国内外车床的技术水平和发展方向
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德国吉特曼CTX E系列车削中心
车床问世后用于加工各种轴、盘类回转体零件,在各类大小机器中,量大面广,最为得用。在机器制造业中,车床的数量最多,用途最广泛。在各类金切机床中,车床的比重最大。中国1995年金切机床拥有量498万台中,共有122万台车床,占41%;美国、日本约占22%。

车床在机器制造业发展的重要作用

车床最为得用、所占比重最大
车床问世后用于加工各种轴、盘类回转体零件,在各类大小机器中,量大面广,最为得用。在机器制造业中,车床的数量最多,用途最广泛。在各类金切机床中,车床的比重最大。中国1995年金切机床拥有量498万台中,共有122万台车床,占41%;美国、日本约占22%。
在先进工业国家如美国和日本,由于毛坯质量好,加工余量小,有些可直接进行磨削精加工,因此粗加工的车床数量较少,比重也相对较小,而磨床比重不断增大(如中、日、美的磨床比重分别为13%、18%、23%)。随着毛坯与工艺的改善,车床比重在同一国家逐渐减小。如日本1952年时车床占40%,1963年为30%,1973年为26%,1994年减至22%。由此可见,工业生产少不了车床,而毛坯、工艺愈落后,车床数量就愈多。
发达国家车床技术水平较高
车床本身有其技术和结构特点,能加工回转体的平面、内外圆、螺纹、螺孔、凸台、凹槽、曲面等,传动较简单,制造比磨床容易,所用刀具也较简单。世界车床技术发展有三大阶段∶手动普通车床阶段、高效自动化车床阶段和数控(NC)车床阶段。目前,车床按控制分为手动、机动、数显、程控、数控;按结构和用途分为∶普通车床、仪表车床、单轴/多轴自动车床、活塞车床、曲轴/凸轮轴车床、立式车床、落地卧式车床、各种专用车床等。车床的品种、规格繁多,为各类机床之冠。在现今各国生产和使用中,手动、机动、数显、程控和数控并存,由于特点、功能和价格不同,使用场合不一,选用时应从技术与经济方面考虑。在发达国家,由于汽车、轴承、电机等大批量生产自动化的实现,高效自动化车床的数量多,NC车床发展快,中、高档车床比重大,总体技术水平高,因此,生产率和劳动生产率高(如美、日汽车年产量达1,000万辆以上)。在发展中国家,低档手动普通车床多,而中、高档少,总体技术水平低,生产率和劳动生产率也较低。

国外车床的技术水平与发展方向

目前国外车床生产中,NC车床占较大比重,日本2000年车床产量2.2万台,NC车床2.09万台,占95%,大量出口。在世界年产20万台NC机床中,NC车床约6万台,占30%。它是随着微电子、计算机技术的进步面迅速发展,是传统机床技术与信息技术相结合的产物。也是今后努力发展的方向。目前国外NC车床的设计、制造、使用,在技术上已经成熟,并不断向纵、深发展。下文着重对NC车床进行研讨。
目前国外NC车床的技术水平
  • 高性能∶目前国外NC车床全面向高性能发展,依靠改进工艺、布局、结构、驱动和控制五方面来提高精度、效率、自动化。如工艺上车、铣、磨结合;布局上立、卧、倾斜式、倒立式变化,结构上多主轴、多刀架;驱动上电主轴、滚珠丝杆、直线电机并用;控制上多轴联动、网络化等。在提高复合加工性能方面更加引人瞩目,图1和图2表示量大面广的一般NC车床,不断向高性能车削中心和车铣中心发展的配置。图1A为一般NC车床(带2个刀架),图1B为带复合加工能力的车削中心(带铣削功能和主轴分度C轴),图1C为有较高复合加工性能的车削中心(带Y、C轴)。图2为有很高复合加工性能的车铣中心(带1、2主轴,可实现X、Y、Z、B、C 5轴控制,甚至5联动),另附刀库和换刀机械手,把车床与加工中心融为一体,实现复杂零件的“全部加工”。
  • 高精度∶加工精度普遍提高,精密车床代替了过去的普通精度NC车床。加工精度从过去的1T6-1T7提高到1T5-1T6。重复定位精度达1-2微米(高精度车床为0.3µm),工件精度达0.3微米,圆度达1微米,表面粗糙度达Ra 0.3微米。NC系统分辨率为1微米(高精度NC车床达0.1微米或0.01微米),还在继续提高。
  • 高效率∶通过高速化和复合化不断提高加工效率。高速化方面,一般中规格NC车床主轴转速已从过去的3000-5000r/min提高到4000-8000
    r/min(NC单轴自动车床达1.2万、1.5万、甚至2万r/min),快速进给从过去的10-20m/min提高到30、甚至40m/min。主传动功率也大大提高。在复合化方面,具有铣削功能、Y轴功能的车削中心数量大增,约占15%。具有X、Z、Y、B、C 5轴功能的也逐步增多,出现了车-磨结合、车床-加工中心结合的复合加工机,实现“全部加工”。
  • 高自动化∶采用现场交互式编程和机内自动对刀,有些还与CAD/CAM相结合;带AWC、ATC和AJC等自动化外围设备的越来越多;监控和自诊断能力日益增强,有些还可进行远程监控与诊断;能自动测量和进行误差补偿,包括加工误差的实时补偿;更易于集成入自动化加工系统中。
  • 模块化设计∶针对市场需求,为加速发展系列产品、降低成本和缩短交货期,国外NC车床已普遍采用模块化设计,利用基本模块和各种功能部件灵活配置,组成各式NC车床、车削中心等。

图3 VSC400
国外NC车床的技术发展方向
主要有几方面∶不断开发新工艺、新材料、新结构、新元件,比如开发硬面车削工艺(HRC50-68),公差带在5微米,表面粗糙度达Ra 0.4微米,又如开发倒立式车―磨结合的车削中心等(图3为德国Emag公司的VSC400型车-磨结合的车削中心);进一步提高加工精度,发展精密化、超精密化车床;提高效率,加速发展高速化,尤其是复合化;在现有自动化基础上进一步发展智能化、无人化、集成化;发展网络化,与车间、工厂、外界联网;发展环保化车床,实现节能、省地、干和半干切削等。
国内NC车床的技术水平和存在差距
在改革开放的20年,中国NC车床的技术水平提高较快,在设计、制造、使用上进步很大。
2001年中国NC车床产量3900台,进口约3500台。1995年中国NC车床拥有量2.1万台(占NC机床之33%)。
2002年3月的上海中国数控机床展(CCMT 2002),展出200台整机,包括64台NC车床,代表了当前中国NC车床的最高技术水平,另有车削中心9台,占14%。
沈阳机床公司与德国合作生产的SSCKZ 63-5型5轴车铣中心,可控制X、Y、Z、B、C轴,床身最大回转直径φ800mm,主轴2000r/min,主电机37kw,刀库有12把刀,配西门子840D NC系统。成都宁江机床厂的CKE1112型NC纵切自动车床,加工棒料直径φ12mm,主轴转速12000r/min,为5轴2联动,配用FANUCD-O NC系统。上海第二机床厂的HM-O15型倒置立式车削中心,主轴4000r/min,主电机40kw,采用INDRAMAT NC系统,机床带自动上下料装置。
在2000年3月的CCMT展上,上海重型机床厂展出自行设计的SHZ 1044型双主轴立式车削中心(见图4),具有特色,可侧面反映出目前中国NC车床的设计和制造水平。
该车床用于电梯曳引轮涡轮组件的半精加工和精加工,有倒置立车和正置立车两部分。带自动上下料装置,为能完成零件全部加工的车削中心。配SINUMERIK 840C NC系统,定位精度∶X轴0.016mm/500mm,Z轴0.032mm,C轴60";重复定位精度∶X轴7微米,Z轴0.01mm,C轴20",机床配用进口的内装式电主轴、高精度轴承、直线滚动导轨、高精度光栅尺、滚珠丝杆、自动定心卡盘等。
存在的主要差距为∶在精度、效率、自动化上存在一定差距;主机设计基本功差,缺乏创新,模块化设计少;重要基础元部件、NC系统主要依靠进口;缺乏深入系统的科研工作,设计、试验手段较落后;在NC车床的产品水平和总体技术水平上,差距明显。努力方向包括狠抓根本,解决主机、元部件先进性。
本文作者:陈循介
上载于:2004-8-26 11:36:04

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