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数控机床/铣床 |
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航空制造中的高端制造与机床 |
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作者：四川长征机床集团有限公司 赖小波 来源：中国机械与金属 |
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四川长征机床集团有限公司，前身为长征机床厂，1966年响应国家“三线建设”号召，由北京第一机床厂部分内迁到四川省自贡巿，作为一家专业从事数控机床研发、生产的国家机电工业重点骨干企业，为中国国民经济的发展提供了大量先进的装备。1966年，北京第一机床厂部分内迁自贡巿包建成立了长征机床厂，长征机床经过44年的发展，拥有13大系列60多个品种的数控机床。产品远销美国、德国、意大利、巴西、印度等国家，也是将重型高端五轴联动龙门加工中心出口欧美发达国家的首家企业。
面对目前中国机床行业“大而不强”、高端机床依赖进口的局面，长征人经过不懈的努力，在自主研发高端数控机床方面取得了重大的进步。以航空航天领域的应用为例，让我们一起感受长征人取得的成绩。
适用于高速高精加工的横梁移动龙门加工中心GM系列
横梁移动龙门加工中心是一种高架桥式结构的加工机床，工作台不运动，机床的所有运动（X、Y、Z及A、C轴）都由刀具运动来完成，相对与其他结构，运动惯量较小，从而可以改善动态性能和提高加工速度，即使在大行程下亦可达到高的稳定性，是大型高速加工机床的最优结构。
长征公司于2000年开始研制横梁移动龙门加工中心系列产品，填补了国内空白、获得多项国家、省巿的奖项。2009年中标国家“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项；获国家“高档数控机床重大专项”高速五轴龙门加工中心课题。自2002年开始研发横梁移动龙门加工中心开始，至今已实现产销70多台，其中9台高速龙门五轴加工中心出口欧美，哈尔滨飞机公司、昌河飞机公司、成都飞机工业（集团）公司、美国United Tool、德国Mueller、意大利MULTARI等均采购了GMC系列产品。
此外，长征公司承担了起草《五轴联动高架横梁移动龙门铣床技术条件》国家标准，已经获得国家铣床标委会的批准，这也是长征人在做大做强中迈出的坚实一步。
在用户现场正在加工中的飞机结构件
横梁移动龙门加工中心的卓越性能
长征研发的横梁移动龙门加工中心GM系列的工作台固定不动，加工动态性能不受工件重量的影响（定梁龙门工件重量会使加工动态性能产生波动）。机床的承载是同规格定梁龙门机床的2~3倍，动态性能好；与定梁龙门相比，由于运动部分是相对较轻的横梁、十字滑座、滑枕部分，导轨除滑枕采用滚柱直线导轨，承载大、摩擦系数小，机床具有很好的动态响应特性，适于高速加工；采用了双驱同步技术，重心驱动，使机床的性能得到进一步提升；由于运动部件都在墙体上，防水性能好；机床的占地面积只有相同规格的定梁龙门机床的3/5左右，大大节约了安装空间。
相比同行业同类产品，横梁移动龙门加工中心GM系列具有以下优势：
（1）机床采用的是整体的优质铸件墙体结构，具有更强的吸震性，提高了机床稳定性；
（2）对于较长丝杠的传动结构都采用丝杠固定，螺母旋转的结构，这种结构易于实现丝杠的中空内冷，减少丝杠发热对精度的影响；
（3）对于超长的丝杠传动，申请了机床传动丝杠的无动力随动辅助支承装置专利，专利号：ZL200720079032.0；
（4）对大跨度横梁连接申请了大跨度机床构件的安装结构专利，专利号：201020200274.2；
（5）对提高机床精度申请了机床位置环热变形的补偿方法专利，专利号：201020200366.0；
（6）X、Y轴采用了丝杠固定不动、螺母旋转驱动的结构形式，避免了长丝杠旋转的诸多弊病，自主研制的传动丝杠的无动力随动辅助支承装置 ，解决了丝杠过长而产生的绕度变形的问题，提高了机床定位精度，申请了专利，专利号：ZL200720079032.0；当X轴行程超过6000mm时，采用齿轮齿条传动结构。
重大专项鉴定委员会的评价
2011年9月，四川长征机床公司担负的国家科技重大专项GMC4000H/2五坐标横梁移动龙门加工中心，通过了四川省科技厅组织的鉴定委员会的鉴定。中国机床工具工业协会名誉理事长于成廷，工信部装备司机械处王建宇处长出席鉴定会。
GMC4000H/2五坐标横梁移动龙门加工中心
鉴定委员会主任、中国工程院院士谭建荣，对五坐标横梁移动龙门加工中心的技术资料、样机的质量和安全性能等进行了详细的专业鉴定，认为：GMC4000H/2五坐标横梁移动龙门加工中心的研发是成功的，整机主要性能指标达到国内同类产品领先水平，在机床热变形动态补偿技术、用热不敏感材料补偿位置环精度技术、大型基础部件应力自释放技术和智能化冷却技术等方面有创新，达到国际同类产品先进技术水平，鉴定委员会同意通过鉴定。建议尽快形成产业化生产。
该样机通过鉴定，标志着长征机床公司在高端数控机床的掌握上又迈进了新的一步。
适用于叶片加工的五轴联动加工中心LV系列
航空工业等的蓬勃发展，带动了叶片零件的需求。长征机床自上世纪90年底开始生产三轴和四轴叶片加工机床，2000年完成了第一台五轴联动叶片加工机床的研制，现已形成大、中、小型五轴叶片加工中心系列，囊括了长度2000mm以下、回转直径500mm以下所有规格叶片的加工。对于型面简单、精度要求不高的叶片可用四轴加工、三轴立加增加转台构成四轴联动加工叶片；而型面复杂、轮廓精度要求高的叶片则需要用五轴加工。
LV系列五轴联动加工中心的成熟技术
长征机床研发的LV系列五轴联动加工中心技术已经相当成熟。该系列加工中心配备了大扭矩、高刚性、响应快的摆头结构以及大扭矩、高刚性的高速转台，合理的机床布局，可满足空间曲面叶片加工的刚性和各轴间的匹配性。
LVC600、LVC900五轴叶片加工机床加工零件示意图
根据大型叶片和中小叶片加工工艺和性能的不同，长征机床设计了两种结构的五轴叶片加工中心：
(1）LVC600、LVC900五轴叶片加工机床：主轴箱以Y轴为轴心，摆动为B轴，转台以X为轴，心旋转为A轴，主轴箱在立柱上上下运动为Z轴；工作台在床身上前后运动为Y向，立柱在床身上左右运动为X向。顶尖前后移动，适应不同长度叶片的加工。机床配备的Z轴双趋同步，符合重心驱动原理，提高了Z轴的响应速度。独特的摆头结构，摆动机构偏心放置，摆长短，匹配性好、刚性好。刀尖距离摆动头回转中心线近，减少了刀具的切向速度，与三个直线轴的匹配性好，有利于提高轮廓面的加工精度。 配备自制的高速转台，采用齿轮传动，效率高、刚性好、耐磨性强。
（2）LVC2000五轴叶片加工中心机床：这是长征机床根据大型叶片的加工特点，与东汽合作开发的全新结构的五轴叶片加工中心，属国内首创，实际加工能力达到国际先进水平。通过合理的机床布局，确保五轴运动良好的匹配性，适合叶片加工。其转台旋转为A轴，主轴箱在立柱上旋转为B轴；立柱、十字滑座在床身上左右移动为X轴，立柱在十字滑座上前后移动为Y轴，转台在滑座上上下移动为Z轴。在叶片的装卡上，如果叶片较短时采用一端固定、一端顶紧的方式；如果叶片较长时则采用双转台同步驱动，一端固定，一端拉紧加固定的方式。
LVC2000五轴叶片加工机床外观图
针对航空领域进一步开发新型高端机床
2011长征公司在新产品开发及国家科技重大专项实施上取得了成功，对引进瑞典技术开发的新产品E300并联机构，并正对该机床为适应航空航天企业零件加工需求进行改造提升。与日本合作开发的GL横梁升降龙门复合加工中心，也已成功研制并在2012CCMT南京国际机床展览会上亮相。
E300并联机构
E300并联机构可广泛用于航天航空、船舶、国防、汽车、大型模具等大型复杂零件的自由曲面加工，用该机构组成的生产线，可以大幅度地减少机床台数，减少辅助时间。该执行机构可以实现任意角度的五轴联动加工，与传统机床相比具有刚度重量比大、响应速度快、对环境适应性高、技术附加值高等优点。
执行机构有6个关节、10个自由度，且所有的关节自由度不超过1，因此机床的刚性、动态性能及高速性能大幅度提高。使用最新并联机床校准和标定技术，能够校准并联机床所有参数。
目前长征公司引进瑞典Exechon公司并联机构技术主要有X300S、X500S、X900S、X1100 S几种规格。其特点包括：
（1）高性价比：一次性装夹后完成六面加工能力和复杂型面加工。
（2）应用灵活：可根据加工零件特点，组合各种机床结构。
（3）小机构完成大型零件加工，成本低。
（4）在线检测与实时仿真：数控机床加工在线检测与补偿并在数控系统(西门子840D)中实时仿真。
在长征公司装配车间调试中的E300并联机构
GLDC动梁龙门移动复合加工中心系列
GLDC动梁龙门移动复合加工中心有车削和C轴回转功能，通过机构自动切换，实现车削或者铣削加工。转台具有锁紧机构，实现分度锁紧，主轴车削头可自动更换，实现车铣复合加工。该机床采用固定工作台、龙门立柱框架移动结构，同时具有横梁升降运动功能，可选配多种自动或手动附件铣头、零件一次装夹完成五面体加工。
该系列机床具有加工能力强、加工范围大、刚性高、稳定性好、承载能力强等特点，适用于航空航天、能源、铁路、船舶等行业设备大型、高精度零件的加工。
GLDC动梁龙门移动复合加工中心系列
(end)
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(6/11/2012) |
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