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杭州机床集团有限公司
杭州机床集团有限公司 (编号 890) http://www.hzmtg.com/
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平面磨床评述
作者:杭州机床集团 姚峻    来源:《精密制造与自动化》
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磨床/珩磨设备展厅
平面磨床, 外圆磨床, 无心磨床, 内圆磨床, 万能磨床, ...
第十届中国国际机床展览(CIMT 2007)集成了当今机床技术发展的精华,体现了“高速、高精、高效、复合、环保”的发展方向,代表了当今制造技术发展的新水平。从平面磨床展品来说,来自国内、德国、日本以及台湾地区的著名生产厂展出了一批水平较高的展品。

1.主要展品介绍:

作为国内平面磨床的主要生产厂-杭州机床集团展出了4台展品,其中有国内首台成形磨削加工中心、国内首台采用直线电机的超精平面磨床和加入杭机集团的德国aba公司的STARLINE 500平面磨床,这些展品反映了近几年该公司技术进步。

1.1 MKH450成形磨削加工中心

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图1 MKH450成形磨削加工中心

该机床主要用于磨削航空发动机或燃汽轮机的叶片,能在一次装夹下实现叶片多部位、多道工序的集中磨削加工,能实现自动更换砂轮,砂轮库可装6片砂轮;机床还配有相应的砂轮修整中心,金刚滚轮一一对应修整砂轮库中的砂轮,砂轮大小和位置参数以及对应的砂轮喷嘴位置参数均存贮在数控系统中,会自动更新。冷却喷嘴随动,会随着砂轮修整尺寸变化而自动进行调整。机床采用西门子840D八轴数控系统,具有五轴联动功能,多轴上有高精度光栅位置反馈全封闭控制,砂轮的速度有恒线速控制。机床的造型新颖,采用全封闭的罩壳。

磨削加工中心的历史还不长,但它是当今磨削技术进步的主要标志,代表了磨床技术的发展方向。磨削加工中心是一项集磨削技术、CNC控制技术、自动测量、砂轮交换等技术于一体的综合性技术。

磨削加工中心的类型有加工中心的延长型和常规磨床的延长型二种,常规磨床的延长型的磨削加工中心比较实用和可靠。这一台磨加工中心是典型的复合磨削技术,几道磨削工序集中在一台机床上完成。这台磨削加工中心具有自主知识产权,机床的总体技术较高,在展览会上引起国内外众多磨床专家的关注。

1.2 MUGK7120×5超精密卧轴矩台平面磨床

该台平面磨床,是国内首台采用直线电机驱动的平面磨床。机床的总体布局为立柱中腰移动式,磨头主轴采用动静压轴承支承,主轴电机为伺服电机,纵向、横向、垂直三向均为机电传动,冷却和磨头液压系统有严格的温度控制。磨头的垂直进给量最小可达到0.1μm,实现了超精磨削加工。该机除磨平面、侧面外,还可用于异型面的成形加工。机床的工作台200mm×500mm。机床采用全封闭罩壳,外型美观。

与国外超精平磨相比,我们只是刚刚起步,无论是实用性、精度、精度保持性和用户的认知度都还要在实践中验证。

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图2 MUGK7120×5型超精密卧轴矩台平面磨床

1.3 德国aba z&b公司的Starline 800A型精密平面磨床

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图3 Starline 800A型精密平面磨床

德国aba z&b公司是欧洲最著名的磨床生产厂之一,磨头移动式平磨是主导品种,其中STARLINE 系列是通用平磨,ECOLINE是一种高效价廉的经济型系列,该系列工作台宽度最大为800mm;而另一个规格更大的MULTILINE系列,最大磨削宽度达1100mm。早在1993年第三届中国国际机床展览会上,aba公司曾展出一台FFU3000/700平磨,长度3000mm、宽度700mm,机床的横向精度较高,在600mm的磨削宽度上平行度≤0.005mm,在3000长度上磨削精度≤0.008mm,可满足高精度磨削的要求。

Starline 800A精密平面磨床是性价比高的基型机床,拖板移动式设计。机床适用于对精度要求很高的工具与机床制造,工作台高度对精密加工最佳,半封闭的机床罩壳具有容易接近性和易维护性。机床具有极高的静态和动态刚度和极佳的精度,在所有的轴向上都采用无间隙预加负载的直线滚动导轨,导轨之间尽可能大的间距,极大多数零件由优质材料制成。机床采用用户友好型的Siemens LC控制,用触摸屏进行会话式编程,极简单的手动操作功能和自动程序,有丰富的教示功能,能进行补偿的自动直缘砂轮修整程序。这台机床是aba z&b公司于2006年加盟杭机集团以后,首次展出的机床。

1.4 斯来福临集团BLOHM公司的PLANOMAT 408HP数控平面成形磨床和K-P36精密数控平面磨床

PLANOMAT 408HP数控平面成形磨床已多次在我国展出,就现在国际同类品种而言,这是中档的数控成形磨。本次展出的与上届CIMT展出的基本一样,各轴向均采用直线导轨,运动速度较高,其中X轴达到40m/min,Y轴和Z轴为6m/min,运动加速度也较高,X轴达3m/s²,Y、Z轴为2m/ s²。机床的性价比提高约30%。滚珠丝杠驱动运行安静,噪声低,仅为69db(A)。机床数控系统采用了与西门子公司合作的EASY TOUCH,这一控制系统是普通磨床和CNC磨床之间的过渡,编程用触摸屏上的图形和符号进行。也可使用西门子810D或840D。展出的样机已售与江苏镇江大力液压马达有限公司。

BLOHM公司展出的一台本土化的K-P36精密数控平面磨床引人注目,该机床是国际斯来福临集团实行中国本土化生产后,在江苏太仓斯来福临工厂制造的,是专门为中国用户量身定制的。该机床实际上就是原来的PRECIMAT系列。机床是低床身、厚拖板结构,拖板移动式布局。机床的三向运动均为交流伺服电机和滚珠丝缸驱动,是实用型高精度平面磨床。机床的控制装置是在西门子802数控系统的基础上,由斯来福临和西门子联合开发的。有多个固定化的程序,操作方便,即使无任何数控编程经验的人员,也可以方便地进行操作。

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图4 K-P306精密数控平磨

1.5 国际斯来福临集团JUNG公司的JE525/PA37K精密平面磨床

JE系列JUNG公司较新的产品系列,可以完成平面、槽、成形等操作。JUNG平磨是传统的立柱升降式结构,机床导轨是双V结构、精心的热平衡、机床主轴经过优化处理,使JUNG平磨成为国际上著名的精密机床,尤其适用于精密模具的磨削加工,日本历年来进口了数量较多的JUNG平磨。该机床的垂直、横向配置光栅数显尺,机床磨头上方装有JUNG公司精心设计的PA37K四轴CNC控制砂轮修整器,据称是最先进的修整技术,是一只多头修整器。机床可用于往复式磨削和强力成形磨削。用户的操作界面颇具特色,纯平薄膜彩色显示屏,触摸式按键,图形界面带注解式菜单。控制台配两个电子手轮,机床设置时饿快速定位。需要时两个轴可同时定位,改写功能允许参数变化,不用中断磨削及修整程序,各轴运动可单独灵活控制。

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图5 JUNG公司展出的JE525/PA37K精密平面磨床

1.6 日本冈本(OKAMOTO)PSG63DXB平磨和PSG-104CA2 CNC精密平磨

PSG63DXB系普通机型的平面磨床,纵向为液压传动,垂直和横向驱动采用交流伺服电机。所有的操作开关都集中在操纵台上。工件可自动加工,并进行自动修整砂轮。作为普通机型的机床,垂直进给最小设定值为0.1μm,使用于高精度的加工需要。

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图6 PSG63DXB全自动精密平面磨床

冈本公司另一台展品是PSG104CA2型CNC精密数控平面磨床。机床的主要特点:采用一体式T型结构,机床的刚性好;横向为立柱移动式,减少复合误差。纵向运动的导轨是高精度、高刚性的加长导轨,工作台的运动平稳,承载力大。工作台作业面1016×400mm,工作台的承载1000kg。机床的控制系统是垂直和横向二轴数控,可同时控制二轴,可用对话式和G代码的程序进行多种形状的成形磨床。机床采用全封闭的罩壳,在工作台往复运动的范围内都封闭,因此机床看起来比一般的机床要长,造型美观。

1.7台湾磨床企业的展品:

在展览会上展出的有福裕、上一、建德、龙扬等企业的产品。

1)福裕 SMART B1224CNC成形磨床

这是一台小型的数控成形磨床,机床采用福裕公司自行开发的SMART高智能对话式控制器,使用方便。在众多的台湾企业中,福裕品牌的平磨尤其是缓进给成形磨床制造水平较高,产品中有一多半出口,而在低档平磨市场上很少。

2) 嘉兴上一(Proth)公司展出2台中小规格的平磨

嘉兴上一(Proth)公司展出了2台中小规格平磨,即PSGS-4080AHR和PSGC50150AHR,规格分别是400mm×800mm和500mm×1500mm。该公司平磨产品系列完整,品种较多,质量为台湾精品。小型机采用拖板移动,中型机采用立柱移动,而大型机为磨头移动,还有大型双立柱龙门平磨、卧轴圆台平磨、有立卧式磨头的龙门圆台平磨。

3) 浙江荣德KGS-85NC2精密平面磨床

浙江荣德公司是台湾建德公司的子公司,建立于1993年。公司现有员工250人,年产机床4000台,月均300台,年销售额1.5亿人民币。荣德牌平磨被评为杭州市名牌。生产方式采用台湾制造企业惯用的零部件采购方式,如平磨油缸由东阳恒拓机械供应,许多部件直接来自台湾,确保优质低价,该厂产品由于价格较低,适合用户的消费水平。

4)台湾宇青平磨

位于苏州工业园的龙扬机械有限公司展出了几台宇青品牌的手动平磨。机床的制作较精细,在模具行业有较好的品牌认知度。

2 国内外平磨产品的对比

近年来,国内的平面磨床制造水平虽然有了明显的提高,但不可否认的是无论是高档的多轴联动数控的强力成形磨床、磨削加工中心,中档的数控平磨还是常规平磨,或者是传统的手动平磨,与国外先进水平相比仍有不小的差距。

以高档的数控成形磨和磨加工中心为例,本次展出的MKH450成形磨削加工中心确实显示了我国在这个领域的新成就,但与国外先进的高档产品相比,仅仅迈出了第一步。比如,在2005年的欧洲机床展览会上,磨加工中心已从单纯的磨头交换发展到砂轮和铣、钻等刀具混合型交换,以便在工件一次装夹后就完成所有工序的加工。使磨床从总体上增强了与硬切削技术竞争的能力。BLOHM公司的一台型号为PROKOS 5A的生产型磨床,实际上是一台小型的五轴联动的磨加工中心,其磨削范围(L×W)为300×300mm,主要针对叶片圆弧齿的加工。机床的用途广泛,可供汽轮机叶片制造、轴承工业、机床工业、工具制造等精密加工使用。该机床集中展示了BLOHM公司的一些最新研究成果,如:机床三向(X、Y、Z)进给均采用直线电机,速度可达120m/min,磨头转速为12000rpm,通过砂轮交换,可实现工件一次装夹,完成多个型面磨削加工。该机床若是用于叶片圆弧齿的加工,突破了传统的磨削工艺方式,即不再采用缓进磨削加工方式,而是采用微量进给快速磨削加工方式,在保证精度前提下提高效率与表面质量。机床还可配置供选用的刀具交换系统,使复杂的工件在一次装夹中完成磨、铣、钻加工。MAEGERLE公司制造的带自动换刀器的精巧的缓进给磨削中心,把为用户的加工提高到新的水平。用这台缓进给磨削中心用大约10min时间加工一只转子叶片。

在普通平磨方面,与国外也有明显差距,如砂轮的线速度、最小垂直进给量等,在磨削效率和机床制造工艺水平方面亦有差距,就连最简单的手动平磨,与国外以至台湾的同类产品相比,存在不少差距,如纵向手轮的手柄力,国际先进水平只有60克,我们的大大高于这个数值。机床所存在的钢丝绳易断、电磁阀容易损坏等老大难问题长期未得到解决。

3 平面磨床技术的发展趋势

3.1 高速化潮流

砂轮线速度和工作台运动速度高速化已成普遍潮流。由于采用了直线导轨、直线电机、静压丝杠等先进的功能部件技术,运动速度有很大提高,而且提高的幅度是以前很难想象的。高速、高效、高精度和高柔性确实是当今国际机床发展的方向。随着技术的进步,高速化越来越向普及的方向发展。

如MAEGERLE公司的MFP160.50.65精密平磨,主轴功率75Kw,转速最高达5000r/min,砂轮线速度在100m/s以上,机床工作台的往复速度40m/min,也高于常规的30m/min;BLOHM五轴联动磨削加工中心,机床的三向进给均采用了直线电机,速度达到120m/min,磨头的转速12000r/min;JUNG公司的C740D平面磨床工作台往复速度也达到40m/min;日本冈本平面磨床的纵向进给也采用了直线电机驱动,最高速度达到100m/min,磨头主轴转速达到 10000r/min,砂轮线速度在100m/s以上。目前,国际上平面磨床工作台往复速度最高可达200m/min,工作台的加速度50m/s²。

3.2 采用先进的功能部件提高磨床性能

应用日益普及的直线电机、直线滚动导轨,大大提升了平磨的运动性能。新的驱动技术除了现有的静压导轨以外,还在X轴上首次采用静压丝杠。这个新部件确保把通常采用丝杠产生的振动降低到最小,提供比用直线驱动高15倍之多的动态刚性。其优点是:最大的阻尼特性和进给力,加上在丝杠轴和螺母之间无磨损的运行。此外,与直线驱动相比,能量消耗要低10倍以上,不会产生任何热。

3.3 磨加工中心的小型化、实用化和复合化

磨加工中心的发展已有20多年的历史,随着磨削加工技术和计算机技术的不断进步,磨加工中心的制造水平不断提高。磨加工中心是一种柔性的磨削加工系统,它的技术基础是机电一体化和计算机技术。复合化加工成为方向,机床从原来单纯的磨头交换发展到砂轮和铣、钻等刀具混合型交换,以便在工件一次装夹后就完成所有工序的加工。因此,磨削加工中心的发展趋势是小型化、实用化和复合化。磨床从总体上增强了与硬切削技术竞争的能力。

3.4 机电一体化

随着数控技术的发展,机电一体化的平面磨床越来越普遍,三向运动均采用了机电传动,其中纵向运动采用了直线电机或滚珠丝杠-伺服电机结构,用以替代传统液压传动。

3.5不断提高和完善砂轮修整技术

砂轮的修整是磨床的重要功能,因此,各公司都十分注重对砂轮修整的研究和创新。JUNG公司根据磨削工件,修整装置可装在工作台上或直接装在磨头上。当成形修整时,可选择多头金刚石修整器,也可用驱动的金刚轮,这种修整器在世界上是独特的。工作可靠、调节时间节省的自动的金刚石调整绝对是一个亮点 。

3.6 数控技术普及化,水平不断提高

各公司研究实用性的数控系统,能更贴近用户、贴近操作者,成为用户友好型的控制装置。许多公司以自己的优势技术为基础,与著名的数控装置生产厂如FANUC、西门子等一起研究适合平面、成形面磨削的数控系统,大大提高了磨床的数控化率。

MAEGERLE公司最新的MFP数控磨床,在世界上首次采用最新的驱动技术和西门子最新一代的SINUMERIK在线控制的数控装置。MFP磨床上还装有西门子840D在线控制的数控装置,这种新的控制器最大的优点是通过采用NCU710、NCU720和NCU730新数控装置实现有创新的网络技术。这种新一代的驱动装置有以下优点:按标准设计的坐标组合、所有部件系统范围的电子连接。

3.7 注重对机床外型的改进

机床除了有优良的性能、精度以外,必须有美观的外型和色彩.。机床的外型和色彩都具有时代的特征,从大圆角演变到小圆角和直线条,从比较繁复演变到简洁。色彩从单色变为双色或多色,甚至绘有图案。当前在直线条的基本格局下,在造型和细节方面有一些变化,使机床更美观大方。

如日本冈本公司平磨展品外型变化非常大,基本上已看不出当年的样子。机床多采用半封闭的挡水板设计或全封闭罩壳,机床的冷作件质量好,给人舒服愉悦的感觉。意大利的ROSA公司LINEA IRON平磨外观的变化多,颜色艳丽,在全封闭的罩壳上用红绿线条点缀,给人印象较深。数控成形磨床和磨加工中心都采用全封闭罩壳,从外型上看更象是一台加工中心,由于体积较小,造型简洁流畅。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (12/15/2007)
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