高性能数控机床与电主轴单元

作者：中国机床工具工业协会 徐同申

欢迎访问e展厅 展厅 1 加工中心/FMS展厅 车铣加工中心, 铣削加工中心, 钻铣加工中心, 镗铣加工中心, 五轴加工中心, ... 关键词：数控机床，功能部件，电主轴 内容提要：本文简单介绍了国内外高性能数控机床的发展，内装式电主轴单元在数控机床中的作用，展望了我国内装式电主轴单元的发展前景。 机床工业是关系到国计民生的基础工业。它肩负着为国民经济各部门和国防军工提供现代化装头盔备的重任。在世界经济持续发展，国内经济稳步增长的带动下，国内机床工具行业近年来，取得长足的发展和进步。作为机床工业主流产品和高新技术的重要载体，数控机床的发展更为迅猛。 一、国际数控机床的发展近况 2003年10月两年一届的EMO国际机床展览会在意大利米兰市举行。展会展品突出柔性和高速的一体化。充分体现了当代国际数控机床的特点和水平。其突出的焦点在： 1、数控机床进一步向高速发展。 德国CHIRON公司VISION立式加工中心主轴最高转速分别为10500，15000，30000，40000r/min；换刀时间分别为0.5秒（T-T）和1.2秒（C-C）。X-Y轴向矢量加速度达5.2g。Z轴加速度达3g。日本MAKINO铣床公司的J4M卧式加工中心主轴最高转速可达60000r/min。 2、双主轴加工中心在本次展会集中亮相。 展会中大量涌现双主轴加工中心。如：意大利COMAU集团公司的Urane 225双主轴、双刀库、滑枕移动式高速卧式加工中心；德国KRAUSE&MAUSER公司的PS500DUO、蒂森集团CROSS HULLER公司的Spechf+550 duo、HELLER公司的MCT250、Schwabische Werkzegmaschiner 公司的BA W06-22等双主轴滑枕移动式卧式加工中心；德国Schwabische Werkzegmaschiner公司的BA W03-22型双主轴滑枕移动式立式加工中心；意大利RIELLO集团的mc2双主轴滑枕移动式卧式加工中心单元；德国CHIRON公司DF12KW双主轴立式加工中心；德国的STAMA公司的MC331/TWIN型双主轴套筒移动式立式加工中心；等等。 3、多工种、复合加工设备向零件一次装卡完成全部加工方向发展。 德国INDEX公司展出的TRAUB TNX65型多功能数控车削中心能一次装卡完成多形面车铣工作。德国DMG公司的TWIN65型双主轴车削中心可实现六面加工。GMX200Liner车铣中心可同时完成对棒料工件的车、铣加工。奥地利WFL Mill Technolog 公司展出的M40，M40G，M120等主轴车铣中心，最大加工直径达1600mm，最大加工长度为6500mm。日本NaKamura-Tome Precision Indusfry公司的NTX车削中心可同时完成多面车铣加工。日本MAZAK公司的INTEGRE Xe 800v/s、1060v/s 型主轴卧式铣车中心在主轴联动卧式加工中心基础上，使回转工作台增加了车削功能，一次装卡就可以同时完成对园形零件的车铣全部加工。瑞士MAGERLE公司展出的MGR立式车磨复合加工机，一次装卡可以同时完成对工件内径、外径、端面的多种加工。 4、五轴联动柔性加工，并联机床普及化，生产实用化。 展会上五轴联动加工中心十分普遍。日本MAZAK公司的VARIAXIS 500-5x,730-5x五轴联动立式加工中心，MATSUURA机械公司的NAM72-63V五轴联动加工中心，北村机械公司的My trunnion 五轴联动立式加工中心，三井精机公司的VL30-5X五轴联动加工中心，德国HERLME公司的C40UP双托盘五轴联动立式加工中心，CHIRON公司的MILL800五轴联动加工中心，意大利FIDIA公司的K156RT五轴联动立式加工中心，瑞士DIXI公司的DHP80-5A高精度五轴联动卧式加工中心等，均能同时实现主轴回转、摆动，工作台倾斜、回转、摆动等功能。德国EMAG公司的多型号柔性加工单元，日本的OKVMA公司的PM-600并联立式加工中心的生产实用性更强。 二、国内数控机床的发展趋势。 经“六·五”、“七·五”、“八·五”、“九·五”、“十·五”连续25年的努力，我国数控机床的开发水平有了很大进步。数控机床的品种和质量均比往有所提高。部分机床制造主导厂还开发出具有相当水平的数控设备。随着国民经济的持续增长，各行业对基础设备的核心数控机床的需求量越来越大。对机床档次的要求也越来越高。近几年，国内数控机床的年产量和进口量的递增率始终保持在30％以上。据不完全统计，2003年国内数量机床年产量为3.5万台，提前两年达到“十·五”规划目标。据中国机床工具工业协会专家预测，2004年国内数控机床年产量将达4.5万台。由于技术发展的不平衡，在多种条件制约下，目前我国数控机床的整件技术水平与国际先进水平相比还有一定距离。部分高性能、高速、高精度的数控机床仍需要依靠海外进口。2003年我国从海外进口2万台数控机床。预计2004年还将再进口3万台。这种势头估计近年内暂时难以回转。 三、内装式电主轴单元在数控机床中的作用。 内装式电主轴单元将电机和高精度主轴结合在一起，使主轴单元向高速、高效、高精度加工迈出了可喜的一步。内装式电主轴单元是数控机床的核心功能部件。它使机床摆脱了机械传动的束缚，简化了机床结构，同时消除了由机械传动产生的振动噪声。 国际上高性能、高速、高精度数控机床普遍采用电主轴单元。在多工件复合加工机床、多轴联动多面体加工机床、并联机床和柔性加工单元中，电主轴更具有机械主轴不可替代的优越性。 自“九·五”开始，国家用两个五年计划，加大力度支持国内自行开发数控机床用实用型电主轴单元。经六年努力，我国现已自主开发出最高转速为8000、12000、15000、18000、24000、30000r/min，最大扭矩为129Nm的数控机床用电主轴。首轮数控机床用电主轴系列型谱已初步完成。部分电主轴产品已为主机厂所认可。 四、国内数控机床用电主轴单元的发展 以往电主轴主要用于轴承行业的高速内圆磨削，随着数控技术和变频技术的发展，电主轴在数控机床中的应用越来越广泛。 目前我国各类电主轴年需求量约6000根，其中数控机床用电主轴仅有约1000根，而且大部分（约60%）为进口电主轴；磨削用电主轴大约4000根，约占电主轴总需求量的2/3；其余为高速离心机、高速试验机等特殊用途电主轴。 然而，数控机床的高速发展，正在改变着以磨用轴为主的电主轴市场。根据机床行业“十·五”发展规划，到2005年我国数控机床产量将从2000年的1.5万台增加到3.5万台（目前预测会超过5万台），数控机床使用电主轴的比例也将由6.7%增加到40%左右。预计到2005年，数控机床用电主轴将激增到20000根，约占电主轴总需求量的2/3，替代磨用电主轴的市场地位，成为电主轴市场的主力军。 与此同时，数控机床主轴所需的高精密轴承的需求量也将急剧增加。按每根数控机床主轴平均使用4~5套轴承计算，考虑到部分双主轴或多主轴机床，按平均每台机床配备1.5根主轴计算，到2005年数控机床用高精密主轴轴承的需求量将增加到24万套，加上维修用轴承，总需求量将达到48万套。 2003年12月国家发展改革委员会委托中国机床工具工业协会组织召开了“数控机床关键功能部件产品创新发展座谈会”。会上，国家发展改革委员会工业司程竹处长宣读了发改委领导张国宝、王春正同志关于发展数控机床及其功能部件的批示。并表明了全力支持数控机床功能部件创新开发的态度。机床工具工业协会根据国内数控机床之需求，对到会的各功能部件生产主导单位提出强化发展要求：电主轴要求到2005年用于数控机床的电主轴单元总产量达到3000台套，到2010年达到10000台套。此任务十分艰巨，据到会的各主轴开发单位估计，按目前生产能力发展速度，到2005年我国最多只能开发出2000台套电主轴单元。如国家发政委动用国债资金强化支持，到2010年可能扩产到6000台套，其余缺口尚需通过进口来解决。因此，数控机床用电主轴单元的市场容量巨大，目前所需要的就是如何合理组织人力、物力、财力，开发出既多又好的功能部件。 参考文献： 1．“抓住黄金发展机遇，努力做强数控机床关键功能部件产业”，中国机床工具工业协会 孙博，余璞玮（世界制造技术与装备市场） 2．“2003年米兰EMD欧州国际机床展览会展品技术详述”，中国机床工具工业协会EMO观察组（EMO2003观察报告汇编） 3．“数控机床关建功能部件产品创新发展座谈会议纪要”，洛阳轴研科技股份有限公司主轴开发部(end)

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