龍門刨床升級再制造典型案例

■ 濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)有限公司 （250022）

王紅娜 趙樹濤 崔曉艷

龍門刨床是機(jī)械初加工的大型機(jī)床，在我國的機(jī)械加工領(lǐng)域有非常廣泛的應(yīng)用，由于早期電氣技術(shù)的限制，20世紀(jì)80年代以前，龍門刨床工作臺拖動采用了電動機(jī)擴(kuò)大機(jī)→直流發(fā)電機(jī)→直流電動機(jī)方式，造成故障率高，體積大、電耗大、效率低和技術(shù)落后。而且其工作方式是工作臺前進(jìn)時進(jìn)行切削，后退時不切削，工作臺后退是為下一次切削做準(zhǔn)備。

刨床加工只適合工件比較長而窄的情況，也只能用于平面的加工，加工范圍受到諸多限制。刨削與銑削的加工精度與表面質(zhì)量大致相當(dāng)，當(dāng)用中等切削速度刨削鋼件時，易出現(xiàn)積屑瘤，影響表面質(zhì)量；而硬質(zhì)合金鑲齒銑刀可采用高速切削，表面粗糙度值較小，刨削加工范圍不如銑削加工廣泛，銑削的許多加工內(nèi)容是刨削無法代替的，但銑床完全可替代刨床，在國外的發(fā)達(dá)國家已經(jīng)不再生產(chǎn)和使用龍門刨床。

隨著現(xiàn)代電氣技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床應(yīng)用已經(jīng)非常普及，很多零件的曲面也只有數(shù)控機(jī)床才能加工，所以對老舊三聯(lián)機(jī)組的龍門刨進(jìn)行改造非常必要。

B2050x140為我公司20世紀(jì)70年代生產(chǎn)的超大規(guī)格龍門刨床，現(xiàn)服役已達(dá)40多年，因電器件嚴(yán)重老化，導(dǎo)致故障率高、維護(hù)困難，且耗能高。經(jīng)分析論證，公司決定將其改造為數(shù)控龍門銑床。

1. 改造方案

現(xiàn)將改造的方法、內(nèi)容歸納如下：

數(shù)控機(jī)床對機(jī)械傳動精度要求很高，傳動間隙要求0.05m m以下，原來的機(jī)械結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能滿足要求，需改造各軸的傳動部分。數(shù)控系統(tǒng)采用西門子高端的840D sl數(shù)控系統(tǒng)，配置S120全數(shù)字伺服驅(qū)動和1FT7交流同步伺服電動機(jī)，最大控制軸數(shù)可達(dá)到31軸，支持多通道多方式組，可實現(xiàn)坐標(biāo)系的偏移、旋轉(zhuǎn)、放大和鏡像等變換，實現(xiàn)直線、圓弧及螺旋線等多種插補功能。

（1）X軸的改造：①X軸傳動部分的改造，原來的X軸采用齒輪齒條傳動，機(jī)械間隙很大，現(xiàn)改造為靜壓蝸桿蝸母條，采用壓塑成型技術(shù)，保證蝸桿和蝸母條之間的傳動間隙，通過靜壓實現(xiàn)無磨損傳動。②因工作臺由4塊拼裝而成，質(zhì)量達(dá)到了80t，慣量和負(fù)載都很大，為降低負(fù)載，將工作臺改造為靜壓結(jié)構(gòu)，應(yīng)用多頭泵使各靜壓點壓力一致，達(dá)到很好的浮起效果，經(jīng)檢測整個臺面的浮起量都在0.03～0.05mm。③原X軸的直流電動機(jī)的功率達(dá)到了160kW，現(xiàn)在的同步伺服電動機(jī)沒有這么大規(guī)格的，安裝靜壓后負(fù)載大大降低，但機(jī)械慣量依然很大，X軸采用4臺西門子1FT7電動機(jī)，通過MASTERSLAVE主從控制功能，使4個電動機(jī)實現(xiàn)速度和力矩的同步，達(dá)到理想的驅(qū)動效果。④為增加控制精度，安裝高精密海德漢LB382C距離編碼光柵尺，可實現(xiàn)80mm以內(nèi)回參考點，極大地提高了效率和精度。⑤對床身導(dǎo)軌精加工，達(dá)到滿足數(shù)控機(jī)床要求的直線度和平面度。

（2）Y軸的改造：①去掉原來Y軸的刀架、梯形絲杠和傳動箱，將Y軸改為精密數(shù)控用滾珠絲杠，采用西門子1F T7交流伺服電動機(jī)經(jīng)減速后驅(qū)動溜板，實現(xiàn)滑枕銑頭的水平移動。②因滑枕和溜板的質(zhì)量超過原來的垂直刀架，需要將橫梁的剛性加強(qiáng)，焊接加強(qiáng)筋，實現(xiàn)溜板水平移動時橫梁不下垂。③為增加控制精度，安裝高精密海德漢LB382C距離編碼光柵尺，可實現(xiàn)80mm以內(nèi)回參考點，極大提高了效率和精度。

（3）Z軸的改造：①去掉原來的垂直刀架，增加方形滑枕銑頭，采用西門子1FT7交流伺服電動機(jī)經(jīng)減速后驅(qū)動滑枕，實現(xiàn)滑枕銑頭沿著溜板上下移動。②為增加控制精度，安裝高精密海德漢LB382C距離編碼光柵尺，可實現(xiàn)80mm以內(nèi)回參考點，極大地提高了效率和精度。

（4）主軸的改造：①滑枕式銑頭采用我公司數(shù)控機(jī)床上成熟的高檔機(jī)械銑頭，可實現(xiàn)兩擋變速，液壓自動換擋，液壓松刀；電動機(jī)采用西門子1PH8 40kW大功率交流異步伺服電動機(jī)，實現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速范圍廣，最高速可達(dá)到2 000r/min。②額定轉(zhuǎn)速以下恒轉(zhuǎn)矩切削，額定轉(zhuǎn)速以上恒功率切削。③安裝主軸編碼器，可實現(xiàn)剛性攻螺紋。④可實現(xiàn)定位功能，震蕩換擋功能。⑤配備直角、加長和萬能附件，一機(jī)多用，可完成各種復(fù)雜零件的加工。

（5）橫梁的改造：①將橫梁的梯形絲杠改為滾珠絲杠，去掉左右側(cè)刀架，將原來的側(cè)刀架的平衡裝置改為橫梁的平衡，并重新配重。②去掉原來的橫梁雙輸出電動機(jī)，改造為左右兩邊各一個精密減速箱，采用西門子1FT7交流伺服電動機(jī)帶動橫梁實現(xiàn)升降運動。③在左右立柱各安裝高精密海德漢LB382C距離編碼光柵尺，可實現(xiàn)80mm以內(nèi)回參考點，極大地提高了效率和精度。④采用西門子先進(jìn)的龍門軸（GANRY）功能，保證橫梁的姿態(tài)，實現(xiàn)位置同步。

（6）其他機(jī)床各軸安裝機(jī)床防護(hù)罩，使機(jī)床更加美觀，安全可靠。改造前后機(jī)床外觀如圖1、圖2所示。

圖1 改造前：XB2050龍門刨銑床

圖2 改造后：XK2150數(shù)控龍門銑床

2. 改造前后數(shù)據(jù)對比表

改造前后數(shù)據(jù)對比如表1所列。

表1 改造前后數(shù)據(jù)對比

經(jīng)過數(shù)據(jù)比對分析，月均耗電量和維修保養(yǎng)費用大大降低，產(chǎn)出提高近4倍，工件加工類型大大提高，可滿足各類大型零件的加工要求，停機(jī)率大大降低。

3. 改造費用

改造完成后，核算各類費用如表2所列。

表2 B2050X140改造項目主要成本

采購類似規(guī)格新龍門銑需要1 700萬元左右，另外還需要地基制作費用50萬元，采用刨床改造不需要重新制作地基，安裝周期大大降低。

4. 結(jié)語

經(jīng)改造后機(jī)床各軸運行良好，各項精度達(dá)到數(shù)控龍門銑機(jī)床的國家驗收標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)床的操作、編程非常方便，效率大大提高，可用于各種復(fù)雜零件的加工，加工零件種類大大提高。利用數(shù)控系統(tǒng)的診斷功能，維護(hù)非常方便。去掉了三聯(lián)機(jī)組，節(jié)約了大量能源和占地面積，噪聲也大大降低。在我國還有大量的龍門刨床用于各行各業(yè)的機(jī)械加工，改造升級前景廣闊。

[1] 濟(jì)南二機(jī)床. 龍門刨床使用說明書[E]. 山東：濟(jì)南二機(jī)床，1977.

[2] 濟(jì)南二機(jī)床. 數(shù)控龍門銑床使用說明書[E]. 山東：濟(jì)南二機(jī)床，2013.