茵塞)、SKODA(斯柯达)、TOS(道斯)、ROTTLER(罗特乐)、FPT、达诺巴特、西班牙华日斯蒂等;境内展商主要有武汉重型机床集团有限公司、沈机集团昆明机床股份有限公司、沈阳中捷钻镗国际机床有限公司、济南二机床集团有限公司、武汉国威重型机床股份有限公司、南通国盛智能科技集团股份有限公司等。  在重型、超重型铣镗(主轴直径200mm及以上)机床展品中,PAMA、INNSE、SKODA均采用静压导轨结构;而在中小型铣镗(主轴直径200mm以下)机床中,静压导轨和直线导轨结构均有,其中TOS、FPT、达诺巴特等展品以直线导轨居多。直线导轨精度及可靠性比较高,维护也方便,正逐渐向重型机床领域扩展。  境外金属切削机床发展稳步前进,端庄大气的外观配上五轴头,融入到自动化生产线中,展现出强大的技术实力,单从外观就能品味出其深厚的文化底蕴和历史传承。部分境外机床产品以其性能可靠、技术成熟、布局紧凑合理成为境内机床的学习和发展方向。从展品看,很多境内机床也有了长足发展,产品外观方面与境外机床不相上下,如格力智能装备展示的立式加工中心外观特点鲜明,备受瞩目。特别值得一提的是,济二和北一等企业已经具备五轴头研发制造能力。但境内机床在生产线等解决方案技术方面与国际先进机床厂家还存在较大差距。  在CIMT2019,笔者重点关注了西班牙尼古拉斯克雷亚(CORREA)展出的落地式五轴加工机床,因此本评述主要针对该展机进行详细介绍,同时辅以PAMA、INNSE、FPT和TOS等机床的设计理念、性能参数、结构及补偿方式等,供同行参考。  尼古拉斯克雷亚展出的大型落地式立柱移动铣床,工作台台面3500 mm×3500 mm,X、Y、Z轴行程分别为10000mm、4000 mm和1750mm,V轴行程2500mm,机床承重60t/m2,主要应用于军工、航空、汽车、铁路轨道、风电及模具等领域进行关键部件加工,主要特点如下:CORREA落地式立柱移动铣床  (1)没有镗轴和铣轴,滑枕前端安装数控五轴动力头,能够实现五轴联动;各轴为直线导轨结构,滑枕导轨设置在滑枕底面。(2)其主轴箱不是侧挂式,而是采用龙门式立柱对称结构,中间安装主轴箱,其对称性的结构设计特点可以提高机床的承载能力和刚性,增强机床的耐冲击力和抗振性,降低机床的固有振动频率,减少机床因热变形所造成的几何误差。(3)主轴最高转速6000r/min、最大扭矩1375Nm,可谓主轴转速高,扭矩和功率大。(4)X、Y、Z轴进给速度30000mm/min,可以看出为了配合主轴5倍于常规的切削速度,机床进给速度也应相应提高5倍,这样才能保持刀具每齿进给量基本不变。(5)X、Y、Z轴加速度最大为1000mm/s2,这样才能缩短启动-变速-停车的过程,实现平稳切削。从某种意义说,高速加工促使机床设计从“速度设计”发展到了“加速度设计”。(6)独具风格的主轴侧固定防护罩,采用钣金折弯成波浪形状,垂直向尽量少的几段拼接,而且护罩在主轴箱外侧,与主轴箱重叠30mm左右,这样与铠甲罩子形成完美配合。(7)主轴箱采用液压平衡,随动性好,保证Y轴高速进给。(8)独立升降式操作间,简洁美观,降低成本。(9)开放性的尾箱设计,不但维修方便,同时减轻主轴箱重量,降低成本。(10)Y轴拖链可以垂直和水平移动,节省Z轴(滑枕)拖链,结构简洁,节省空间,降低成本。滑枕伸缩及主轴箱升降一体式拖链  境内外机床发展趋势  通过对CORREA、PAMA、INNSE、FPT和TOS等机床厂家生产的落地式立柱移动铣床的观察及了解,对于境内机床,特别是重型数控落地铣镗床的未来发展,有以下几方面值得注意。  1、实现铣镗床的高速铣削,也就是高转速、快进给、小背吃刀量和小进给量的切削技术。PAMA、INNSE、FPT和TOS等厂家镗轴直径200mm,主轴最高转速一般≥2000-2200r/min,X、Y、Z、W各轴最大进给速度18000-25000mm/min,主轴最大扭矩10000-13000Nm。从数据可以看出,高速切削不但要求主轴转速高,而且要求各轴进给速度高,这样才能保持刀具每齿进给量基本不变,同时要求扭矩和功率也要大,这样在高速运转中保持良好的动态特性和热态特性。  高速与超高速切削技术是目前和未来机床发展的一个趋势,因此落地铣镗床应根据用户加工需要不同,分为低速和高速切削两种规格:低速切削,主轴最高转速≤1500r/min、最大扭矩≥12000Nm、各轴最大进给速度8000mm/min,主要进行粗加工和半精加工;高速切削,主轴最高转速≥2000r/min、最大扭矩≥10000Nm、各轴最大进给速度≥15000mm/min,主要进行精加工和超精加工。这样,境内的铣镗床产品可满足不同用户的需求,具备与境外机床竞争的潜力。  2、X、Y、Z、W轴要实现≥15000mm/min高速进给,对机床的动态平衡性要求很高,因此要尽可能地降低机床不必要的重量,使其重量匹配合理。进给速度的大小不仅决定了机床加工效率,而且对表面质量有着重要影响。如果进给速度变化剧烈将严重影响刀具和机床的使用寿命,因此保持高速并且平稳的进给速度对于数控加工来讲尤为重要。  要实现X、Y、Z、W轴特别是X、Y轴高速进给,传统的结构已经无法满足需要,对于X轴进给,需通过有限元分析和实地测试,使运动平衡性和热对称结构得到最优化;对于Y轴进给,主轴箱平衡采用液压平衡,液压系统随动性好,保证Y轴高速进给时实时平衡性好。  3、普通机床的结构及其传动系统已不能适应高速切削的要求,必须对机床进行全新的设计。  主轴采用内装式电主轴,或者尽量把机床主运动传动链长度缩短,甚至实现机床的“零传动”;进给系统采用“直接驱动”或“零传动”,也就是利用直线电动机取消源动力和移动部件之间的一切中间传动环节,使得机床进给传动链长度为零。  补偿技术是弥补机床结构和材料性能不足、提高精度非常重要的方法,因此必须提高现有的主轴箱重心补偿和滑枕伸出挠度补偿的可靠性,同时要深入研究镗轴静压滑动及浮动补偿技术以及立柱挠度补偿,即通过对滑座主导轨面施加液压力,实现对立柱挠度变形的补偿。  提高机床的承载能力和刚性,增强机床的耐冲击力和抗震性,降低机床的固有振动频率,减少机床因热变形所造成的几何误差。  4、尼古拉斯克雷亚铣床X、Y、Z轴加速度最大为1000mm/s2,在切削加工过程中,机床进给系统的工作行程一般只有几十至几百毫米,在这样短的行程中要实现稳定的高速与超高速切削,除了进给速度要高外,进给系统还必须要有很大的加速度,一般要求高速切削机床能够提供0.4-8m/s2的加减速度。  5、CORREA、PAMA、INNSE、FPT和TOS等机床防护罩实用性强,颜色和商标标志性强,很值得境内机床厂学习借鉴。  6、CORREA落地式立柱移动铣床有两点减轻机床重量的设计很值得我们学习:一是开放性的尾箱设计,不但维修方便,同时减轻主轴箱重量;二是Y轴拖链可以垂直和水平移动,实现主轴箱升降和滑枕伸缩一体式拖链,节省空间。  纵观上述大型机床厂家的产品,都有符合企业自身发展特色的设计理念,经过几代人坚持不懈的努力而形成积淀,并仍在不断进步中。我国近年来机床行业也快速发展,如齐二机床的TKG6920型产品,多项技术也已达到国际水平,如X轴采用双伺服电机驱动技术,Y轴双丝杠技术,Z轴实现了闭环控制,主轴箱平衡采用液压系统平衡技术,主轴转速2500r/min,X和Y轴进给速度25000mm/min,滑枕实现了实时热伸长补偿,主轴轴承增加温度传感器等。  综上所述,机床行业发展犹如逆水行舟,不进则退。如果一味地靠吃已有的技术积累,已经很难再次占有市场和获得用户的青睐,国际一流老牌企业的持续创新精神很值得我们学习。  (原标题:CIMT2019展品评述 | 部分数控落地铣镗床)