精益创新调整结构——第七届中国数控机床展览会展品评述

2012-10-24 13:06杨丽敏王延军

制造技术与机床 2012年12期

杨丽敏王延军

（中捷机床有限公司，辽宁沈阳 110043）

正值“十二五”开局之年，为期5天的第七届中国数控机床展览会（CCMT2012）在南京举行。展会以“紧跟需求升级，加速结构调整”为主题，诠释了机床工具行业的转型升级如何推进由大到强的转变，充分显示了展商与用户之间的互动。目前客户需求的已不止是单纯的机床，而是注重生产线和零件加工的整体解决方案。

机床工具行业由大变强已经在行业内外形成了广泛共识，并不同程度地成为行业内大部分企业的自觉行动。事实上由大变强已经成为行业工作的主旋律。在装备制造业这个更大的范围内，不少领域也都面临着由大变强的问题，并先后提出了转型升级的要求，这对于机床工具行业而言，既是新的发展机遇，又是更为紧迫的市场要求，同时也是和我国工业整体发展水平密切相关的。

本届展会是一次精品荟萃的大会，高档精品具备了当代世界先进制造技术发展趋势的基本技术特色，承载了机床人追求机床制造强国的希望与梦想。提高全行业综合素质和竞争力是所有展商的目标，大家都期待成为世界级民族机床的品牌。其中重型数控机床在“十一五”期间融入当代世界先进制造技术取得了巨大的成就，在本届展会上更加得以展示。

1 卧式加工机床

在偌大的展馆里，昆明机床展出的TGK46100高精度数控卧式坐标镗床（图1）、TH6920B落地铣镗加工中心以其赏心悦目的外观和精致独到的品质吸引了众多参观者的眼球。TGK46100高精度数控卧式坐标镗床作为高精度和高动态响应的工作母机，适用于箱体类、盘类及模具类等复杂零件的精密加工及尺寸、形状和位置精度要求高的孔系加工，可作为精密刻线样板、高精度划线样板、孔距及长度测量样板等，广泛用于汽车发动机缸体缸盖、变速箱、阀体、模具等零件的精密加工，是军工、航空、航天、船舶、交通、能源、刀具模具、汽车及机器制造业精密零件加工的理想设备。

主要结构特点:同轴直驱式机械主轴实现高精度高速加工;主轴与电动机直接耦合，获得更好的平稳性、热稳定性;主轴径向跳动0.002 mm，端面跳动0.001 mm;ZF减速机增大重切削所需的低速扭矩;满足高硬度特种材料高精度切削加工;10～6 000 r/min全转速区域主轴高精度旋转。高速加工得到高品质的加工面精度;主轴内冷延长刀具寿命，提高切削速度，有效排除切屑;主轴温度传感器监控加工过程中的主轴温度，自动补偿轴向热伸长。直线进给坐标采用伺服电动机直驱的双丝杠传动、双光栅尺反馈，直线坐标快移速度达到48 m/mmin。在精密制造、高刚性的传统之上，进一步提升高速高精度;延长机床精度劣化的周期;满足高生产效率和高精度加工的需求，达到更高的可靠性。工作台采用力矩电动机直接驱动避免传动背隙，达到更高速度及加速度;配合高精度圆光栅进行定位控制，达到极高的回转精度，满足高精度调头镗孔加工，采用滚动轴承作为旋转轴支撑导轨，刚性夹紧机构实现重切削到高精度平面铣削及镗孔加工。直线运动坐标采用进口高精度滚动直线导轨，导轨安装面经过手工精细刮研，实现高精度定位，排除滚动导轨产生的细微振动，防止振动通过刀具造成加工精度的劣化，使高品质加工成为可能。整体式床身3点支撑结构，热容积全体均等，不易产生扭曲、弯曲变形，保障机床整体刚度和稳定的高精度，确保运动精度和强力切削性能。X坐标与Y坐标成“箱中箱”布局，移动件质量减轻约1/3，始终保持移动物体的重心平衡，实现稳定的高精度加工。整体门式滑板保证主轴箱在Y坐标方向上具有较高的运动精度和稳定性。

主要参数:工作台尺寸1 000 mm×1 000 mm，主轴直径110 mm，主轴锥孔ISO50#（7∶24），主轴转速10～6 000 r/min，主电动机功率22 kW，滑板横向行程X为1 200 mm，Y主轴箱垂直行程1 100 mm，工作台滑座纵向行程Z为1 100 mm，工作台回转B向360°，任意X、Y、Z轴快移速度48 m/min，B轴快速回转速度5 r/min。

展会期间，昆明道斯展示了公司在欧洲研发设计的重型精密卧式加工中心－TOSPRES（图2）。先进的正挂式主轴箱结构、可伸缩性镗轴以及卓越的精度补偿功能等，使其一经亮相便获得了广泛的关注和赞誉。TOSPRES卧式加工中心代表了目前国内机床行业的领先水平，同时技术上紧密联系中国市场需求，从而使众多客户对其产生了浓厚兴趣并给予了高度评价。

结构特点:机床主轴系统采用两个主轴组——轴向和径向固定的铣轴内孔导向套可以轴向伸缩的镗轴;主轴轴承采用转速高、刚性好、精度高的进口轴承。为防止主轴在高速旋转时轴承温升过高而影响主轴精度，特采用恒温油冷却以降低轴承温升，保证了主轴的工作精度，同时，机床还带有主轴轴承温度实时监测装置，以防止主轴元件意外损坏。刀具采用碟形弹簧夹紧，液压松开，刀具装卸快捷方便;主轴前后支撑结构设计合理。主轴箱用液压平衡，同时设置意外卸压保护装置（机械抱闸）以防止主轴箱的掉落。工作台回转采用打齿圈平面支撑轴承，与一对小齿轮啮合传动，双电动机与德国stubor小背隙行星减速箱联接后直接与小齿轮联接，保证了工作台高的回转精度，具有很高的分度精度，确保了调头镗孔精度要求。X、Y、Z、W轴采用数字电动机和德国STOBER减速机，丝杠直接轴向连接，实现快速传动。锁紧方式:X、Z进给轴采用CNC控制止动，旋转轴B轴有机械液压夹紧机构，Y轴采用CNC止动外，配置专门机电锁紧机构。主轴具有抱闸锁紧机构。润滑系统中润滑脂填充永久润滑可供主要轴承和回转轴的进给传动机构和齿轮。自动的恒温油循环系统供主轴传动镗轴伸缩机构、主轴减速机构使用。自动润滑循环系统供转台传动机构、机床的所有导轨、丝杠支撑轴承使用。

主要技术参数:主轴直径160 mm，主轴转速10～2 500r/min，主轴电动机功率51 kW，主轴扭矩3 000 N·m，X向行程3 00～5 000 mm，Y向行程2 00～3 000 mm，Z向行程2 000～2 500 mm，W主轴移动1 000 mm，X、Y、Z、W进给范围1 ～8 000 mm/min，工作台回转进给B0.003～1.5 r/min，X、Y、Z快速进给为16 000 mm/min，W为 12 000 mm/min。

2 落地式加工中心

展会期间，昆机展台前可谓门庭若市，参观者、拍照者、咨询者、洽谈者络绎不绝，在详细了解昆机展品的结构及性能后，许多机床工具工业协会的老领导、行业的专家、国内外的同行都竖起了大拇指，TH6920B落地铣镗加工中心（图3）荣获组委会颁发的CCMT2012“春燕奖”。

TH6920B落地铣镗加工中心具有刚性好、精度高，性能可靠，操作方便等特点，可完成镗孔、钻孔、扩孔、切沟槽以及平面铣削等加工，广泛适用于重型机械、工程机械、矿上设备、大型电动机、船舶、钢铁、军工、核电设备等机械制造行业。特别是与多种特殊附件（万能头、垂直铣头、伸长铣头、高速头、平旋盘等）配合使用，能够进一步的扩大机床应用范围。另外，机床还有多种变型产品能适应用户的不同工艺要求。

结构特点:主轴采用高刚性、高精度的进口成组轴承，采用三档液压无级变速，具有变速范围宽，功率损失小，输出扭矩大的特点。滑枕内部采用了恒温油循环冷却方式对主轴轴系进行强制循环冷却，保证主轴的回转精度的稳定、可靠，减小主轴轴系的热变形，能满足用户对主轴大扭矩及高转速的要求。直线进给轴X、Y、Z均采用贴塑滑动导轨与滚动导轨结合的复合式导轨，贴塑面经过手工精细刮研，并通过光栅尺全闭环反馈，具有摩擦小、吸振性好、高频振动小、精度高等优点。机床的X轴采用双电动机进给机构，通过系统的双驱技术实现传动副间隙的自动消除，Y、Z、W进给机构通过昆机精密制造的减速机构与滚珠丝杠副组成的传动机构，保证了机床进给系统高精度和运动平稳性，满足用户高精度加工要求。机床滑枕采用了伺服随动平衡补偿机构，由伺服电动机、减速机、蜗轮、滚珠丝杠副减速箱、钢丝绳及测力传感器组成一个闭式的伺服平衡系统，对安装不同附件头及滑枕移动时产生挠度变化和重心偏移进行实时补偿，保证机床具有较高的加工精度。

主要技术参数:镗轴直径为200 mm，铣轴端部直径为300 mm，镗轴锥孔为ISO50#，刀柄规格JT50#，拉钉型号LD－50D，主轴转速2～1 250 r/min，滑枕端面尺寸480 mm×580 mm，立柱横向行程（X）10 000 mm，可加长主轴箱垂直行程（Y）4 000 mm，可加高滑枕轴向行程（Z）1 100 mm，镗轴轴向行程1 200 mm，快速移动X轴8 000 mm/min，Y轴6 000 mm/min，Z、W轴4 000 mm/min主电动机功率60 kW，铣轴最大扭矩12 200 N·m，镗轴最大扭矩6 000 N·m，主轴轴向抗力55 000 N，数控系统 SIEMENS。

山东法因数控机械股份有限公司顺应行业发展需要，紧跟时代步伐，首次推出FV200型数控落地镗铣加工中心（图4），在镗铣加工领域迈出全新的一步，引起业界的广泛关注。FV200型数控落地镗铣加工中心，是该公司与意大利Colgar公司合作生产，具有铣削、镗削、钻削、攻丝和锪孔等多种功能。机床的自动化程度、精度、性能等方面达到当今世界先进水平，是一台高速、高效、高精度的自动化机床，主轴最高转速6 000 r/min，X、Y、Z轴最高进给速度 40 m/min。广泛适用于军工、核电、风电、能源、冶金、船舶、航空、航天、交通等机械制造行业大型复杂工件的粗、精加工。自此，法因国际化的精髓和本质，将得以全面彰显。

结构特点:机床配备了数控静压回转工作台，可对工件不同方向进行加工，扩展了机床的加工工艺范围。还配有自动万能铣头可对工件进行立卧五面加工和四坐标联动曲面加工。配备了立卧自动换刀链式刀库和可自动更换附件头的头库。减少了更换刀具和附件头的时间，提高了机床自动化程度和生产效率。具有Y向滑台重心平衡伺服补偿和Z向滑枕变形伺服补偿装置，提高了加工精度。

主要技术参数:主轴锥孔ISO50，主轴最大扭矩（n≤310 r/min）（S1/S6）900/1 170 N·m，主轴转速（两档）恒扭矩5～310 r/min，恒功率310～6 000 r/min，滑枕截面尺寸430 mm×530 mm，立柱纵向行程（X轴）8 000 mm，主轴箱垂直行程（Y）4 000 mm，滑枕轴向行程（Z）1 500 mm，X、Y、Z轴最大进给速度 40 m/min，主轴电动机功率（S1/S6）29/37.5 kW，X、Y、Z轴最大进给力20 kN。

3 交换工作台式卧式加工中心

在本届展会，上海三一精机有限公司以强大阵容首次高调亮相业界大型数控机床展览会。三一精机携多台外观设计精美、内在配置高端的数控机床产品展示，其中，GMM30100APT七轴五联动龙门加工中心、HMSD250P卧式铣镗加工中心（图5）、MBF1660落地镗铣加工中心3台套大型设备同时展出，在国内尚属首次。该企业产品起点高，外观设计极具个性，钣金式结构和金属质感的色泽搭配，令人耳目一新，无论是操控性还是加工精度都很不错，体现了三一精机对品质严谨、细致的追求。

HMSD250P卧式铣镗加工中心共由5大模块组成，模块之间搭配合理，根据客户的需求对机床参数进行合理的设置，力求满足客户对机床的性能要求，便于生产组织。同时，模块分类适应未来新技术的应用，留有扩展空间可增设新功能和性能。

其结构功能特点:功率大、柔性强的工作主轴——主轴设计的出发点就是能够灵活地适应不同应用。主轴具有不同功率、转速和刀柄。油气润滑系统可使主轴轴承得到恒定和可靠的润滑，提高轴承寿命，使主轴精度长期稳定;自动托盘转换装置——托盘转换装置可以适合客户的各种特殊需求，包括双、三或更多托盘转换，从正面或侧面进给。加工的同时可以在装卸站对工件进行夹紧、再夹紧和松开操作;双丝杠结构——立柱轻量化，双电动机驱动，提高Y向快移速度和定位精度，传动可靠性高。单丝杠+两边排屑——结构成熟，布局优美，价格低，便于整机防护设计;宽敞的工作空间——更大的加工范围和更高的工件承重能力，能满足客户对一般工件的加工需求。

主要技术参数:工作台面尺寸2 500 mm×2 500 mm，工作台最大载荷20 t，X轴行程4 000 mm，Y轴行程2 500 mm，Z轴行程2 200 mm，W轴行程800 mm，主轴转速3 000 r/min，主轴电动机功率37/51 kW，刀库容量40～180把。

本次展会展出的HTM－160HA卧式加工中心（图6）是宁波海天精工机械有限公司采用国际先进技术，新开发的一款新型数控机床，与同类产品相比，具有高品质、高效率、高精度、高刚性、高速度、大扭矩等特点。

整体化主轴箱设计带W轴，大直径主轴由大跨度精密轴承支撑，可获得极高的精度和刚性，三档齿轮变速，动力强，噪声低，循环回路控制轴承及齿轮温升。主轴端面采用无管喷嘴设计，消除切屑的堆积，有利于工件的加工。主轴箱平衡系统采用3个蓄能器平衡主轴系统，系统波动小，可靠。

高刚性、长久的精度保持性机床采用整体T型铸造床身，龙门立柱，正挂箱主轴箱结构。床身内部布置三角加强筋，使床身结构厚重，从而使机床得到高刚性和长久稳定的精度。

工作台B轴通过一个双齿轮圈系统驱动，进行预载消隙。交换工作台站采用平行式双托盘自动交换方式，交换时间为90 s。

主要技术参数:工作台面尺寸1 800 mm×1 600 mm，工作台最大载荷10 000 kg，X轴行程2 500 mm，Y轴行程2 000 mm，Z轴行程1 500 mm，W轴行程700 mm，主轴转速20～2 500 r/min，主轴电动机功率AC37/30 kW刀库容量60把。

4 龙门式加工中心

三一精机展出的GMM30100APT七轴五联动龙门加工中心（图7）为龙门架固定，工作台移动，横梁移动（固定）龙门加工中心，具有刚性强、扭矩大、动态性能佳等特点。快速移动速度X轴为15 m/min，Y轴为15 m/min，Z轴为 10 m/min，W轴为 5 m/min，大扭矩主轴，主轴功率为60/84 kW，主轴扭矩为5 000 N·m，主轴最高转速为2 000 r/min。

其结构功能特点:高刚性龙门部件连接造就了高精度、高稳定性产品的基础，连接面积及接触面积均处于同行业领先。移动横梁采用4条宽导轨面及强力抱紧结构，同时实现横梁移动、固定两种状态下的刚性切削。整机全面采用热对称结构，将热位移对机床精度影响降低至最低。主轴电动机通过两档齿轮变速箱与主轴相连，实现主轴的低速大扭矩和高速恒功率切削。主轴单元所有结构优化设计，并加装多层冷却保护，以减小热源对主轴的影响。机床的滑枕、滑鞍、横梁、立柱、床身等部件，采用先进的设计理念和方法，得到最优化的部件结构。Z轴采用高速、高响应双电动机平衡驱动结构，实现实时、负载、预紧力优化，减少传动副及导向副的热量产生。X轴采用多导轨、中心驱动，全力打造动、精态高精度、高刚性的传动副。

济二展示的参展产品为XKV2730×60五轴联动数控龙门移动式镗铣床（图8）和力矩电动机驱动双摆角数控万能铣头，均是达到国际先进技术水平的自主研发成果。其中，XKV2730×60五轴联动镗铣床是展会中最大的机械五轴数控机床展品，以采用完全自主研发的40 kW高精度机械式五轴头、现场展示实物加工、形成市场化等独有特点，吸引了众多客户和参观者。

结构特点:龙门框架移动、工作台固定式结构。机床大件均采用钢板焊接结构或铸铁件结构，使机床整机具有良好的刚性和精度保持性能。直线轴采用直线运动导轨副:回转轴采用YRT径向－轴向组合轴承。直线轴采用双齿轮－齿条传动和预载双螺母滚珠丝杠传动;A轴采用交流伺服电动机通过齿轮减速传动;C轴电动机通过谐波降速器减速，驱动输出齿轮传动。A、C轴分别设有制动套式液压夹紧机构。刀具采用碟形弹簧拉紧，液压松刀。滑枕铣头采用液压油缸进行平衡，运动平稳。X、Y、Z三轴均采用光栅尺实现全闭环控制，A、C轴采用高精度角度编码器实现全闭环控制。数控系统采用SIEMENS数控系统，可以实现X、Y、Z、A、C五轴联动。机床各移动部件均配置可调式定时、定量稀油润滑装置;主传动采用稀油润滑;A、C轴轴承采用油脂润滑。

主要技术参数:工作台面尺寸3 000 mm×6 000 m，机床左右立柱间距 4 500 mm，龙门框架行程（X轴）6 500 mm，滑板横向行程（Y轴）48 500 mm，铣头滑枕行程（Z轴）1 500 mm，X、Y轴工作进给速度10～8 000 mm/min，Z轴工作进给速度10～5 000 mm/min，X、Y、Z轴快速移动速度10 000 mm/min，主轴功率40/5 0 kW，主轴转速范围5～1 600 r/min，主轴扭矩1 528/1 910 N·m，A轴摆角 ±95°，C轴摆角n×306°。

5 结语

从展会我们可以看到，近年来行业企业的发展进步已经为全行业实施由大变强的战略转变奠定了坚实的基础。我国机床工具行业“十一五”期间发展迅猛，成果显著，振奋人心!总之，发展成就是巨大的，但我们也应该看到制约行业发展的问题。首先由于市场需求的强劲和考核上的规模导向，行业企业在“十一五”期间普遍扩大了产能。产品大型、重型化，品种多样化，规格齐全化的现象十分普遍。有些生产小型通用机床的企业也纷纷上马大型落地镗铣床、龙门加工中心等大型、重型机床。在规模扩张中，企业的生产条件和工艺水平确有不同程度的改善，但产品技术升级并不显著。产品结构的雷同化、低档大型和重型机床产能过剩等问题相当严重。因此，就行业总体来看，我们仍然没有根本摆脱以规模扩张为主要特征的发展模式。我们的产业规模虽然很大，但产品结构水平偏低，仍然处于全球产业链的中低端。其次，在增长速度的回落和全社会调结构、转变方式双重因素的作用下，目前市场需求结构正在加速升级。这一趋势将使得原本中高端市场需求不能满足、中低端市场产能过剩的产业结构矛盾愈加突出。不进行战略转变，行业的生存和发展都将发生问题。

技术依赖的心态在生产方和需求方都打下了深刻的烙印。有的生产企业看到很大的技术落差，失去了信心。一些用户，不相信本国企业的技术能力，不愿给本国创新产品提供竞争的机会。另外，体制上的掣肘有时阻碍了本国创新技术的产业化突破。产品市场竞争力的强弱决定着市场占有率的高低。在制约产品市场竞争力的质量、价格、服务及交货期四要素中，当前的主要矛盾是质量。质量问题的要害问题是深层次技术和产业化技术不过关。行业企业要采取综合性措施，在产品的市场适应性和质量可靠性上下功夫;在产业化环节上下功夫;在制约中高档数控机床市场竞争力的深层次技术上下功夫。切实解决“形似神不似”的问题，使国产中高档数控机床的综合市场竞争力得到显著提升。

做出调整和改变是必须的，否则我们将止步于大，不可能变强，或者连大的地位也保不住。行业由大变强不仅需要中国自己的MAZAK、DMG，更需要众多中小规模但具有独特优势的专精特企业。所以我们必须正确把握规模与结构、外延与内涵、全与专的关系，转移工作重心，调整资源投向，只有这样才是符合发展新阶段要求的正确选择。