國外龍門加工中心的結構特點及先進性能

    根據工廠實際生產和產品開發的需要，大連機車車輛廠決定引進一臺高水平的龍門加工中心用于加工柴油機機體。為此，我們曾多次與德國、法國、日本及西班牙等國家的十幾個龍門加工中心制造商進行了廣泛深入的技術交流，充分了解當代高水平龍門加工中心的結構特點及先進性能，從十幾個生產廠家中挑選出性能價格比高的機床作為設備選型的候選對象，并綜述如下，借同行參考。

1 工作臺

    龍門加工中心的工作臺基本上是長方形的。工作臺、床身、立柱、橫梁和滑枕等大鑄件采用米漢納鑄鐵，鑄件內腔系蜂巢式復合排列結構，設計先進，均經時效及二次回火處理，消除殘留內應力使材質穩定，確保工件加工精度的穩定及機床壽命。

工作臺的類型

    工作臺是裝卸工件的地方。由于柴油機機體重量約為6t，需要用吊車裝卸，裝卸時間較長。為了減少輔助時間，采用雙工作臺。工作臺分為串聯工作臺和交換工作臺兩種類型。串聯的兩個工作臺既可以自動結合用于加工較大、較長的工件，又可以自動分離用其中的一個工作臺進行加工，用另一個工作臺進行工件的裝卸和調整，以提高機床的實際使用效率。這種類型的工作臺的優點是承載量大、結構簡單、價格低，缺點是占地面積大。交換工作臺一般采用托盤交換方式，承載量小、結構復雜、價格高、占地面積小。

導軌型式

    導軌用于承受工作臺和工件的負載及引導工作臺做直線運動，分為靜壓導軌和滾動導軌兩種形式。靜壓導軌采用液壓方式，其優點是摩擦系數極小，無粘結滑移現象；導軌面局部的凹凸不影響移動精度；非接觸引導無軌面磨損；移動時無噪音；受溫度變化的影響較��；有吸收共振的功能；剛性較好。其缺點是需要有氣壓或油壓供應；軌面需耐蝕。為了在大承載量的時候進行高精度加工，采用相對載荷變化油膜厚度不變的定壓比閥式的靜壓導軌，并采用高效、高精度進給的靜壓蝸桿齒條傳動。滾動導軌分為滾柱導軌和滾珠導軌，直線滾柱導軌比滾珠導軌剛度高，阻尼性能也更好。滾動導軌的滾動體采用德INA公司的產品，由該公司將滾動體預裝在支架里，每個支架可以接受135kN的動載荷或 305kN的靜載荷。龍門加工中心制造商在安裝滾動導軌時，根據工作臺的結構和被加工的工件，在600mm～1000mm的范圍內調整滾動體支架的間距，而無需用戶調整和維護。

2 龍門

    龍門由一個橫梁和兩個立柱構成。分為橫梁固定、橫梁靠定位塊鎖定分段升降和橫梁任意升降三種類型。橫梁固定型結構機床剛性好，但不適合加工高大的工件，因為在加工靠近工作臺面的工件部位時，滑枕伸出長度過大，加工剛性較差，影響加工尺寸精度；橫梁靠定位塊鎖定分段升降型結構機床剛性較好，但橫梁升降運動不能與滑枕上下移動聯動，且操作較復雜；橫梁任意升降型結構橫梁升降運動可以與滑枕上下移動聯動，加工范圍較廣，適合新產品開發。立柱和橫梁的橫截面為矩形，剛性好，可耐重切削并長期保持高精度。主軸箱在橫梁上的導軌有自重平衡裝置，其動作靈活、迅速且準確。由于主軸箱左右移動時，橫梁升降用滾珠絲杠所受負載有變動，使精度降低，所以采用配置在橫梁左右兩側的油缸來平衡主軸箱左右移動造成的變動負載和橫梁本身的自重，以提高機床的精度。

3 滑枕

    滑枕從結構上可分為開式和閉式兩種型式。開式結構的滑枕通過壓板夾緊在主軸箱上，滑枕的截面積大；閉式結構的滑枕被夾緊在主軸箱內，滑枕的截面積小。主軸箱內有液壓平衡裝置，使滑枕上下移動靈活，可實現強力重切削。主軸滑枕內部采用強制內冷卻，即使作長時間連續重切削，也可保持高精度�；�枕的行程以滿足工件側面下部的加工要求為宜，不宜太長，以免影響加工時的機床剛度。自動更換附件頭裝置采用大直徑的鼠齒盤和強力液壓夾緊機構，動作簡單，附件頭可進行重切削，主軸的分度簡單準確。當鼠齒盤齒數為72時，主軸的最小分度為5o;當鼠齒盤齒數為144時，主軸的最小分度為2.5o。主軸可進行空轉，定心、換刀很方便�；�枕采用一體型的結構，以提高機床的剛性。

4 刀庫

    刀庫的基本型式有轉塔型、輪鼓型和鏈長型三種。轉塔型刀庫的刀具儲存在一個轉塔上，通過主軸旋轉選刀，沒有換刀臂，刀具數量有限，一般僅用于小型機床；輪鼓型刀庫的刀具儲存在一個圓型輪鼓的圓周上，通過輪鼓旋轉選刀，使用較普遍；鏈條型刀庫的刀具儲存在類似鏈條的環節上，通過鏈輪驅動選刀，刀庫外形變化較多，可適用于大、中、小型機床。大型龍門加工中心多采用立式鏈條型刀庫。刀庫配置在立柱的側面，利用具有雙夾持器的走行機械手自動進行垂直主軸和水平主軸的刀具交換，以減少刀具交換的非加工時間。ATC(自動換刀具)裝置采用固定地址自由選擇換刀，即使工件發生更換，也不必每次更換刀庫中的刀具，程序的編制和修改容易。ATC裝置的結構緊湊，不需要太大的占地面積。

5 附件頭庫

    大型復雜零件的加工通常需要很多附件頭。附件頭根據工件的加工要求進行特殊設計，一般分為直角頭、加長頭、特殊角度頭及萬能頭等。附件頭庫可以容納很多附件頭，附件頭的更換方式分為半自動和自動兩種型式。半自型的附件頭旋轉在帶滑輪的小車上，由操作工沿著軌道將其推到一個固定位置上，再通過機械手更換；自動型可以自動交換附件頭，減輕工人的勞動強度，提高機床的自動化水平。

6 數控系統

    數控系統一般采用德國 SIEMENS公司的SINUMERIK840C和840D或日本FANUC公司的15、16系列，數控軸采用全閉環控制。進給系統采用大扭矩低慣量的交流伺服電機，通過大導程的精密滾珠絲杠實現快速進給。機床進給的最高分辨率可達0.001mm/pulse,為了保證高精度機床的反饋檢測的高分辨率，作為控制系統反饋檢測元件的脈沖編碼器，也從每轉2萬脈沖增至每轉10萬脈沖。測量系統一般采用德國HEIDENHAIN公司的密封線性測量系統和旋轉編碼器�？刂戚S由X軸(工作臺縱向移動)、Y軸(主軸箱橫向移動)、Z軸(主軸滑枕上下移動)和W軸(橫梁升降)構成�？刂戚S采用精密滾珠絲杠和預載雙螺母傳動，無間隙，動作靈活，可長期保持高精度。

ISO標準 VDI標準 NMTBA標準 JIS標準

    目標點數 2米以內：5點/m,大于2米點數增加 與軸向長度有關，至少5點 未規定，但舉例中為20點 與長度有關，1米以內：1點/50mm;以后：1點/100mm

    每點測量次數 每個方向至少5次 每個方向每米10次 至少7次 定位精度每個方向測1次，重復定位精度測7次

    單向/雙向趨近 建議采用雙向 建議采用雙向 建議采向單向 建議采用雙向

    定位精度 不考慮位置和運動方向，取X+3∑和X-3∑極限值之間的最大差值 與ISO標準相類似，用“定位不精確度”表示 與ISO標準相類似，用“精度”表示 與另三者中的任一個都不同，取任意實際位置和目標位置之間測出的最大變化量

重復定位精度 取各目標位置上的最大離散值 與ISO標準相類似 與ISO標準相類似 與另三者中的任一個都不同，取目標位置的最大離散值的一半再加上±

7 精度

    機床的精度是指機床在未受外載荷的條件下的原始精度。精度通常用它的反面—與理想狀態之間的偏差(簡稱誤差)來表示，誤差越小，則精度越高。一般來說，精度是指一臺機床的刀尖到達程序所設定的目標的能力。當判斷一臺數控機床的精度高低時，首先必須確定其采用哪種精度檢驗標準。目前主要有四種精度檢驗標準，即國際標準(ISO)、德國通則(VDI/DGQ3441)、美國機床制造者協會(現更名為美國制造技術協會)標準(NMTBA)和日本工業標準 (JIS)。日本機床制造商往往采用JIS標準，美國機床制造商通常采用NMTBA標準，歐洲特別是德國機床制造商常參照VDI/DGQ3441通則，目前只有較少的機床制造商采用ISO標準。同一臺機床，根據JIS標準得出的精度大大高于根據其他三種標準得出的精度。上述四種標準主要區別于①目標點數； ②移動次數；③移動是單向(從同一方向)趨近還是雙向(從兩個方向)趨近；④最重要的是如何計算精度和其他術語值。詳見附表。

8 結語

    綜上所述，一般地說，日本制造的龍門加工中心與歐美特別是德國制造的龍門加工中心相比，有一定的差距。日本的機床精度、剛度比德國的低，使用壽命比德國的短，主軸電機功率也比德國的小，但日本的機床占地面積比德國的小，機床價格也比德國的低。