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中国突破自主高端五轴机床技术

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2015年1月16日,中国“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项实施管理办公室组织专家组,对中国兵器工业集团武汉重型机床集团有限公司承担的“五轴联动高速、精密、数控工具磨床”课题进行了预验收。随着验收的顺利通过,标志着中国在这一高端制造领域实现了重大技术性突破。

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先进机床是衡量一个国家装备水平不可或缺的因素

据悉,该课题在公司自主研制的首台五轴联动高速、精密、数控工具磨床的基础上,以数控工具磨床共性基础技术及刀具磨削软件攻关为突破口,在数控工具磨床上实现一次装夹,完成对各种精密复杂刀具的多工序复合加工,推进工具磨床产品技术全面升级,使各项性能、精度指标达到国际领先水平。该课题的实施研制成功后,成功打破西方对中国同类高档数控机床实行长期的技术封锁,满足中国冶金、交通、能源、重机制造、军工等领域需求为对象的重大战略装备,对国防安全具有重要的战略意义。

资料显示,五轴联动数控机床是一种科技含量高、精密度高专门用于加工复杂曲面的机床,这种机床系统对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业有着举足轻重的影响力。 目前,五轴联动数控机床系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等等加工的唯一手段。

机床是一个国家制造业水平的象征。而代表机床制造业最高境界的是五轴联动数控机床系统,从某种意义上说,它反映了一个国家的工业发展水平状况。长期以来,以美国为首的西方工业发达国家,一直把五轴联动数控机床系统作为重要的战略物资,实行出口许可证制度。特别是冷战时期,对中国、前苏联等社会主义阵营实行封锁禁运。上世纪末的“东芝事件”便是明证:日本东芝公司卖给前苏联几台五轴联动的数控铣床,结果让前苏联用于制造潜艇的推进螺旋桨,提升了数个档次,使美国间谍船的声纳无法监听到潜艇的声音,因此美国以东芝公司违反了战略物资禁运政策,要惩处东芝公司。五轴联动加工中心有高效率、高精度的特点,工件一次装夹就可完成五面体的加工。若配以五轴联动的高档数控系统,还可以对复杂的空间曲面进行高精度加工,更能够适应像汽车零部件、飞机结构件等现代模具的加工。立式五轴加工中心的回转轴有两种方式,一种是工作台回转轴,设置在床身上的工作台可以环绕X轴回转,定义为A轴,A轴一般工作范围+30度至-120度。工作台的中间还设有一个回转台,在图示的位置上环绕Z轴回转,定义为C轴,C轴都是360度回转。这样通过A轴与C轴的组合,固定在工作台上的工件除了底面之外,其余的五个面都可以由立式主轴进行加工。A轴和C轴最小分度值一般为0.001度,这样又可以把工件细分成任意角度,加工出倾斜面、倾斜孔等。A轴和C轴如与XYZ三直线轴实现联动,就可加工出复杂的空间曲面,当然这需要高档的数控系统、伺服系统以及软件的支持。这种设置方式的优点是主轴的结构比较简单,主轴刚性非常好,制造成本比较低。

市场的需求推动了中国五轴联动数控机床的发展,CIMT99展览会上中国国产五轴联动数控机床第一次登上机床市场的舞台。自江苏多棱数控机床股份有限公司展出第一台五轴联动龙门加工中心以来,北京机电研究院、北京第一机床厂、桂林机床股份有限公司、济南二机床集团有限公司等企业也相继开发出五轴联动数控机床。

当前,中国国产五轴联动数控机床在品种上已经拥有立式、卧式、龙门式和落地式的加工中心,适应不同大小尺寸的杂零件加工,加上五轴联动铣床和大型镗铣床以及车铣中心等的开发,基本涵盖了国内市场的需求。精度上,北京机床研究所的高精度加工中心、宁江机械集团股份有限公司的NJ25HMC40 卧式加工中心和交大昆机科技股份有限公司的TH61160 卧式镗铣加工中心都具有较高的精度,可与发达国家的产品相媲美。在产品市场销售上,江苏多棱、济南二机床、北京机电研究院、宁江机床、桂林机床、北京一机床等企业的产品已获得市场的认同。

2013年7月31日上午,由大连科德制造的高精度五轴立式机床,启运出口德国。这一高档数控机床销往西方发达国家,是中国机床制造行业的重要里程碑。

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