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中国自主开发研制出多主轴数控车床

2011-01-06 09:17:24机电招标网

多主轴数控车床是在原卧式棒料多轴自动车床(Horizontal Multi-Spindle Bar Automatics)的基础上,引进数控技术开发研制的高科技产品。

中国多轴车床发展史

中国自50年代末60年代初开始生产多轴车床,当时沈阳第三机床厂测绘前苏联的多轴车床,到64年自己开发出32mm棒料的C2132.6并投入批量生产。到90年代末,沈阳第三机床厂作为中国唯一生产多轴车床的厂家,为汽车、轴承、军工等行业提供了从16mm到63mm各种规格的多轴车床近7000台,在中国的经济建设中发挥了重要作用。80年代,中国多轴车床成功打入国际市场,先后出口到罗马尼亚400多台,美国近40台,还出口到伊朗、也门等中东地区。

沈阳创新数控设备有限公司自主开发的CK2120X6,是规格为20mm棒料的多主轴数控车床,是高科技产品,该产品添补了中国数控多轴车床的空白,是提高中国制造业水平不可或缺的高效、自动化的机加设备。

CK2120X6六主轴数控车床

多主轴数控车床继承了传统机械多轴车床高效、自动的优点,克服了机械多轴车床柔性差的缺点。机械多轴车床由凸轮控制,它需要样板刀和螺纹附具等大量专用刀具和附具来完成零件的加工,零件的生产准备和换批工作量大、周期长。数控多轴用先进的伺服电机取代了凸轮驱动,用数控直线插补、圆弧插补方式完型面和螺纹加工,用标准刀具取代了样板刀和专用附具,降低了加工成本,缩短了生产准备时间。

这里用精度、效率和柔性三个指标,对机械多轴、单主轴数控车床和数控多轴作出比较:

CK2120X6六主轴数控车床的主轴鼓体装有六根工作主轴,机床完成一个工作循环,主轴鼓体转60°,夹持在工作主轴中的棒料依次经过六个工位的纵、横刀架的加工,完成车削外圆、端面、成形面、切槽、车螺纹和钻孔、铰孔、攻丝等,机床在切断工位还可以安装抓取附具加工零件背面,完成一个零件的全部工序。机床工作时六个工位的纵、横十几把刀具同时切削,机床的送料、夹料等辅助动作与切削工位的加工同步进行,机床具有很高的工作效率,最短单件加工时间只有2-3秒。由于工件全部加工在一次装夹中完成,保证了加工质量。

2004年开始,沈阳创新数控有限公司对开发数控多轴的技术难度和市场前景作了全面的分析论证,同时对关键结构三齿盘定位做了试验台进行中间试验,通过技术攻关,掌握了大量的经验和数据,为数控多轴新产品的开发打下基础。数控多轴车床产品的开发,首先瞄准了当代世界先进水平,作到一步到位,德国DMG、INDEX和瑞士TORNOS的数控多轴主要有两种形式:一种主轴传动仍是传统方式,即六个主轴由一个伺服主电机带动,当主轴变速时几个主轴同时变速;另一种是更为先进的电主轴,主轴的速度都可以单独控制,可方便的实现单主轴的定向停车和变速。后一种方式虽然更适应加工有横向钻孔、铣槽等工艺要求的零件,但机床结构复杂、造价高,而且此类零件并不多,这类数控多轴在市场上占有率较少,中国近期引进的瑞士的TORNOST多主轴数控车床都为性价比较高的第一种类型。

技术攻关中,主轴鼓6个主轴孔和一个中心孔的加工最为关键。主轴鼓是多轴车床的心脏,它是保证机床零件加工精度的基础。德国多轴车床主轴鼓 7 孔位置精度为0.002-0.003mm,前苏联多轴车床主轴鼓 7 孔位置精度为0.005mm,国产多轴主轴7 孔精度为0.007mm。新产品CK2120X6主轴鼓 7 孔位置精度定为0.005mm,主轴鼓在瑞士西普座标镗上加工也只能达到0.01mm左右,创新数控公司用了高精度镗模和高精度转盘等自主技术来解决这一难题。

工作主轴是保证机床正常工作的另一重要部件。由于CK2120X6规格小,要求主轴转速要达到6000rpm,这对主轴孔的加工和主轴的装配提出了很高的要求,创新数控公司设计了先进的套筒主轴,简化加工和装配的难度,套筒主轴是把主轴设计成一个独立的工作单元,套筒主轴把主轴、轴承、隔套和主轴密封等零件都装在一个套筒内,作为一个独立的部件,套筒主轴在机床总装前就装配和测试完成,可更好地保证质量和简化装配工艺。多轴车床由于刀具多、切削量大,在机床工作时主轴在大量的切削液中工作,要求主轴密封要好,套简主轴作为独立的部件,主轴密封更容易作好。

主轴的旋转由主电机经过皮带轮传至中心传动轴,中心传动轴的尾端装中心齿轮,中心齿轮与周边的六个主轴齿轮啮合将主电机的转动传至六根工作主轴,工作主轴最高转速为6000转,这时中心齿轮运动的线速度接近50米/秒,在这么高的速度下传统的润滑方式完全不起作用,创新数控公司先后用喷雾润滑、电磁润滑泵和高压定量喷射润滑油等办法来解决这一难题,高速齿轮润滑问题的解决,不但攻下了数控多轴车床主传动的关键,对解决其类似的机械结构也有普遍意义。

数控系统是新产品成败的又一关键,CK2120X6六主轴数控车床选用的是德国Rexroth(力士乐)公司的MTX数控系统,MTX系统有12个NC通道可同时执行12个任务,控制64个伺服轴,可以最多指定32个为主轴。系统程序块处理时间小于1ms,是一种多过程、并行控制、高响应、高精的高档数系统;在新产品中,力士乐MTX数控系统控制5个两座标的复合刀架、一个单座标的刀架和6个工具主轴,共17个直线伺服轴;控制一个主电机、4个工具主轴旋转电机和一个转位电机共6个旋转伺服轴,共23个伺服轴。

多主轴数控车床是一种高精度、高效率机床,它有十几个过程几十个伺服轴同时工作,并要求在几秒种内完成一个工作循环,传统的数控系统对各控制轴的计算处理只能通过CPU按顺序分配给各轴,这样就会产生延迟,很难保证各刀具加工时间的匹配,如果延迟增大到一定程度,造成实际值与理论值产生偏差,降底了加工精度。

MTX系统是先进的多通道、并行控制系统,它采用了一种所谓虚拟凸轮的理论,对各伺服直接控制,无须其它处理转换,避免了加工过程中的编译和计算,消除了控制中的延迟因素,很好的适应了CK2120X6的控制要求。

数控多轴车床产业化前景

在中国,使用传统多轴最多的是汽车、轴承、军工等行业,还有拖拉机、纺织机械、水暖器材、医疗器械和电声器材等。一汽、二汽是过去传统多轴车床最大的用户,生产如轮胎螺母、球头销等汽车非标标件;一些为汽车厂配套的的行业如油泵油咀、火花塞等也大量采用多轴车床;北京油泵油咀厂建厂时有70多台多轴车床,无锡油泵油咀厂也使用了大量的多轴车床,南京电磁厂用多轴来加工火花塞壳体。另外摩托车行业也值得关注,重庆红宇机械厂用多轴车床加工摩托车轴承。

在轴承行业,哈尔滨轴承厂和洛阳轴承厂是使用多轴车床的大用户,过去有多轴车床近百台,洛阳轴承厂用机床三厂多轴车床联线的308轴承加工自动线是全国第一条机械加工自动线,机床三厂开发的16毫米棒料小规格多轴C2116.6,是专门为贵州虹山等轴承厂加工微型轴承套圈的,据了解在福州、厦门一带,生产这种微型轴承的厂家很多。

关于军工行业,多轴车床应用比较多的场合是加工炮弹引信,也有加工炮弹弹体和弹壳的,西安庆安公司用过多轴车床加工30航炮的弹体,沈阳724厂也在使用多轴车床。

IT产业的微轴(精密轴)的加工,现在大部分用单轴自动车床,如果用数控多轴车床,可以使这些企业在不增加面积的情况下,加工能力翻倍,这样的厂家很多,大连大显精密轴厂就是生产规模较大的一个。

在国外市场方面最有希望是北美地区。美国是多轴车床拥有量最多的国家,大约有各类多轴车床6万余台,现在正处在淘汰更新阶段,美国和加拿大等国现在都要从欧洲进口多轴车床,因价格太高而无法大量引进。

原沈阳第三机床厂生产的机械多轴车床,在继出口罗马尼亚后,90年代开始打入美国市场,当时的机床三厂与美国开来(CALEB)公司签了在美国销售国产多轴车床的协议,后来通过美国的一家修理多轴车床的KEY公司先后在美国销售了近40台国产多轴车床。

多主轴数控车床解决了机械多轴柔性差的问题,适应当前产品更新换代快的形势。作为过去大量使用老机械多轴车床企业的替代产品,具有很大的市场潜力。近十几年来,很多国外的汽车行业打入中国市场,在国内投资建厂的企业,往往要求按国外的工艺选配加工设备。多主轴数控车床由于它高效自动和保证了零件的加工质量,是很多汽车零件加工设备的首选。上海宝钢与加拿大合资的科宝汽车传动轴厂就是一个典型,加拿大投资方要求按加拿大的生产工艺配备多主轴数控车床,由于国产数控多轴价格的优势,很多企业曾表示将采用我们的数控多轴车床,类似这样的情况在还有很多。

目前,用于机加设备的数控技术日趋成熟,中国购买国外的一些高档数控系统也不再受限制,这是开发多主轴数控车床的一个有利条件。

CK2120X6六主轴数控车床不仅代表了国家制造业的水平,也是市场潜力大的一个适销对路产品。目前欧洲的同类产品售价在600到1500万人民币左右,而国产的数控多轴只在200到300万人民币之间,这个价格国内一些企业可以接受,在国际市场也具有很强的竞争力。

多主轴数控车床是一种高效自动化的设备,对提高人力和物资资源的利用,提高中国机加行业的加工水平都是一个必不可少的产品,经济和社会效益显着。

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