DL250数控重型卧式镗车床的设计*

何发诚 桂 林

(武汉重型机床集团有限公司，湖北武汉430205)

根据我国核电、水电、冶金、船舶等国家重点领域的重大工程项目对关键加工装备的迫切需求，发展重型、超重型、多功能复合高档数控机床成为必然，DL250数控重型卧式镗车床就是为满足此需求而专门设计的。多功能复合加工技术就是集车、铣、磨、大直径深孔镗及小直径深孔钻、深孔镗、深孔珩磨等各技术优点发展而来的先进加工技术，而DL250数控卧式镗车床就是利用此先进技术设计开发的，在核电半速转子等超重型超长轴类及套类复杂零件加工中具有独特的效率、精度优势。在此数控卧式镗车床上可完成车、铣、磨、大直径深孔镗及小直径深孔钻、深孔镗、深孔珩磨等复杂加工工序，提高了机床的利用率、加工效率和加工精度，解决了超临界核电半速转子等超重型复杂零件的高效、高精度加工问题。

1 机床的结构及结构特点

1.1 机床结构

机床由主轴箱、刀架床身、工件床身、尾座上体、尾座下体、纵横拖板、刀架、大直径深孔镗滑座、大直径深孔镗刀架、小直径深孔钻杆箱、钻杆前支承、钻杆辅助支承、鼓形卡盘、附件铣头、附件磨头、数控珩磨系统、液压系统、冷却系统及电气控制系统组成。

超临界核电半速转子等超重型复杂轴类零件，从毛坯到成品，一般需经粗车、半精车、精车、铣、磨、小直径深孔钻、镗、珩磨等多道复杂工序。大型水电主轴等还有大直径深孔镗的工序。为满足这多项复杂工艺要求，采用了多功能复合机床结构新技术，即将机床的车、铣、磨、大直径深孔镗、小直径深孔钻、镗、珩磨等多功能有机地集成于一体。一台机床可完成数控重型卧车、深孔钻镗床和数控落地铣镗床3台机床分别完成的全部工序。机床总体结构简图如图1所示。

1.2 机床的结构特点

机床有以下9个结构及性能特点:

(1)机床由Siemens 840D控制，有13个数控轴。采用双方式组三通道数控方式，两个数控车刀架、数控镗刀架及深孔钻刀架可独立控制而不相互干扰。

(2)机床总体结构为超重型主轴箱、超重型尾座、双刀架、大直径深孔镗、小直径深孔钻、镗、珩磨有机集成。一次装卡，能够完成大型铸锻件从粗加工、精车外圆、锥面、回转曲面体，到深孔钻、镗、珩磨、铣键槽等全套工序。深孔镗刀架还能对大直径深孔工件进行深孔镗加工。机床具有大承重、大切削力、高精度及多功能复合的特点。

(3)主轴箱为超重型高精度静压轴承主轴箱，主轴箱主轴径向为2个超重型高精度恒流静压轴承，前后轴承均采用6油腔结构，具有良好的对中性。在主轴箱花盘的下方设有2个恒流静压托架，呈对称布置，可卸去大部分主轴箱所承载的工件重量，从而保证主轴在外载变化时仍有良好的回转精度。直径为1 000 mm的主轴箱主轴的径向跳动达到了0.006 mm。

(4)配有双刀排的重切刀架，每个刀排上设计有能安装重切刀夹的接口。在刀夹上可安装机夹刀杆，方便换刀。刀架纵向(Z、Z1轴)、横向(X、X1轴)导轨均为闭式恒流静压导轨。刀架具有吸振能力强、导轨摩擦系数小(可达17×10－6)、寿命长、精度高的特点。由于是恒流静压导轨，静压导轨板与刀架床身间隔了一层油膜，无论重切还是精车，都能保持很好的工作精度。在刀架体的前端设计有安装附件铣头及附件磨头的通用接口。

(5)设计了数控大直径深孔镗刀架。镗杆横向进给采用三轴同步技术。镗杆纵向和横向可数控进给，并且可两轴联动。镗刀架装在镗刀架滑座上，镗滑座由交流变频电动机驱动，并装有光栅尺精确显示镗刀架滑座位置，此设计可针对不同的工件长度，数控大直径深孔镗刀架可移至最佳的加工位置。

(6)小直径深孔钻刀架采用高性能的受油器和减振器。钻杆箱的特殊设计，满足钻孔、套料、镗孔、珩磨所要求的高速小扭矩及低速大扭矩等各种工况的要求。配有先进的刀具保护软件。

(7)数控深孔珩磨系统，由数控系统控制专用的子控制系统，通过伺服油缸控制珩磨头的径向进给量，加工深孔表面的粗糙度可达Ra0.4 μm。

(8)镗刀架滑座跨在刀架床身及工件床身内导轨上，使镗刀架在镗孔直径和镗孔深度范围内具有最佳的刚性。

(9)机床液压系统及冷却系统由PLC全自动控制，配有大功率油冷机。PLC能自动监控液压系统及冷却系统的运行状态。

2 机床主要技术参数

最大回转直径:5 000 mm

最大加工直径:4 500 mm

最大加工工件长度:20 000 mm

两顶尖间最大承重:500 t

刀架最大切削力:340 kN

镗孔直径:1 000～3 500 mm

最大镗孔深度:8 000 mm

最大钻孔、珩磨孔直径:240 mm

最大钻孔、珩磨孔深度:13 000 mm

主电动机功率:284 kW

钻杆箱主电动机功率:99 kW

3 关键技术

机床设计时采用了超重型高精度恒流静压轴承床头箱技术、超重型高精度恒流静压主轴轴承技术、变频恒流静压技术、大规模有限元分析技术、双齿轮齿条自动消隙技术、自动齿板锁紧技术、大直径深孔镗技术、小直径深孔钻、镗、珩磨技术、重切刀架技术、双工作组三通道数控技术、镗杆横向进给三轴同步技术等多项先进技术。其中超重型高精度恒流静压轴承床头箱技术、超重型高精度恒流静压主轴轴承技术、镗杆横向进给三轴同步技术为本机床关键技术。

3.1 超重型高精度恒流静压轴承床头箱技术

机床两顶尖间最大承重为500 t，主轴的径向跳动为0.006 mm。床头箱设计时，主轴径向轴承采用超重型高精度恒流静压主轴轴承，同时还在花盘处设计了两个恒流静压托架，静压托架可卸去80%以上主轴箱所承载的工件重量。通过前后恒流静压轴承来保证主轴的回转精度，静压托架卸去大部分工件重量，这种独特的设计使机床具有大承重和高精度的特点。

3.2 超重型高精度恒流静压主轴轴承技术

采用六油腔对称分布结构，每个油腔由一个定量齿轮泵供油，定量齿轮泵由交流变频电动机控制。静压轴承的流量受油温、粘度及零件几何尺寸的综合影响，要达到高精度的要求，需要调到最佳流量。采用定量齿轮泵，通过交流变频机来改变齿轮泵的流量，达到最佳值后变频电动机转速锁定，齿轮泵流量恒定不变，通过恒流静压来实现高精度的要求。

3.3 镗杆横向进给三轴同步技术

当机床采用镗杆加工时，镗杆不仅要能轴向进给，而且还需要径向进给。由于镗杆加工的孔深达到8 m，镗杆的总长达到16 m多，为了镗杆径向进给的稳定，采用三支承方式，在径向进给时，这三个支承的动作必须保持一致(不论自动方式还是手动方式)，而且要求有较高的同步精度。根据上述情况，在电气控制上采用一主二从的多龙门轴同步方式，三台伺服电动机均采用绝对值编码器，一次校准后，即可永久同步工作，即使机床断电，再上电后只需进行简单的回零操作，就可恢复原来的同步状态，完全满足了径向进给时三轴同步的要求。

4 结语

本文阐述的数控重型卧式镗车床，在机床实现大承重的同时，将车、铣、磨、大直径深孔镗、小直径深孔钻、镗、珩磨等多功能复合于一体，很好地解决了超临界核电半速转子、超重型轧辊、超大型水轮机主轴及巨型船舶新型舵轴等超大型复杂零件的加工问题。在一台机床可完成上述超重型轴类、套类复杂零件的全部加工工序，实现了此类零件高效、高精度加工。