肖志華

引言：眾所周知，大型和超大型工件的特點是尺寸大，尺寸從幾米到幾十米不等；重量很重，重量從幾噸、幾十噸到幾百噸，這就要求機床具有足夠的剛度和承載能力，要有足夠的空間容納工件，還要有足夠的驅(qū)動和切削功率，加工刀具也要有相應(yīng)的切削能力和壽命。所以，必須攻克這一整套的裝備和技術(shù)才能完成這些大型、超大型零件的加工任務(wù)。 國外在研發(fā)用于加工大型和超大型零件的設(shè)備方面的成果較多，進展也比我們快，特色機床更多，技術(shù)水平更高。下面，有選擇地簡介幾個歐洲企業(yè)加工有代表性的大型和超大型工件的方法和加工設(shè)備情況。

一、超大規(guī)格傳動裝置殼體的加工

在為制造船舶和風(fēng)電設(shè)備等應(yīng)用的大型齒輪傳動裝置殼體所提供的加工設(shè)備方面，德國Renk公司的聲譽較好。他們制造了重達100噸、傳遞扭矩達350 kNm的標準系列的傳動裝置。由于傳動齒輪是每個傳動裝置的核心部件，Renk公司自己生產(chǎn)齒輪。傳動裝置的殼體由上、下殼體兩部分組成，而殼體本身就重達20噸，殼體也是自己加工制造。

為這項任務(wù)，Renk公司用了2臺能加工的工件尺寸9m×3.8m×2m的大型加工中心，既承擔平面銑削加工，還要預(yù)加工軸承孔，從粗加工到精整尺寸以及全部的孔加工。用這種方式，Renk節(jié)省很多準備時間。加工時間是一個重要因素，所以要充分利用好機床的生產(chǎn)能力。每臺大型加工中心最近7年的平均使用時間有4，700h。加工一個傳動裝置的上、下殼體要花費30至50小時，因此，能節(jié)省每一分鐘都是值得的。

要提高加工超大型工件的效率，除了機床本身的性能好以外，切削性能良好的刀具也很重要。20多年來，Renk公司一直應(yīng)用山高（SECO）刀具公司的刀具。在大型機床上應(yīng)用了SECO公司的Double Octomill面銑刀，這個具有16個刀片的面銑刀，可提供的直徑從63mm至500mm不等。大功率可轉(zhuǎn)位刀片適合對各種不同材料的大型零件進行粗加工和精整加工?？紤]到應(yīng)用的靈活性，由高速鋼（HSS）制成的中間夾緊孔和導(dǎo)向桿保證在大進給量時，16個可轉(zhuǎn)位刀片都能很好的精確定位，每個刀片顯示的成本都很低。Double Octomill面銑刀能以很高的速度進行切削加工，同時也降低了刀具成本。

二、直徑達8，000mm環(huán)形零件的加工

近年來，在風(fēng)力設(shè)備上特別需要應(yīng)用環(huán)形零件；塔形結(jié)構(gòu)件需要的法蘭連接也需要直徑8，000 mm的環(huán)形零件；同樣，纜車吊箱和轉(zhuǎn)子葉片最佳定位必需的大型旋轉(zhuǎn)聯(lián)接機構(gòu)也少不了大型環(huán)形件。可是要找一臺高生產(chǎn)率的加工大型環(huán)形零件的專用機床并不容易。由于實際市場容量并不大，人們往往只能選用一些現(xiàn)有的龍門結(jié)構(gòu)的立車或立式銑削中心來加工。而西班牙的Ibarmia公司提出了一整套加工大型環(huán)形零件的特殊解決方案。因為很多用戶都需要包括鉆孔、銑削和車削等加工大型環(huán)形件的全套加工方案。下面就簡介一下他們的方案。

Ibarmia公司把環(huán)形件安裝在機床轉(zhuǎn)臺上，呈準確的自然水平位置進行加工，這樣便于分度，可以用回轉(zhuǎn)頭或角鏜頭一個接一個地進行臥式孔加工。該公司制造高精度轉(zhuǎn)臺，用合適的同步電機直接驅(qū)動，并按需要選用滾動軸承轉(zhuǎn)臺或靜壓轉(zhuǎn)臺，這兩種轉(zhuǎn)臺，都是通過1個高質(zhì)量的大齒輪和2個小齒輪驅(qū)動，轉(zhuǎn)臺還配備一個通過海德漢的RCN空心軸同步發(fā)送機工作的直接測量系統(tǒng)，用于精確的回轉(zhuǎn)控制。近20年來，Ibarmia公司開發(fā)了一系列適合用戶需要，并滿足不同工件夾緊的各種手動或自動定心的夾緊裝置，其中就有靈活的快速找正的夾爪和支架。

Ibarmia公司還集成一個包括刀具監(jiān)控和管理的先進的控制系統(tǒng)。除了可以無人化生產(chǎn)外，需要時還能診斷刀具破損或工件損壞引起機床停機的時間。

用可轉(zhuǎn)位刀片的鏜刀，在已知孔深的情況下，還要求用高壓冷卻液內(nèi)冷卻刀具。這不僅是散熱必需的，而且也是借高壓冷卻液排出切屑的重要手段，以保證所要求的加工精度和質(zhì)量。冷卻液泵是用壓力為20巴到60巴可調(diào)的電泵。為了防止高壓冷卻液流出和切屑傷人，加工空間密封是必要的。切屑和冷卻液通過兩級凈化處理。

Ibarmia的動立柱機床可標準配置SV系列的立式主軸頭或SVK系列的立/臥自動轉(zhuǎn)換主軸頭。一個尺寸規(guī)格大的支柱，在轉(zhuǎn)臺一側(cè)從外向內(nèi)移動，可加工不同直徑的環(huán)形零件。把強有力的主軸頭安置在支柱前面進行孔加工。而配置SVK自動主軸頭的方案，可進行立式和臥式孔加工，這對于一次裝卡就能完成各種孔加工和其他加工來說是比較理想的配置。

機床還可以配置兩個加工單元，同時對工件進行加工。如FVV系列機床就配置兩個立式主軸單元；FVK系列機床配置一個立式主軸單元和一個可用于立/臥加工的立/臥自動轉(zhuǎn)換主軸單元；而FKK系列機床則帶兩個用于立/臥加工的立/臥自動轉(zhuǎn)換主軸單元。在加工不對稱孔的情況下，或者需要銑削加工時，機床可以用一個帶有另一控制軸的十字滑座來擴展機床的功能。

就機床結(jié)構(gòu)而言，認為龍門式結(jié)構(gòu)較好，加工幾乎不受限制。所以他們開發(fā)了P系列和G系列不同龍門結(jié)構(gòu)機床。P系列龍門結(jié)構(gòu)機床可加工小直徑至很大直徑的環(huán)形件。轉(zhuǎn)臺位于橫梁中間下方，橫梁上可選配一個或兩個可移動的立式主軸加工單元，并可同時用兩個立式主軸加工單元加工，效率更高。如需臥式加工，則可按需要選配不同角度的鏜頭或臥式主軸頭。在G系列龍門結(jié)構(gòu)機床上，工件的徑向定位不通過轉(zhuǎn)臺，而應(yīng)用獨有的線性軸，包括立柱在內(nèi)的龍門架沿長度方向運動進行定位，其巨大的優(yōu)點是除可加工大型環(huán)形件外，還可加工大型平板件。

三、大規(guī)格超精密機床DIXI 210

DMG森精機研發(fā)的產(chǎn)品中，大規(guī)格超精密機床DIXI 210當屬目前世界上獨有的最新、規(guī)格最大、技術(shù)水平最高的超精密加工機床。它結(jié)合了瑞士的精密加工傳統(tǒng)以及手工技藝和德國工程技術(shù)人員認真的制造工藝。這是一臺高檔的龍門結(jié)構(gòu)機床，制造的很完美。為了達到盡可能高的剛性和穩(wěn)定性，龍門結(jié)構(gòu)采用3點支撐，即用3個由GGG60材料制成的鑄件塊來支撐。這為在強力銑削加工時達到最好的精密度和盡可能大的功率值奠定了基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)表示，用DIXI 210超精密機床，只要多一點夾緊，就可以加工直徑達2，500 mm、高1，250 mm以及最重8，000 kg的工件，既可以高效率進行粗加工，也可以高動態(tài)（0.6g）、快速進給（60mm/min）進行精整加工，體積精度<35μm。主軸采用不同的大功率電主軸，最大功率為114 kW。同樣也可以選用1，550 Nm和最高轉(zhuǎn)速6，300 r/min的電機驅(qū)動主軸。這么大的機床，精密度是真正的拿手技藝，只有通過有經(jīng)驗的DIXI員工的手工刮研500多小時后，才能達到精密度規(guī)定的接觸面平整度、直線度和垂直度的要求，在所有直線坐標和回轉(zhuǎn)坐標的共同高精度作用下，最終才能在工件上達到最小的形位誤差。

用戶在以后的使用過程中不丟失精度，其中之一是要注意控制所有發(fā)熱部件的冷卻問題。此外，機床安裝后要全部進行三維尺寸的測量，有時還要進行精確的調(diào)整，既要注意局部的熱膨脹，也要關(guān)注空間精度和環(huán)境溫度梯度。

總之，世界主要機床制造大國，大、重型機床創(chuàng)新成果很多，中國機床工快速發(fā)展中，大、重型機床的成果也很突出。以上介紹涉及的大型和超大型工件的加工設(shè)備，中國的機床工業(yè)幾乎都能提供。近年來，中國風(fēng)電工業(yè)的強勁發(fā)展以及航空、航天和國防軍工技術(shù)的發(fā)展成果，都是很好的例證。我想，現(xiàn)在中國機床行業(yè)完全有能力解決這類零件的加工問題。

（作者單位：國營九六三一廠）