摘要：由于龍門刨床加工效率低，耗能高，無法滿足多種加工需求，結合一臺大型龍門刨床改造為數控龍門銑床的典型案例，探討龍門刨床的改造方法及改造前景。
龍門刨床是機械初加工的大型機床，在我國的機械加工領域有非常廣泛的應用，由于早期電氣技術的限制，20世紀80年代以前，龍門刨床工作臺拖動采用了電動機擴大機→直流發電機→直流電動機方式，造成故障率高，體積大、電耗大、效率低和技術落后。而且其工作方式是工作臺前進時進行切削， 后退時不切削，工作臺后退是為下一次切削
做準備。
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量大致相當，當用中等切削速度刨削鋼件時，易出現積屑瘤，影響表面質量；而硬質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，銑削的許多加工內容是刨削無法代替的，但銑床完全可替代刨床，在國外的發達國家已經不再生產和使用龍門刨床。隨著現代電氣技術的高速發展，數控機床應用已經非常普及，很多零件的曲面也只有數控機床才能加工，所以對老舊三聯機組的龍門刨進行改造非常必要。
B2050x140為我公司20世紀70年代生產的超大規格龍門刨床，現服役已達40多年，因電器件嚴重老化，導致故障率高、維護困難，且耗能高。經分析論證，公司決定將其改造為數控龍門銑床。
1. 改造方案
現將改造的方法、內容歸納如下：
數控機床對機械傳動精度要求很高，傳動間隙要求0.05mm以下，原來的機械結構已經不能滿足要求，需改造各軸的傳動部分。數控系統采用西門子高端的840D sl數控系統，配置S120全數字伺服驅動和1FT7交流同步伺服電動機，最大控制軸數可達到31軸，支持多通道多方式組，可實現坐標系的偏移、旋轉、放大和鏡像等變換，實現直線、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，機械間隙很大，現改造為靜壓蝸桿蝸母條，采用壓塑成型技術，保證蝸桿和蝸母條之間的傳動間隙，通過靜壓實現無磨損傳動。②因工作臺由4塊拼裝而成，質量達到了80t，慣量和負載都很大，為降低負載，將工作臺改造為靜壓結構，應用多頭泵使各靜壓點壓力一致，達到很好的浮起效果，經檢測整個臺面的浮起量都在0.03～0.05mm。③原X軸的直流電動機的功率達到了160kW，現在的同步伺服電動機沒有這么大規格的，安裝靜壓后負載大大降低， 但機械慣量依然很大，X軸采用4臺西門子1FT7電動機，通過MASTERSLAVE主從控制功能，使4個電動機實現速度和力矩的同步，達到理想的驅動效果。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80mm以內回參考點，極大地提高了效率和精度。⑤對床身導軌精加工，達到滿足數控機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軸改為精密數控用滾珠絲杠，采用西門子1F T7交流伺服電動機經減速后驅動溜板，實現滑枕銑頭的水平移動。②因滑枕和溜板的質量超過原來的垂直刀架，需要將橫梁的剛性加強，焊接加強筋，實現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80mm以內回參考點，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交流伺服電動機經減速后驅動滑枕，實現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80mm以內回參考點，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控機床上成熟的高檔機械銑頭，可實現兩擋變速，液壓自動換擋，液壓松刀；電動機采用西門子1PH8 40kW大功率交流異步伺服電動機，實現無級調速，調速范圍廣，最高速可達到2 000r/min。②額定轉速以下恒轉矩切削，額定轉速以上恒功率切削。③安裝主軸編碼器，可實現剛性攻螺紋。④可實現定
位功能，震蕩換擋功能。⑤配備直角、加長和萬能附件， 一機多用，可完成各種復雜零件的加工。
（5）橫梁的改造：①將橫梁的梯形絲杠改為滾珠絲杠，去掉左右側刀架，將原來的側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，改造為左右兩邊各一個精密減速箱，采用西門子1FT7交流伺服電動機帶動橫梁實現升降運動。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80mm以內回參考點，極大地提高了效率和精度。④采用西門子先進的龍門軸（GANRY）功能，保證橫梁的姿態，實現位置同步。（6）其他機床各軸安裝機床防護罩，使機床更加美觀，安全可靠。改造前后機床外觀如圖1、圖2所示。
圖1 改造前：XB2050龍門刨銑床 圖2 改造后：XK2150數控龍門銑床
2. 改造前后數據對比表
改造前后數據對比如表1所列。
表1 改造前后數據對比
經過數據比對分析，月均耗電量和維修保養費用大大降低，產出提高近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. 結語
經改造后機床各軸運行良好， 各項精度達到數控龍門銑機床的國家驗收標準。機床的操作、編程非常方便，效率大大提高，可用于各種復雜零件的加工，加工零件種類大大提高。利用數控系統的診斷功能，維護非常方便。去掉了三聯機組，節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的機械加工，改造升級前景廣闊。
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