长期以来,我国机床行业的发展现状,致使我国许多重要工业领域使用的数控加工装备主要依赖进口,尤其是在军工、航空航天、汽车和电力能源等领域,国产的中、高档数控装备数量极为有限,而滚动功能部件几乎完全依赖进口。
毫无疑问,功能部件等基础技术的薄弱,严重制约了我国装备制造业向高端发展的进程。因此,作为国家最大的机床制造企业之一,沈阳机床股份有限公司(以下简称“沈阳机床”)在“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项(以下简称“04专项”)的支持下,通过牵头实施“国产滚动功能部件在中高档数控机床上的示范应用”课题,在研制中、高档数控装备尤其是立式加工中心的过程中,联合国内机床进给系统的先进企业,对滚动功能部件展开了研究,建立了国产滚动功能部件示范应用线,并形成了产业规模。
应用情况
目前,沈阳机床开发的VMC850e和BM850t机床共配套应用国产滚动功能部件680套,其中,VMC系列的机床适用于各行业的机械零部件加工,比如,宁波某汽车零部件企业,就采用该系列机床加工变速箱箱体及轴承盖。
通过使用国产功能部件,沈阳机床在一定程度上降低了机床成本。
在协助功能部件企业(包括滚动功能部件、轴承和刀具等)开展应用试验工作的过程中,沈阳机床有针对性地提出了整改意见,并在一段时期内批量采购了国产功能部件进行配套。但遗憾的是,受最终用户认可度的影响,再加上机床的综合性价比不理想,导致对国产功能部件的配套应用未能持续下去。
沈阳机床配套应用国产滚动功能部件的VMC系列机床
试验对比
在课题实施过程中,沈阳机床对南京工艺装备制造有限公司研制的丝杠和导轨分别与上银科技股份有限公司(以下简称“上银”)的丝杠和银泰科技股份有限公司(以下简称“银泰”)的导轨做了对比试验,结果是:
1. 与上银丝杠相比,国产丝杠的温升优势明显,但精度储备和噪声等还存在一定的差距。
2. 与银泰导轨相比,国产导轨在不同速度下的噪声均不同,随着运行速度的加快,噪声有明显增加的趋势。在120m/min 的运行速度下,噪声均未超出 74dB。
由此可见,南京工艺装备制造有限公司近几年在降低滚动直线导轨副的噪声,以及控制丝杠的温升方面均取得了不小的进步。
此外,沈阳机床分别在相同的机床上,通过配置THK丝杠导轨(被称作“THK-850E机床”)和南京工艺装备制造有限公司的丝杠导轨(被称作“NJGY-850E机床”)而开展了加工对比试验,所加工毛坯为铝,毛坯尺寸150mm×150mm×80mm,使用刀具:ø10立铣刀粗加工,ø 10-R5球铣刀半精加工,ø 10-R5球铣刀精加工。结果如下:
1.加工精度:经三坐标检测,两台机床各自加工的两个试件,它们各检测点的精度均满足了要求,其中,THK-850E机床的加工精度偏差较小,且最小偏差均出自THK-850E机床。
THK-850E机床加工的试件
NJGY-850E机床加工的相同试件
2.运动精度:THK-850E和NJGY-850E机床的定位精度与重复定位精度均满足VMC850E的精度验收要求,但较小的定位精度及重复定位精度都出自THK-850E。这表明,国产滚动功能部件能够满足一般的生产要求,但针对特殊的高精度要求,还存在差距。
3. 热特性:在此方面,国产滚动功能部件与进口滚动功能部件相比,还存在一定的差距,但差距不很明显,需要在材料和润滑方面着手解决。
4. 振动和噪声:NJGY-850E的X轴在运行时的噪声明显大于THK-850E,平均大9.2db。以此推论,振动方面也是NJGY-850E略大于THK-850E。
问题及建议
目前,国内机床企业对国产滚珠丝杠副的信赖度低,主要原因在于国产中高档滚珠丝杠副在可靠性等方面与进口产品相比还存在较大的差距。
因此,提出以下建议:
1.在热特性方面,需要从材料和润滑技术着手解决问题。
2.噪声大是国产滚动功能部件急需改善的问题,噪声过大会给生产工人带来危害,而且噪声大意味着振动大,振动大会对加工工件的表面光洁度造成影响,这是阻碍国产滚动功能部件得到推广应用的主要问题。
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