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　　【机床商务网栏目 科技动态】第十七届中国国际机床展览会(CIMT2021)于2021年4月12-17日在北京中国国际展览中心(新馆)成功举办。据笔者统计，本届展会上，有近30家境内外展商展出了30多台龙门式加工中心。
 

　　境内部分展商有：宁波海天精工股份有限公司、通用技术集团沈阳机床有限责任公司、北一机床有限责任公司、山东蒂德精密机床有限公司、华东数控股份有限公司、山东威达重工股份有限公司、纽威数控装备股份有限公司、南通国盛智能科技集团股份有限公司、意特利(上海)科技有限公司、普锐米勒机床(东莞)有限公司、沈阳泰格科技有限公司、宁波天瑞精工机械有限公司、珠海格力智能装备有限公司、南京宁庆数控机床制造有限公司、河北发那数控机床股份有限公司。
 

　　境外部分展商有：意大利帕马PAMA公司、OKUMA大隈机械(上海)有限公司、SNK新日本工机株式会社、三菱重工业(上海)有限公司、山崎马扎克(中国)有限公司、西班牙尼古拉斯克雷亚集团公司、高锋工业股份有限公司、高明精机工业股份有限公司、崴立机电股份有限公司。
 

　　下面就部分展品的特色作简要介绍。
 

　　1.宁波海天精工股份有限公司
 

　　GRU28Ⅱ×30龙门中心
 

 

　　机床具备铣、镗、钻、扩、铰、攻丝、锪削等多种加工功能，零件一次装夹可同时完成五个面上的孔系及平面加工，包括倾斜面、曲面、零件型腔内部孔和平面的加工，广泛应用于模具、航空航天、轨道交通、船舶、家用电器、医疗等高端制造业。
 

　　机床主要结构特点：采用大框架、高刚性的龙门结构，精度保持性好，配置完全自主研发的4000r/min强力主轴，主轴功率22/26kW，主轴扭矩866/1023N•m，主轴内置双列圆柱滚子轴承，输出扭矩大；方滑枕采用全包容四面约束淬硬导轨，双液压油缸平衡，整套系统刚性强，具有强劲的切削能力和精度稳定性；X、Y轴采用线轨结构，配合大功率伺服电机驱动，提升动态特性。该机床自主研发，技术水平处于国内同行前列，可替代进口产品。
 

　　2. 通用技术集团沈阳机床
 

　　GMC2040u桥式五轴龙门加工中心
 

 

　　本机床是针对铝合金结构件、复合材料零件等大型复杂曲面难加工件研发的优秀产品，广泛服务于轨道交通企业、科研机构等，满足了我国重要工业领域、重点行业对此类高端五轴机床的迫切需求。
 

　　本机床为桥式龙门结构并采用模块化设计，可快速响应客户的个性化需求，大幅缩短生产制造周期，同时也有利于客户的后期改制。标准型产品直线轴采用直线导轨，快移速度可达25m/min，加速度可达3m/s2，定制产品快移速度最高可达60m/min。标准配置拥有自主知识产权的沈阳机床S2双回转摆动铣头，摆轴速度为60r/min，主轴转速24000r/min，A、C轴定位精度为6″，各项指标均已达到国际先进水平。配置自主研发的i5智能数控系统，可实现远程控制、远程工艺指导、远程参数优化等网络化、智能化功能。
 

　　3.山东威达重工股份有限公司
 

　　GMC2232bu五轴桥式龙门加工中心
 

 

　　本机床采用最新的机型结构，模块化结构设计，左右床身底座和工作台三大组件连结为一体的桥式床身结构，一体式床身工作台及立柱构成U型框架结构，大大提升了整体结构刚性，适用于汽车模具、航空航天、印刷、包装、纺织、军工等各种机械加工领域。
 

　　机床立柱采用“蜂窝型”仿生学结构设计，横梁、滑板及滑枕均采用“箱中箱”结构。横梁的X轴采用双立柱与重心驱动的结构设计，提高加工稳定性。X、Y、Z轴采用“中空丝杠”及“螺母循环油冷”技术，X、Z轴采用双滚珠丝杠同步双驱技术，配合全闭环控制，提高精度和可靠性。另外，X轴配置德国阿尔法精密高精度行星减速机。X、Y、Z轴采用重载直线滚柱导轨，承载能力强；X、Y、Z轴采用油脂润滑系统，既绿色环保又可靠安全。滑枕两侧对称布置平衡油缸，Z轴响应速度快。内藏式主轴设计，主轴最大转速18000r/min，功率30/35kW，内孔锥度采用HSK-A63，采用大功率精密主轴温控水冷机。
 

　　机床配置意大利双臂叉式五轴铣头，力矩电机直驱，绝对式编码器直测，精度永久，标配双螺旋及横向链板排屑器。
 

　　4. 沈阳泰格科技有限公司
 

　　TSC160140-LC龙门式镗铣加工中心
 

 

　　本机床是专门针对小孔径内腔加工而研发的一款高性能6轴4联动龙门加工中心，具有完全知识产权，采用圆滑枕、圆工作台结构形式，别具特色。圆滑枕为特殊合金钢38CrMoAl，具有高刚性、高弹性、高渗透性及记忆性能，截面直径φ340mm，可实现最小内腔加工直径φ345mm；滑枕行程1400mm，完全满足超长筒类零件加工。
 

　　机床横梁升降W轴回转工作台直径φ1600mm，采用大扭矩双伺服电机+双直角减速机同步驱动，通过电气预载实现C轴消隙，定位精度±4″，重复定位精度±2″。横梁升降W轴采用双伺服电机同步驱动控制技术，绝对值光栅尺进行闭环位置同步控制。X/Y/Z/W/C轴加速时间0.2秒，各轴性能匹配优异。
 

　　5. 西班牙尼古拉斯克雷亚集团公司
 

　　FOX40数控定梁龙门式加工中心
 

 

　　本机床具有先进的设计新理念，外观精美，功能强大，结合了龙门传统的粗加工能力、加工效率、加工精度，三位一体。无论是粗加工还是精加工，其参数制定基于动态加工需要都能满足。
 

　　机床垂向轴(Z轴)滑枕采用水冷式摩擦导轨，全对称设计，滑枕即使在最低位置时，仍能保持最佳性能，改善了机床的几何精度，在温度变化时，几何精度稳定。滑枕内部有流动的空气循环冷却，采用了实时温控系统；滑枕截面大，尺寸540mm×550mm。立柱内填充混凝土，加大了减震性。X、Y轴采用V型直线导轨，最大进给速度均可达30m/min。
 

　　机床系统设置了待机功能和自动关机功能，节省20%总能耗。标配机械式五轴联动铣头，内孔锥度采用BT50，最大转速4000r/min, 功率37kW；也可选配万能电主轴五轴联动铣头。
 

　　本机床备有数十种各具特色功能的铣头可供选配，还提供平旋盘、车削附件头选用。
 

　　6. SNK新日本工机株式会社
 

　　RB-5MⅡ-E龙门式五面加工中心
 

 

　　本机床是高性能畅销机型，可适应钢材、钛合金、铝合金等各种材质加工。主要结构性能特点：采用圆立柱、圆滑枕，实现横梁、主轴头全包结构；减小主轴中心到立柱中心的间距，使横梁与主轴头的中心距离达到最小化，实现稳定的强力切削；主轴头通过优化材料厚度、加强筋位置，与旧机型RB-M相比，静态刚性提高1.4倍，同时减轻了10%的重量。
 

　　(1)该系列机型圆立柱、圆滑枕采用离心铸钢管独特技术，向高速水平旋转的模具内注入精炼钢水，通过离心力作用，使钢水均匀地紧密附着在模具内壁，并在高圆度状态下凝固。通过充分发挥公司致密强韧的高品质离心铸造管的特性，确保设备刚性。圆形立柱采用完全热对称、全包式，不会因环境变化导致立柱中心的倾斜，保证机床精度稳定，确保高精度加工。
 

　　(2)圆滑枕截面直径φ300mm，上下移动(Z轴)采用硬轨和线轨相结合的“复合型导轨”，降低导轨的磨损，持久保持高刚性。工作台前后移动(X轴)、主轴头左右移动(Y轴)采用线性导轨，实现流畅、精确的定位。另外，机床采用大直径滚珠丝杠，提高动态精度，实现Z轴全行程强力切削。Y轴滚珠丝杠标配中心冷却功能，在确保长时间稳定加工的同时，有效延长滚珠丝杠寿命。用户可以根据实际加工情况选配X轴/Z轴丝杠中心冷却功能。圆滑枕相对于方滑枕，主轴头盖板设计更加紧凑，与旧机型相比体积减少12%，工件的接近性更好，加工时能够使用最短的工具，加工现场的干涉检查更加简便。
 

　　(3)机床标配直角附件铣头，客户可根据需求选配多种附件铣头。通过使用SNK独自开发的4轴控制技术，使X、Y、Z、W轴都由数控控制，都能够作为定位轴、加工轴使用。利用附件铣头进行侧面加工时，以立轴坐标系为基准设定附件的编程坐标系。程序使用时，超出Z轴行程的情况下，其超出部分会自动分配给W轴，实现Z+W轴联合动作。因此，使用者无需考虑分配Z/W的行程，仅使用Z轴指令，即可进行Z+W轴的全行程编辑。
 

　　(4)本机床具有热变位补偿功能，可供客户选配。Z轴热变位补偿：机械加工时，主轴旋转引起主轴轴承产生热量，将热量传递给主主轴，直接影响其加工精度。虽然通过主轴周围循环油冷来尽量减小温度变化，但无法完全消除热变位。该功能通过监控补偿热变位，可以预测相应变化，将主轴前端Z轴方向的热变位正确地控制为零，实现高精度加工。
 

　　环境热变位补偿：在各部位安放温度感应器，及时获取设备各部位的温度变化，根据环境温度与地基温度、床身温度，由PLC推算出XYZ轴在各位置上的变位量，实时补偿和抑制一般环境下易受热变位影响的工作台各方位的热变位量。此外，基准感应器无需设置在机床移动体上，因此可后续追加安装。
 

　　7. OKUMA大隈机械（上海）有限公司
 

　　MCR-BV30龙门式五面加工中心
 

 

　　本机床集高刚性、高精度的机床结构及高度智能化等亮点于一身，吸引了众多观众前来观看。其主要结构性能特点：
 

　　(1)机床标准配置高扭矩、大功率的内置式电机，功率30/37kW，主轴转速最高为6000r/min，在Z轴伸出600mm时加工能力达到1170cm3/min(切削材料为S45C)。
 

　　机床采用方形立柱，对上下左右以及扭曲等的负荷具有足够的刚性，耐重切削、能够维持较高的精度。主轴头左右移动的导轨面是宽幅的高刚性矩形截面形状，通过横梁上的辊子由自重平衡装置支撑，可实现高速高精度的加工动作，获得高品质的加工面。
 

　　机床工作台的厚度比传统机型厚30%，工作台的移动采用了滚动导向式，工作台和工件的重量全部由淬火磨削而成的导轨面上的4个滚柱轴承支撑。负重不受工件重量变化的影响，可实现轻快流畅的动作及准确的定位。在工作台中间铺设了与滚珠丝杠水平方向平行的滚动导向的辅助窄导轨，可长时间保持稳定良好的直线运动。
 

　　(2)机床配置丰富的主轴头。主轴头库设置于立柱后部和刀库背面，需要更换主轴头时，主轴头库向横梁下方移动，主轴头进行自动更换。刀库刀具的更换通过一条更换臂即可自动更换至纵、横两轴。另外，本机可在加工过程中将下个刀具传输至待机位置，实现最短换刀时间。
 

　　(3)本机床通过自主研发的数控装置OSP的“高精度热位移控制技术”不但能够准确控制由室温变化、转速频繁变化所产生的主轴热位移，还可以准确控制工作台因热膨胀导致的尺寸变化、切削液的温度变化产生的热位移等，实现了尺寸稳定性。
 

　　(4)通常机床在使用一段时间后，机床精度会变化。本机具有精度稳定诊断功能，当机床精度变化时可以自我诊断，发出消息或警报通知，将其显示在画面上。操作者利用3D校准功能，通过在工作台上安放绝对精度标准的基准量具，并通过简单的操作进行接触式测头的自动测量检查和校准机床精度。通过定期校准，可以长期保持高精度。
 

　　(5)本机床的“智能化技术”在加工车间发挥作用。伺服控制优化功能通过测算工作台上工件、夹具的重量，自动设定包括加速度的优化直线轴伺服参数，在维持加工精度的前提下，提高加速度，缩短加工时间。常规方式的工作台不受工件、夹具重量的影响，进给加速度相同。
 

　　结束语
 

　　本届展会上，龙门中心从小型到大重型都有展出。龙门式加工中心传统形式是定梁式(横梁固定、工作台移动)和动梁式(横梁上下移动、工作台前后移动)，相对占地面积大，而桥式龙门结构占地面积约是传统工作台移动式的56%，固定式工作台承载能力提高一倍，且机床加工特性不受工件质量的影响。例如展出的通用技术集团沈阳机床的GMC2040u、山东威达GMC2232bu、南通国盛GMB2528LX等。
 

　　模块化设计、高速度、高精度是总的发展趋势。滚动导轨、双伺服电机双丝杠重心驱动、双齿轮消隙等技术已在龙门加工中心上广泛使用。
 

　　龙门加工中心硬件和软件上的核心功能部件是五轴铣头和数控系统，五轴铣头等功能附件的国产化为提升国产龙门加工中心的水平奠定了基础，配置的数控系统大部分为国外系统，国产替代仍有相当长的路要走。
 

　　从展会可以看到，随着航空航天、汽车制造、模具制造和医疗器械等行业的发展，龙门加工中心的需求旺盛，并将伴随着中国经济向高质量发展而加快升级步伐。
 

　　随着NC-Link数控装备工业互联通讯协议团体标准的贯彻实施，机床制造业将朝着数字化、智能化、网络化方向更快发展。
 

　　为了实现碳达峰、碳中和目标，企业应注重以绿色方式生产更加节能环保的产品。通用型的产品将逐渐被订制化的中高端产品所替代。