文献综述

一、 课题国内外现状

“十五”期间，我国数控机床产品，通过引进技术、合作生产等形式，在高速、高精、多轴、复合等方面，都有较大进展。尤其是数控龙门铣床更为突出。从1999年江苏多棱（原常州机床总厂）带头打破西方封锁，研制成功具有自主知识产权的我国第一台五轴联动龙门铣床以来，已有济南二机、桂林机床、北京一机等多家推出五轴联动龙门加工中心和数控龙门镗铣床。CCMT2006展会上，实力雄厚的沈阳机床集团，一次推出3台大型龙门加工中心，摆在展台的显赫位置。其中，4台具有五轴联动功能，1台具有五面加工功能，这是前几次所没有的，突出体现了我国龙门加工中心和数控龙门铣床在五轴联动功能上，开始走向成熟。

在近几届国内机床展览会上，看到我国龙门加工中心和数控龙门铣床在结构性能、技术水平、产品质量等方面，都有很大提高。但是，与发达国家同类产品相比，还有较大差距，首先是自主创新能力不够，当前多以仿制为主，或引进技术合作生产，缺乏自主知识品牌的高档产品，往往关键的核心技术，关键的功能部件，还是从国外购买。例如，在CCMT2006上海机床展会上，共展出了8台五轴联动龙门加工中心，采用的关键部件——双摆角铣头，除了济南二机和桂林机床是自己开发的以外，其余6台都是购买意大利意萨、菲迪亚等国外公司产品。其次是产品质量，尤其是整机可靠性，还有较大差距，这也是用户最关注的问题之一。应该看到，目前除少数企业外，龙门类产品技术含量普遍较低，数控机床产业化程度不高。这些都是国内主机厂需要下大力气认真改进、努力提高的地方。

然而中国数控龙门铣床产业发展出现的问题中，许多情况不容乐观，如产业结构不合理、产业集中于劳动力密集型产品；技术密集型产品明显落后于发达工业国家；生产要素决定性作用正在削弱；产业能源消耗大、产出率低、环境污染严重、对自然资源破坏力大；企业总体规模偏小、技术创新能力薄弱、管理水平落后等

二、 主要研究成果

2005年首台国产化数控五轴联动龙门铣床通过广西科技厅鉴定，该产品的技术创新与特点有：1.五轴联动核心功能部件数控AC摆动铣头的开发设计、制造，并应用于龙门铣床，实现了龙门铣床五轴联动加工。2.采用双边向里凸斜支撑的稳定的龙门框架结构。3.采用双线轨与滑轨的复合横向导轨结构。4.采用国产华中数控系统和洛阳轴承研究所的电主轴，从而成为国产化的首台首套五轴联动龙门铣床。专家教授鉴定还认为，该产品布局与结构合理、先进，整机刚性好，精度高；数控AC摆动铣头结构合理，技术先进，性能稳定，可选配国外先进数控系统和电主轴，机电系统的兼容性好。产品技术文件齐全，贯彻了国家有关标准。产品达到国家安全防护及环保要求，具备了批量生产的能力与条件。

2006年兹默曼公司推出全新直线驱动龙门铣床FZ38。该机具有高稳性和高结构刚性、连续移动质量、高动态性能驱动，并采用了MuST主轴交换概念，适用于工具制造、模具模型制造和航空工业所有通用材料的高速加工。该机床使用直线驱动的目的是提高生产率。FZ38达到了的单位时间排屑量为：最高4500cm3/min（铝）；线性轴最高进给速度60m/min；主轴最高转速35,000rpm。此外，由扭拒电机驱动的旋转轴进给速度最高可达150∘/s。直线驱动通过高Kv因素获得高水准的标准控制，使得在高进给率的情况下仍能保持非常小的拖曳距离和高定位精度。由于机床的高精度，减少了表面精加工后的手工打磨，甚至完全没有必要；机床的高进给率，使重新定位、刀具方向或换刀等辅助时间大大减少。这些特性都提升了FZ38的整体经济效率。

XK2420五轴五联动数控龙门铣床是科技部确定的“十五”国家科技攻关重点项目，具有三向伺服轴X、Y、Z和主轴C轴及摆角A轴-5根控制轴，能进行空间曲面和五面体加工，可广泛应用于航天、造船、汽车、军工等重要行业,代表了当今国际制造业发展的最新水平。由上海理工大学开发设计的“高速摆角镗铣头”和“强力摆角铣头”具有C轴和A轴双摆角功能：高速摆角镗铣头采用内装式主轴电机、电机功率18.5/15.1Kw、最高转速10000r/min(无级变速)，可进行高速切削；强力摆角镗铣头采取两段无级变速，电机功率30/22Kw、输出扭矩940Nm，可实行强力切削；并且配置了立铣头、卧铣头等，可组成铣头库进行互换，扩展了机床功能。

三、 发展趋势

1、 高速度、高效率

众所周知，机床向高速化方向发展，不但可以大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且还可提高零件的表面加工质量和精度。是进入新世纪以来国内外机床技术发展的重要趋势。

20世纪90年代以来，欧、美、日等工业发达国家争相开发应用新一代高速数控机床，加快机床高速化发展步伐。高速主轴单元(电主轴，转速15000－100000r/min)、高速且高加/减速度的进给运动部件(快移速度60~120m/min，切削进给速度高达60m/min)、高性能数控装置和伺服系统以及数控工具系统都出现了新的突破，达到了新的技术水平。

2、 高精度

追求加工中心的高精度，一直是世界各工业发达国家努力的方向。当前，在机械加工高精度的要求下，普通级数控机床的加工精度已由±10μm 提高到±5μm ；精密级加工中心的加工精度则从±3~5μm 提高到±1~1.5μm ，甚至更高。

3、 高可靠性

随着数控机床应用领域的日益普及，数控机床的高可靠性已经成为数控系统制造厂家和数控机床制造厂家十分注重和追求的目标。数控机床也只有首先具有较高的可靠性，才能谈得上高速度、高效率和高精度。这已经是众多的数控系统制造厂家和数控机床制造厂家达成的共识。当前，国外先进数控系统的MTBF 值已达8万小时以上。

4、 多轴化

随着5 轴联动数控系统和编程软件的普及，5 轴联动控制的加工中心和数控铣床已经成为当前世界各工业发达国家的一个开发热点，也是当前数控技术发展的制高点。

5、 复合化

机床复合加工的概念是指将工件经过一次装夹后，机床便能按照数控加工程序，自动进行同一类工艺方法或不同类工艺方法的多工序加工，以完成一个复杂形状零件的主要加工工序乃至全部车、铣、钻、镗、磨、攻丝、铰孔和扩孔等多种加工工序。就箱体类零件而言，加工中心是最典型的多工序复合加工机床。事实证明，机床复合化能显著提高加工精度和效率，特别是能缩短零件加工周期，并节省占地面积。当前，机床复合化是新一代数控机床技术进步的重要标志，也是世界各工业发达国家积极开发的热点。

6、 智能化、网络化

随着计算机技术的快速发展，网络技术的日益成熟和信息化技术的广泛采用，数控机床的智能化和网络化呈现出强劲的发展势头。

智能加工是一种基于神经网络控制、模糊控制、数字化网络技术和理论的加工。它是要在加工过程中模拟人类专家的智能活动，以解决加工过程许多不确定性的、非要由人工干预才能解决的问题。网络化是指数控机床通过数控系统与外部的其他控制系统或上位计算机进行网络连接和网络控制的技术。它首先是将数控机床与生产现场或企业内部的局域网连网，然后再通过因特网通向企业外部，这就是所谓的Internet/Internet 技术。目前有越来越多的国内用户在进口数控机床时要求具有远程通讯服务等功能。

7、 绿色化

数控机床的绿色化是基于环保和节能的切削加工工艺方法。目前这一绿色加工工艺主要集中在不使用切削液上，这主要是因为切削液既污染工作环境和危害工人健康，又增加资源和能源的消耗。

目前在国外大批量零件的切削加工中，已有10~15%的加工使用了干切削和准干切削。对于加工中心来说，主要是采用准干切削，它通常是让极微量的切削油与压缩空气组成的混合物经由机床主轴与工具内部的空气通道喷向切削区以冷却刀具和工件。

四、 存在问题

1. 技术水平上，与国外同类产品的先进水平相比大约落后10～15 年，在高精尖技术方面则更大。

2. 在产品结构上，高端产品(如：多轴、复合、高速数控机床)市场基本上被欧、美、日等发达工业国家所垄断，国内开发的五轴联动数控机床、复合加工中心、高速加工中心等产品，多数与厂家品化尚有一段距离，而且在技术水平和性能参数上与欧、美、日等产品还有较大差距。低端产品(即通用普及型产品)市场受到我国台湾省机床的较大冲击，就连我们唯一的价格优势也显得更加脆弱。

3. 产品开发能力上，国内生产企业缺乏对产品竞争前的数控技术的深入研究与开发，对数控龙门铣床应用领域的拓展力度不强。

4. 产业化水平上，市场占有率低，品种覆盖率小，虽然近年来国产数控龙门铣床的产量增加较快，但从总体上看，还没有形成规模生产；国产数控系统尚未建立自己的品牌效应，用户信心不足。

5. 国产数控系统MTBF( 平均无故障时间)大都超过1 万小时，但国际上知名品牌如：FANUC、SIEMENS 等先进企业的数控系统MTBF 已达8 万小时。国产加工中心MTBF 虽有少数厂达500 小时，但国外加工中心的先进水平已达800 小时。

6. 刀库和机械手的可靠性还比较低，近年来虽有改进，但用户仍然不放心。

7. 位置精度，特别是重复定位精度还有待于进一步提高。

8. 至于外观粗糙，漏油、漏水、漏气等老问题仍然不同程度的存在。

五、 主要参考文献

1.《机床设计手册》编写组.机床设计手册（第三册）.北京：机械工业出版社，1986

2.王爱玲主编.现代数控机床.北京：国防工业出版社，2003

3.林宋，田建君编.现代数控机床.北京：化学工业出版社，2003

4.袁国梁.从展会看数控龙门机床产品的发展.世界制造技术与装备市场.2006,(4):23-24

5.王冰.国内外动态.制造技术与机床.2009,(3):11-13

6.张良.龙门铣的先驱者来到中国.航空制造技术.2005,(8):95