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我国重型数控机床技术与国外对比

2010年08月16日 09:44中国机床商务网点击:3224

摘要:我国重型数控机床发展最快,目前,部分产品的年产量和市场消费量已居世界第一。但是绝大部分中、高档重型数控机床还是依靠进口,其主要原因还是加工设备落后,数控化率很低,尤其是缺乏高精水平的加工设备。随着我国航空航天业发展,势必带动促进装备制造业发展。国内重型机床产品技术已趋成熟,与国外先进技术水平的差距正在逐步缩小,也将突破我国高档重型数控机床产品生产瓶颈,打破西方国家的垄断和制约,满足国防安全和国民经济建设的需要。

  根据原国家机械工业部机床工具局规定:自身重量在10~30t范围内的机床属于大型机床,30~100t范围内的机床属于重型机床,大于100t的机床属于超重型机床(现在还没有权威部门给出新的定义)。重型数控机床主要用于大型、特大型零件加工,是为国防军工、航空航天、船舶、能源(火电、水电、核电、风力发电)、交通运输(铁路、汽车)、冶金、工程机械等主要工业支柱产业以及国家重点工程项目服务。

  目前,我国自主开发研制的重型机床和超重型机床产品基本满足了一些国家重点工程需要,并多次创造出极限规格的世界之最。如我国已经制造出加工直径25m的超重型数控立式铣车床,镗杆直径320mm的落地式铣镗床,加工宽度为10m以上的数控龙门镗铣床,回转直径在5000mm以上的数控重型卧式车床等一批具有自主知识产权,而且技术水平已经接近世界先进水平的重型机床系列产品。

  为了应对全球金融危机,国家采取了多种政策来扩大内需、保持经济增长。我国正处于对传统生产方式进行现代化改进阶段,不论是铁路建设、电站建设、船舶制造、航空航天建设,还是汽车、工程机械、军工行业,均需要大量的高端机床来支撑。而我国高档重型数控机床95%依赖国外进口。为加强与国外同行竞争优势,解决我国在发展高档重型数控机床过程中的关键、核心问题,在国家《高档数控机床与基础制造装备》重大科技专项中,体现出国家急需的高档数控重型机床涵盖了重型机床系列的最主要产品,也反映出市场需求的发展趋势以及对产品技术水平要求方向。“专项”中有7台高档数控机床属于重型机床行业范畴,说明国家对发展高档数控重型机床产品的期待,牵涉到的多台高档数控重型机床产品既是国家急需的高档装备制造设备,也代表了重型机床行业的技术发展方向。

  发展中的国内外重型数控机床

  面对其他品种机床市场在金融危机下的快速下跌,重型机床市场几乎没有受到影响,这个诱因使许多机床厂家纷纷转向市场较好的大重型机床市场。原因就是在重型机床领域,国际竞争力相对并不激烈,使国内重型机床企业在一些产品市场顺利实现了替代进口。

  (1)重型龙门加工中心发展趋势是高功率、大扭矩、高复合型以及复杂孔面加工能力。在世界范围内看,代表重型龙门加工中心最高水平的是德国瓦德里希·科堡公司的产品,北一机床采用的就是德国瓦德里希·科堡的技术。希斯(SCHIESS)与科堡机床相比较,无论在功率、扭矩、规格上基本相当,但希斯公司的机床主轴转速高,精度保持性好,在技术上属于世界领先水平。与国内外其他产品相比较,国外重切削能力较强,加工精度高,并且具有很多技术优势,比如横梁加工仿形技术,Z轴滑枕长度补偿技术,龙门框架X轴移动双电动机,三电动机甚至四电动机同步技术等。

  (2)落地铣镗床国内的生产厂家主要有:昆明机床厂、齐齐哈尔二机床厂、济南第二机床厂、武汉重型机械厂等。国外的落地铣镗床生产厂家主要有:意大利的PAMA公司、德国希斯、意大利的INNSEBERARDI公司、捷克的SKODA公司等。HORIMASTERHM3规格产品除昆明机床厂采用滚动滑动复合导轨、中捷机床有限公司采用钢轨和直线导轨外,其余主要生产厂家多为静压式导轨结构,静压技术也相对比较成熟,HORIMASTERHM5除昆明机床厂采用滚动滑动复合导轨外,其余均为静压导轨。静压技术在高精度重型机床领域中应用很广泛,优点是机床稳定性和整体刚性好,缺点是制造成本和难度相对较高。另外,在市场上从结构上主要采用滑枕和主轴配合使用,以增加机床的加工范围和功能需要。

  (3)数控龙门移动式和台式车铣加工中心国外主要生产商有德国科堡、意大利皮特卡纳奇、美国吉根、德国沙尔曼公司等,这些公司都具有多年生产重大型机床的经验。国内开发研究尚属初期阶段,技术还不够成熟。目前,国内的机床均不同程度地存在着承载能力低、精度不高、低负荷等缺点,不能完全满足国家发展的整体需求,特别是在军工、航天等行业更是需要这种高端的产品来支持。可自由组合直线坐标和圆坐标的车、镗铣加工,还可以通过配置性能可靠的附件,按用户的要求配以不同的自动化程度。机床的几何空间及附件尺寸可根据加工要求进行个性化设计。

  (4)重型数控车床数控单柱移动立式铣车床是武重为加工三峡工程水轮机的关键设备,代表了我国超重型机床的生产能力和水平,标志着我国自主知识产权产品达到世界先进水平,成为世界上少数几个超重型机床供应国之一,也为设计、制造更多的铣车复合机床系列打下了基础。此外,齐重数控设计制造的数控重型卧式车床是为哈尔滨电机厂提供的三峡工程配套设备,加工直径4.3m,加工长度18m,最大承重250t,机床可实现工件自动测量,机内对刀。在加工三峡机组水轮机转子时,一次装夹重达200t的工件,完成对工件的全部加工。该机床的研制成功,标志着重型卧式车床制造能力迈上新台阶。

  我国重型数控机床的优点及进步

  近两年,我国重型数控机床发展最快,如重型数控龙门镗铣床,重型落地镗铣床,重型立、卧式车床等的年产量和市场消费量已居世界第一。重型机床发展之快速是我国电力、船舶、石化和矿山等重型设备制造大量需求直接拉动的反映。一批新产品如数控双龙门镗铣床、龙门车铣复合加工机床、动梁可交换工作台可换铣头五面体龙门加工中心等研制成功;关键技术,如静压导轨和静压轴承技术、同步控制和运动补偿技术、五轴联动技术、大功率双摆角铣头和重型回转工作台的技术攻关相继突破,标志着我国重型机床发展达到新的高度。

  北京第一机床厂开始制造国内单机产值最大(8700万元/台)的超重型数控龙门镗铣床,目前一批世界之最的超重型机床陆续投入研制,将引导我国进入世界重型机床制造强国之列。

  武汉重型机床集团制成XKD型超重型数控双龙门镗铣床,并投入自用。该机床为双龙门移动式,4铣头,龙门宽度6.8m,加工长度57m.双龙门移动式4铣头结构属于国内首创。

  齐重数控装备有限公司试制成功BVDM315×5MC型立式铣钻中心,该机床采用双柱龙门框架结构,双刀架双24刀库,中心主轴出水功能,转速达到5000r/min,静压导轨回转工作台C轴功能,工作台直径3150mm,定位精度5″,最大加工直径3150mm,工件重20t,该机床用于大型风电轴承加工,填补国内空白。

  齐齐哈尔二机床集团公司试制成功XK2127型五轴数控动梁龙门镗铣床。该机床采用长跨距重载滚珠丝杠及辅助装置,全自动附件交换装置,主轴浮动夹刀装置,横梁液压比例平衡等新技术,工作台8000mm×3000mm,主轴转速5~2000r/min,伺服电动机功率24kW,可实现多轴控制,五轴联动。

  沈阳机床(集团)有限责任公司研制成功GMC2060u桥式龙门五轴加工中心。机床在X向双向驱动的同步控制及调整技术、五坐标联动误差补偿技术、机床总体结构和拓扑优化有所突破,在高速、高精度和高刚度方面有所进展。机床参数:X×Y×Z:6300mm×2500mm×1000mm;主轴转速240~24000r/min,快速移动30m/min,A轴 95°~110°,C轴±360°。该机床在军工业广泛应用。

  大连机床集团有限责任公司制成VX32~60动梁可交换工作台可换头五面体龙门加工中心,工作台长2000~12000mm,宽1600~3000mm,承重30t,X×Y×Z:7600mm×4700mm×1000mm,采用滚动直线导轨、电主轴和数控双摆角铣头。机床在关键技术设计制造上有新突破。

  秦川机床集团公司2008年开发出VTM260型龙门式铣车复合加工中心,机床具有七轴五联动功能,复合化程度较高,可一次装夹实现车、铣镗、钻、攻螺纹和车螺纹等功能。工作台直径2600mm,最大车削直径3600mm,车削主电动机功率90kW,工作台车转速1~100r/min,工作台铣转速0~2r/min,铣轴电动机功率37kW,主轴转速1500r/min,C轴定位精度20″。

  国内重型数控机床与国外同类产品的差距

  尽管我国重型机床行业在最近几年来有了长足进步,取得可喜的发展。但是绝大部分中、高档重型数控机床还是依靠进口,其中德国和意大利的产品较多,它们代表着世界先进水平。国内产品与国外产品在结构上的差别并不大,采用的新技术也相差无几,但在先进技术应用和制造工艺水平上与世界先进国家还有一定差距。新产品开发能力和制造周期还满足不了国内用户需要,零部件制造精度和整机精度保持性、可靠性尚需很大提高,尤其是在与重型机床配套的数控系统、功能部件,如刀库、机械手和两坐标铣头等部件,还需要境外厂家配套满足。

  国内重型机床制造企业的制造能力很强,但大而不精,其主要原因还是加工设备落后,数控化率很低,尤其是缺乏高精水平的加工设备。同时,国内企业普遍存在自主创新能力不足,因为重型机床单件小批量的市场需求特点,决定了对技术创新的要求更高。国内重型数控机床产品与发达国家着名企业相比仍存在一定差距,产品水平的差距主要体现在:

  (1)主轴转速国外先进水平已发展到最高达3000~4000r/min,而国内主要徘徊在800~1500r/min.

  (2)快速进给国外先进水平达20000~30000mm/min,而国内主要在6000~10000mm/min.

  (3)精度国外先进水平定位精度0.015/1000mm,重复定位精度0.003~0.007mm;国内产品定位精度0.025/1000mm,重复定位精度0.01~0.015mm.

  (4)其他机床的可靠性、精度的稳定性、复合多功能、柔性化、智能化方面不如国外厂家,外观质量也有明显的差距。

  国内厂家尽管技术略逊于国外先进水平,但在制造能力和价格上有很大的优势,尤其是超重型机床已达到当代国际先进水平。我们相信,我国重型机床制造随着科技进步与艰苦奋斗的努力,一定会逐步缩小与世界先进水平的差距。

  重型数控机床的发展方向

  作为机械装备母机,机床制造业发展来源于其下游产业推动,机床行业下游产业主要有造船、工程机械、航空航天、汽车、铁路、电力设备、风电设备、动力设备、制冷设备和石化设备等。
 
  随着我国航空航天业发展,势必带动促进装备制造业发展。由于航空航天工业产品零件具有耐高温、高强度、难加工、合金材料与复合材料多、复杂结构件多、工艺要求高等特点,要求机床加工设备向大型(重型、超重型)、高速、精密、复合、智能化趋势发展。航空发动机及其零部件加工需要大量高精度机床作支撑,发动机结构复杂,整体机匣、叶片加工需要多功能、高精度数控机床,如数控立车、数控精密镗床五轴加工心等。为此,航空航天业对机床要求高,加之欧美、日本等国外强势机床企业进驻与当前国际金融危机影响下不明朗的环境,应进一步加速推动国内机床调头向高端发展。

  在能源领域,国内重型机械企业在为能源工业重大工程项目建设中发挥了关键作用,包括国家三大动力制造基地及其他发电设备制造厂的重大关键设备都由国内厂家提供。我国造船工业发展形势依然严峻,市场竞争愈加激烈。特别是接船难、交船难、融资难局面没有改变,而产能庞大、开工率不足及产品同质性太强,我国造船工业仍面临着结构调整和严峻考验,国际上主要造船国家激烈竞争,因此,作为持续为船用柴油机、螺旋推进器、船用机械仪表、海洋工程、船台起重机等提供机械装备机床行业,需要装备的体积“个”越来越大,精密、复合、智能化性能越来越高。

  汽车制造水平质量取决于装备水平,同时,汽车工业国际竞争力又取决于装备先进性制造成本。随着技术发展,汽车零部件制造工艺水平提升,对机床要求还会进一步提高。因此,需要机床具有复合性能,以提高工序集中为目标,尽量减少装夹次数,提高生产率和工作精度,并具有智能化,即计算机技术及应用软件在产品中的技术含量越来越高,如采用软件补偿技术提高精度,使机床的结构简化,远程控制、远程故障排除及维护成为可能。

  综上所述,国内重型机床产品技术已趋成熟,与国外先进技术水平的差距正在逐步缩小,也将突破我国高档重型数控机床产品生产瓶颈,打破西方国家的垄断和制约,满足国防安全和国民经济建设的需要。国内制造能力已进入世界前列,而国外重型机床厂家的制造能力正在削弱。我们要以承担国家重点工程项目为契机,努力开发高档重型数控机床,为国产数控重型机床满足市场需求做出更大贡献。
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