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1、专题 策划； 犋 点 SPEC I A L S UBJECT PLA NN I NG 复 合 力 U 工 机 床 的 发 展 现 状 季 鸢 亭己 (黑 龙 江 省 机 械 科 学 研 究 院 ， 哈 尔 滨 1 编者按：时下， “ 用工荒”现象正成为困扰沿海发达地区制造业发展的一种新的社会现象，以前提 工荒” ，通 常都是在春 节过后 大批 劳动力返 回_Y - 作 岗位 的时间滞后 ，导致暂时的 “ 用工荒” ，而从 形势分析，这一现象似将成为常态，劳动力成本的大幅上升亦将成为产业升级的无形推手。与此框 为制造 业工作母机的机床行业 ，其重要 发展 方向之 一的复合加 工技 术也迎 来了新
2、的发展 契机。 一 、复合加工机床的发展概述 很长一 段时期 以来 ，人 们一直 将能够完 成多个工 序加工 的机床称 为复合加 工机 床，按此计算 ，复合 加工机 床的发展 已有百 年的历史 ， 而 真 正 得 到 较 广 泛 的 应 用 还 是 在 1 9 8 0年代 ，数控技术 和数控 机床成 为制造技术 的主流后 出现的 。 l 9 8 0年代 中后期 ，开始 出现车 削 中心 、磨 削中心等 ，使 复合加 工 得 到扩展而不 再局 限于镗 、铣等工 序 。1 9 9 0年代后期 进一步发展 了车 铣 中心 、铣 车中心 、车磨 中心 等 ， 近年 来又 出现 由激光 、电火花和超 声
3、波等 特种加 工方法 与切削 、磨 削 加工 方法组合 的复合 机床 ，使复合 加工技 术成为推 动机床结 构和制造 工艺 发展的一个新热点。 笔者认 为 ，真正 的复合 加工机 床 应该是将 两种 以上 的加工工 艺集 中在一 台机床 之上 ，通过一 次装夹 完成不 同工艺 以及多个工 序的加工 ， 一台复合加 工机床 即相 当于一 个小 工 厂，真正成 为适应 现代化生 产的 技术密集型的制造业 高端 T = 作母机。 复合加 工机 床通 常具 有 以下特 点 ： ( 1 ) 提 高工序集 中度 ，减少多 工序加工 中零件的上下料装卸 时间； ( 2 )可避 免或减少工件在不同机床 间进行
4、 工序转换 而增加 的工序 间输 送和 等待时 间，从 而大 幅度地缩 短 零件加工周期和减少在制品储存量； ( 3)减 少工件安装次数 ，遄 误差 ，有 利于提 高加工精 度 性 。 复合加工 机床通 常分为 主 型 、铣 削为 主型 、磨 削为 不 同工种 加工 的复合化 。笔 近期 国内外各大 机床展览会 复合加工 机床 ，以及 国内相 的研究进 展 ，对复 合加 工机 展现状做以介绍 。 二、国 内复合 加工机 床 现状 我 国的复合 加工机 床研 较 晚 ，但在实践 中早 已得到 国内用户在获 得超值 回报 的 也 加快 了我 国机床企业 在相 5 j机械 工 程师 2 0 1 1
5、年 第3 期 写 题 策 剃 役 点 SPEC I AL SU BJEC T PLAN N I NG 探索 的脚 步。2 0 0 1 年我国第一 台五 轴车铣 巾心 S S C KZ 6 3 5在 沈阳机床 诞生 ；同年 “ 十五 ”国家科技 攻关 计划重点项 目 S S C K Z 8 0 5 2 0 0 0 启动 并 由沈 阳机床 承担此项 目的研究 ， 2 0 0 3年该 项 目通 过 国家 验 收 并在 2 0 0 5年获 中国机械工业科学进步 二 等奖。 近年来 的 国内外 大 型机 床展览 会上 ，国产复合加 工机床 不断推 陈 出新。 国 家 科 技 重 大 专 项 支 持 的
6、“高 速 、精 密 、复 合 数 控 金 切 机 床 ”项 目已经有 产 品问世 ，并将 于 C I MT 2 0 l 1 上展 大连机床集 团 的 V H T系列五轴联动立式 车铣复合 加工 中心。该机床 在直线驱 动轴上 采用循环冷却技术的 中空滚珠丝杠 ， 使丝杠 温升得 到有效控 制。基本原 理是将机床的 x、Y、z 个坐标 的 丝杠制成中心通孑 L ， 通人冷却水 ， 并 对冷却水实施温度控制 ， 使其在额定 的温升 范围 内变 化。中空丝杠 冷却 技术可 以降低丝卡 T 在 切削受力 变形 及快速移动过程 中的热变形 ， 保证机 床处于 高精度运转 状态 。同时配合 使用高精度闭环
7、控制光栅尺 ， 进一步 提高了定位精度 。 该机 床设计 中还采用 了立柱 轻 量 化设计 、双边 重心驱 动等技 术。 该 机 床 带 有 A轴 铰 链 式 主轴 ，一 次装 夹可完成 多个表面 或复合几何 图形 的加工 ，简化夹具 和刀具 ，提 高 加 工 能 力 ，生 产 高 质 量 、高 精 度 的工件。机床 主机 采用对称 箱式 铸件，通过合理的筋板布局，使机 床 达 到 较 高 的 刚性 和 热 稳 定 性。 高 刚 性 的工 作 台有 较 大 的 承 重 能 力 (可 达 1 5 0 0公 斤 )。 各 运 动轴均采用 “ Re x r o t h S t a r ”ML导 轨
8、和 丝 杠 驱 动 ，快 速 特 性 好 ，且定位精度高。 优 化 的 机 床 布 局 ， 可 获得 较 大 的 加 工 空 间 。机 床 配 置 A 轴旋 转主轴 的车铣头 和车铣 回转工 作 台 ( B轴 )。 C C MT 2 0 1 0上 大 连 科德 数 控 有 限公 司展 出 了 KD W一 4 2 0 0 F H 型 1 4 轴 5联动 卧式铣 车 复合加 工 中心 ， 该机床可实现高速铣 削及钻 削功能 、 高 速车 削功能 、多 工位刀 塔 ，可对 回转 体 圆周表面精 密车 削 、钻孑 L 、 平 面及 曲面铣削 、开槽 等加 工 ，一 次 装夹 即可完成多 道工序 。适合
9、 中 大 型细长轴类 零件加 工 ，曲轴 及复 杂 回转体零件加工 ， 是航空 、 航天 、 能源 等领域大 型复杂轴 类零 件 、箱 体类零 件 、叶轮 、叶片类零 件制造 的关键设 备。该产 品的 国产化将 改 变这类关 键设备 长期受 国发达 国家 进 口限制 的现状 ，以高性 能价格 比 达到替代进 口目的。 该 机床 主要技 术参 数 ：最 大工 件 回转 直 径 7 3 0 ra m；最 大车 削直 径 西6 6 0 mm；X向行程 7 5 0 mm；Y向 行 程 4 2 0 m m；Z向 行 程 1 5 5 0 ram；W 向 行 程 1 5 4 3 mm；C轴 3 6 0。 x
10、 n ： B轴 2 4 0。 ；快 进 速 度 X Y Z 轴 ：3 6 m m i n ；W 轴 3 0 m mi n ； B轴 转 速 4 0 0 0 r ra i n ；C轴 转 速 6 0 rm i n ； B轴 扭 矩 1 5 0 0 N m ( S 6 ) 1 0 0 0 N m( S 1 ) ；C轴扭矩 8 7 0 N m( $ 6 ) 4 5 0 N m ( S 1 ) 。 该 机床采用了面向大负荷重切 削 的高刚度设计 ：采用箱中箱对称 设计结构 、 大跨度支承的双驱技术 ， 保证床体运动坐标 的高刚度 ；该机 床所有 的坐标均采用重心驱动和双 驱技术 ，重心驱动是一项 可以
11、缩短 加工时间 、改善轮廓加： 【精度 、延 长刀具和机床寿命 ，有效地抑制震 动 、提高精度的技术 ；单摆 铣头采 用力矩电机为驱动核心 ，替代传统 的蜗轮蜗杆或齿轮等传动 ，消除了 传统机械传动的间隙和传动误差 ， 通过高精的伺服控制可以实 现高分 辨率的精密 回转运动。对 于需要 固 定姿态 的车削 ，8 轴 内置液压锁 紧 装置可 以提供任 意角度 下 4 0 0 0 Nm 的锁紧力。主轴和副主轴也是采用 直接电驱动技术的内置式 同步电主 轴 ，也 可以作为插补轴 ，支持 c轴 功能 ，在该功能 的支持下可 以实现 叶轮类零件的五轴联动加工 。 南 京 数 控 机 床 有 限 公 司
12、的 N 一 0 9 4系列数控双端面车磨复合加 工机床 主要针对汽车刹车盘类零件 的精加工 。工件装夹后在数控指令 的控制下 ，先完成双端面的同时车 6 机械工程师 2 0 1 1 年第3 期 专 题 策捌 点 SPEC l AL SU BJEC T PLAN N f NG 削 紧接着 完成双端 面 同时磨削 、 在此基础 上进一 步研发 ，通过模 块 组合 ，拓展 机床 的功 能和应用 范 同 ，原安装 双了 J 架 的位 置可改成 装 转塔 刀架 ，可同时安 装八把 刀具 ， 完成端 面 、外 圃 、内孔 、锥 面 、螺 时具有 自动 1 二 件交换 、刀具 长度检 测与 自动温控 等附加
13、功能 ，是集现 代智能加工的典 型体现 。 陔 机 床 采 用 模 块 化 设 计 ，可 根 据客户需求增 减不 同功 能部件。 最 高 配 置 双 主 轴 ，双 动力 刀 塔 ， 圆及 内孔 的磨削加 。 该产 品 为 整 体 铸 造 的底 座 床 身 ；主轴箱后置 ，车削和磨削均 为 横 向进给 ，避开 了砂 轮破碎飞 伤 人 的可能性 ；全封 闭罩壳 ，以提高 机床 的安全 防护性 ；该 机床结构先 进 ，布局合理 ，刚性 好 ，精度高 ， 效率高 ，操作维 护方便 。该产品采 用 模块化设计 ，针对 不同的用 户， 采用不同 的模块配 置 ，完成多种车 磨 复合加1 。为保证磨 削粗糙
14、 度达 到 R a O 4 ，对 冷却水 采用 高 清洁 度 磁 性 自动 分 离装 置和 纸 质 过 滤装 置 。大流量 高压 力的冷却水 冲洗砂 轮 ，迅速清除砂 轮上吸附的金属颗 粒 ，使砂轮表 面颗粒保持锐利 ，延 长 了砂轮 的磨 削： 1 作时 间，缩短 了 辅助时 间，提高 生产效率。机床配 有 自动测量装置 ，根据 各加T面车 削的实测尺寸，来分配磨 削的余量 ， 保证磨削余量的均 匀。该机床 还可 以配置上 、下料机械手 ，实现 全 自 动循环 。该产 品先后参加两屑北 京 国际机 床展览会 ，均引起轰动并 受 到广泛关注 。 南鲁南机床有 限公 司 自主研发 的 T M C
15、 2 5系列车铣复合加 1 ： 中心既 能实现车削功能，又能实现铣 、钻 、 镗 、攻 丝 、铰孔 、扩孔 等功 能 ， 同 刚 藏 奎 转 独 保 证长 时问 、高速高精运 转 ；配置带 铣削功能 的动力刀塔 ，1 2 个刀位均 可安装 车削或铣削刀具 ，换 刀时间 0 2 5 s ，重复定位精度 3 m。 武 重 集 团研 制 的 CK X5 6 8 0数 控 = 轴五联 动车铣复合加 l |机 床填 补 了 国 内空 白。 该 大 型舰 艇 螺旋 浆用重型七轴 五联动车铣复合加 1 机床是 国家高新技 术研究发展计 划 ( 8 6 3计划 )项 目，主要 由武 重集 团公司承担 ，华 中
16、科技 大学 国家数 控 系统 工程技术研究 中心和镇汀船 舶螺旋 浆厂参与 ，产学研 相结合共 同研 制完 成。该机床 的最 大加工直 径 达 8 m、高度达 2 m、 作 台承重 达 1 0 0 t ，不 仅 具 有 精 密 铣 削 加 1 ： 螺旋 桨叶面 ( 包括重叠部 分 )的功 能 ，而且还 能利用车铣功 能复合的 特点 ，实现螺 旋桨 的一 次装 夹多表 面的加 工 ，大大提高我 国舰 艇用螺 旋桨 的加 - 质量 。本项 目在主机 、 控制及 空间 I 面加工等方 面均 取得 了 自主创新的成果 ，其研究 和开发 的核心技 术 ，能为我 国的能源 行业 的现代 发电装备关键零部件 (如大 型叶片 、水轮 机转轮等 )的制造加 工提供共性加 工技术和装备制造技 术 ，为我 国 飞机发动机及火箭 发动 机 、舰艇螺旋 桨制造 ，提供高性能 的 国产制造装 备。该 产
