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      前幾年中國(guó)機(jī)床市場(chǎng)對(duì)大型機(jī)床需求旺盛時(shí)，中國(guó)機(jī)床企業(yè)開發(fā)了一批龍門式或橋式數(shù)控鏜銑床和數(shù)控車銑復(fù)合加工中心等大、重型機(jī)床。其中規(guī)格比較大的有齊齊哈爾一廠、二廠的立車，二廠的鏜桿直徑320mm數(shù)控鏜銑中心和重型數(shù)控車床，上海機(jī)床廠的扎輥磨床、武漢重型機(jī)床廠早年的16米立車等等，市場(chǎng)的需求，推動(dòng)并加快了中國(guó)大、重型機(jī)床的發(fā)展，發(fā)展成果顯著。

      眾所周知，大型和超大型工件的特點(diǎn)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(jī)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(dòng)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(guó)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(jìn)展也比我們快，特色機(jī)床更多，技術(shù)水平更高。下面，從德國(guó)《WB》雜志報(bào)道的相關(guān)信息中，有選擇地簡(jiǎn)介幾個(gè)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，僅供業(yè)界參考。

      超大規(guī)格傳動(dòng)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(dòng)裝置殼體所提供的加工設(shè)備方面，德國(guó)Renk公司的聲譽(yù)較好。他們制造了重達(dá)100噸、傳遞扭矩達(dá)350 kNm的標(biāo)準(zhǔn)系列的傳動(dòng)裝置。由于傳動(dòng)齒輪是每個(gè)傳動(dòng)裝置的核心部件，Renk公司自己生產(chǎn)齒輪。傳動(dòng)裝置的殼體由上、下殼體兩部分組成，而殼體本身就重達(dá)20噸，殼體也是自己加工制造。

      為這項(xiàng)任務(wù)，Renk公司用了2臺(tái)能加工的工件尺寸為9m×3.8m×2m的大型加工中心，既承擔(dān)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(zhǔn)備時(shí)間。加工時(shí)間是一個(gè)重要因素，所以要充分利用好機(jī)床的生產(chǎn)能力。每臺(tái)大型加工中心最近7年的平均使用時(shí)間有4,700h。加工一個(gè)傳動(dòng)裝置的上、下殼體要花費(fèi)30至50小時(shí)，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(jī)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(lái)，Renk公司一直應(yīng)用山高（SECO）刀具公司的刀具。在大型機(jī)床上應(yīng)用了SECO公司的Double Octomill面銑刀，這個(gè)具有16個(gè)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(duì)各種不同材料的大型零件進(jìn)行粗加工和精整加工。考慮到應(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(jìn)給量時(shí)，16個(gè)可轉(zhuǎn)位刀片都能很好的精確定位，每個(gè)刀片顯示的成本都很低。Double Octomill面銑刀能以很高的速度進(jìn)行切削加工，同時(shí)也降低了刀具成本。

      用這把刀具在鑄鐵箱體上進(jìn)行的實(shí)際切削對(duì)比試驗(yàn)證明，加工大型鑄鐵箱體件的效果很好。刀片材料有很好的耐磨鍍層，適合于高速切削加工。切削速度提高到350m/min時(shí)，功率指示表總是處于綠色區(qū)域。從振動(dòng)和噪聲的情況看，這個(gè)刀具可達(dá)到更高的切削速度，作為對(duì)比，這里用的切削速度是215m/min。

      試驗(yàn)記錄表明，刀刃與工件的嚙合時(shí)間減少了一半多，即由25.86min減為11.78min.，同時(shí)，切削量由1,209 cm3/min提高到2,268 cm3/min。對(duì)用戶而言，加工速度的提高或切削效率的提高的直接好處是能明顯降低加工成本。

      對(duì)比試驗(yàn)的另一個(gè)結(jié)果是，用以前的刀具加工，每個(gè)刀片只能加工半個(gè)工件，而用SECO的Double Octomill面銑刀，每把刀可加工5個(gè)工件。顯然，刀具壽命提高了10倍。由此可見(jiàn)，Renk公司用他們的大型機(jī)床配備SECO的Double Octomill面銑刀的加工方案是成功的。

      直徑達(dá)8,000mm環(huán)形零件的加工

      成長(zhǎng)強(qiáng)勁的能源工業(yè)部門，近年來(lái)，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(jī)構(gòu)也少不了大型環(huán)形件。可是要找一臺(tái)高生產(chǎn)率的加工大型環(huán)形零件的專用機(jī)床并不容易。由于實(shí)際市場(chǎng)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(lái)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?yàn)楹芏嘤脩舳夹枰ㄣ@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(jiǎn)介一下他們的方案。

      Ibarmia公司把環(huán)形件安裝在機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)上，呈準(zhǔn)確的自然水平位置進(jìn)行加工，這樣便于分度，可以用回轉(zhuǎn)頭或角鏜頭一個(gè)接一個(gè)地進(jìn)行臥式孔加工。該公司制造高精度轉(zhuǎn)臺(tái)，用合適的同步電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，并按需要選用滾動(dòng)軸承轉(zhuǎn)臺(tái)或靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)，這兩種轉(zhuǎn)臺(tái)，都是通過(guò)1個(gè)高質(zhì)量的大齒輪和2個(gè)小齒輪驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)臺(tái)還配備一個(gè)通過(guò)海德漢的RCN空心軸同步發(fā)送機(jī)工作的直接測(cè)量系統(tǒng)，用于精確的回轉(zhuǎn)控制。近20年來(lái)，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(dòng)或自動(dòng)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(gè)包括刀具監(jiān)控和管理的先進(jìn)的控制系統(tǒng)。除了可以無(wú)人化生產(chǎn)外，需要時(shí)還能診斷刀具破損或工件損壞引起機(jī)床停機(jī)的時(shí)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(guò)兩級(jí)凈化處理。

      Ibarmia的動(dòng)立柱機(jī)床可標(biāo)準(zhǔn)配置SV系列的立式主軸頭或SVK系列的立/臥自動(dòng)轉(zhuǎn)換主軸頭。一個(gè)尺寸規(guī)格大的支柱，在轉(zhuǎn)臺(tái)一側(cè)從外向內(nèi)移動(dòng)，可加工不同直徑的環(huán)形零件。把強(qiáng)有力的主軸頭安置在支柱前面進(jìn)行孔加工。而配置SVK自動(dòng)主軸頭的方案，可進(jìn)行立式和臥式孔加工，這對(duì)于一次裝卡就能完成各種孔加工和其他加工來(lái)說(shuō)是比較理想的配置。

      機(jī)床還可以配置兩個(gè)加工單元，同時(shí)對(duì)工件進(jìn)行加工。如FVV系列機(jī)床就配置兩個(gè)立式主軸單元；FVK系列機(jī)床配置一個(gè)立式主軸單元和一個(gè)可用于立/臥加工的立/臥自動(dòng)轉(zhuǎn)換主軸單元；而FKK系列機(jī)床則帶兩個(gè)用于立/臥加工的立/臥自動(dòng)轉(zhuǎn)換主軸單元。在加工不對(duì)稱孔的情況下，或者需要銑削加工時(shí)，機(jī)床可以用一個(gè)帶有另一控制軸的十字滑座來(lái)擴(kuò)展機(jī)床的功能。

      就機(jī)床結(jié)構(gòu)而言，認(rèn)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(jī)床。P系列龍門結(jié)構(gòu)機(jī)床可加工小直徑至很大直徑的環(huán)形件。轉(zhuǎn)臺(tái)位于橫梁中間下方，橫梁上可選配一個(gè)或兩個(gè)可移動(dòng)的立式主軸加工單元，并可同時(shí)用兩個(gè)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(jī)床上，工件的徑向定位不通過(guò)轉(zhuǎn)臺(tái)，而應(yīng)用獨(dú)有的線性軸，包括立柱在內(nèi)的龍門架沿長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)進(jìn)行定位，其巨大的優(yōu)點(diǎn)是除可加工大型環(huán)形件外，還可加工大型平板件。

      2011年新開發(fā)了一種專用于加工環(huán)形件的大型立車系列，在巨大的床身上裝有一個(gè)靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)，驅(qū)動(dòng)功率為350 kW，可加工直徑3,500mm以上的的工件，而且多種加工可在一臺(tái)機(jī)床上完成。

      其實(shí)中國(guó)齊齊哈爾機(jī)床一廠和二廠生產(chǎn)的大型數(shù)控立車或數(shù)控立式車/銑加工中心都可加工環(huán)形類零件。武漢重型機(jī)床廠早年就生產(chǎn)了16m立車，滿足了中國(guó)建設(shè)需要。這種大直徑環(huán)形類零件平放在立車的工作臺(tái)上，找正并卡緊后就可加工。也許國(guó)產(chǎn)機(jī)床的性能和加工效率還有待進(jìn)一步改善和提高。

      大型圓柱類和圓筒類零件的內(nèi)部加工

      大家知道，在普通車床上可以用單邊夾緊的鏜桿加工內(nèi)輪廓和直徑，在組合了振動(dòng)阻尼結(jié)構(gòu)后，也能實(shí)現(xiàn)大長(zhǎng)徑比（L/D）零件的有效加工。傳統(tǒng)的加工方案表明，由于單邊夾緊和在大管道內(nèi)部加工時(shí)，刀具缺少支撐，發(fā)現(xiàn)在這種情況下，正是這個(gè)長(zhǎng)徑比（L/D）成了制約加工的重要因素。

      德國(guó)的Rottler機(jī)床制造公司與用戶和技術(shù)合作伙伴一起，根據(jù)加工任務(wù)的要求，并優(yōu)先考慮用戶的生產(chǎn)條件，研究機(jī)床的結(jié)構(gòu)方案和加工可行性。20多年來(lái)，應(yīng)用新技術(shù)開發(fā)了各種用于圓柱孔和襯套輪廓及大型管件的內(nèi)部加工和桿件材料的鏜孔與擴(kuò)孔的機(jī)床。

      ABD結(jié)構(gòu)系列的孔加工機(jī)床是為在工件上組合加工直徑2000 mm和長(zhǎng)15000 mm的圓柱孔而開發(fā)的。在機(jī)床上用刀具固定和工件轉(zhuǎn)動(dòng)的方式進(jìn)行加工。在迄今為止的機(jī)床上，穩(wěn)定性和孔加工能力受限于回轉(zhuǎn)中心到床身間的距離，中心架與床身聯(lián)接不穩(wěn)定、進(jìn)給力通過(guò)不利的杠桿比傳遞到孔加工刀具上也是不可忽視的因素。為克服這些缺點(diǎn)，Rottler的ABD系列機(jī)床增加了一個(gè)上床身。這樣，上床身部件可使中心架和回轉(zhuǎn)支架的結(jié)構(gòu)形式更緊湊，加工工件的外直徑也大了。增加的成本可通過(guò)提高進(jìn)給速度得到補(bǔ)償。加工使用的新刀頭裝了新的可轉(zhuǎn)位刀片，在加工內(nèi)孔時(shí)，由專用的導(dǎo)板導(dǎo)引。

      由于能傳遞300 kN的進(jìn)給力和400 kW的驅(qū)動(dòng)功率，使切屑厚度可達(dá)70mm，并為可轉(zhuǎn)位刀片的標(biāo)準(zhǔn)路勁和鉆孔長(zhǎng)度設(shè)定切削參數(shù)，使之不用換刀就能完成一次切削加工。用乳化液作為刀具和導(dǎo)向板的冷卻潤(rùn)滑劑。

      用臨界阻尼的靜壓導(dǎo)軌和一個(gè)在基座上的由4個(gè)滑枕滾柱支架組成的輔助支撐是考慮鉆孔時(shí)突出的穩(wěn)定性問(wèn)題。由于剛度高，就不需要用動(dòng)力鏜桿導(dǎo)向支撐來(lái)加工導(dǎo)向孔或打中心孔了。在加工偏心孔時(shí)，對(duì)支架穩(wěn)定性的影響很大，導(dǎo)致支架在基座上的固定聯(lián)接松動(dòng)，并要通過(guò)在床身上移動(dòng)主軸箱來(lái)適應(yīng)不同長(zhǎng)度的工件加工。由此產(chǎn)生了一種全新的重型機(jī)床設(shè)計(jì)，這個(gè)系列的機(jī)床可以加工外直徑達(dá)5,000 mm和長(zhǎng)度達(dá)25,000 mm的工件。

      基于加工造紙機(jī)用的軋輥和滾筒等復(fù)雜的內(nèi)輪廓對(duì)機(jī)床提出的特殊要求，Rottler公司開發(fā)了一種便于攜帶的專用車削加工單元，它也能適合現(xiàn)有的平床身車床，形成了Tabo結(jié)構(gòu)系列鉆鏜床和便攜式加工單元，加工范圍覆蓋內(nèi)直徑1,200 mm、長(zhǎng)12,000 mm的軋輥、滾筒和圓柱體類工件，能按需要自由編程加工它們的內(nèi)輪廓。

      以后又在ABD結(jié)構(gòu)系列部件基礎(chǔ)上，開發(fā)了TFB結(jié)構(gòu)系列深孔加工機(jī)床，用于加工直徑150 mm至1,800 mm和長(zhǎng)度達(dá)15,000 mm的工件。這種TFB機(jī)床適合用BTA深孔加工方式（即用高壓切削液使切屑從空心鉆桿內(nèi)排出的方式）或Ejector方式（即用高壓氣體使切屑從空心鉆桿內(nèi)排出的方式）進(jìn)行孔加工。用TFB結(jié)構(gòu)系列機(jī)床也能以工件和刀具都同時(shí)回轉(zhuǎn)的方式進(jìn)行孔加工，由此會(huì)使加工的孔獲得盡可能高的同軸度。

      后來(lái)，又因大型專用油缸制造商Hilfrich公司提出的要在短期內(nèi)能用圓柱材料加工直徑700 mm的鏜孔要求，Rottler公司大約經(jīng)過(guò)15個(gè)月研發(fā)制造，世界上第一臺(tái)用實(shí)體鉆孔的方法鉆削直徑700 mm的深空加工機(jī)床2012年已交付用戶使用了。經(jīng)過(guò)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)單元最大產(chǎn)生200 kN的進(jìn)給力。按計(jì)劃的加工任務(wù)要求，在4級(jí)主軸箱上的驅(qū)動(dòng)功率308 kW，而在刀具上的2級(jí)驅(qū)動(dòng)功率為130 kW。

      通過(guò)強(qiáng)力夾緊的主軸，經(jīng)由4個(gè)夾爪的機(jī)床花盤把最大132,000 Nm的扭矩傳遞到工件上，4個(gè)刀具支架和3個(gè)工件支架分別支撐著鉆桿和工件。

      必要的備件有鉆孔供油裝置、鉆桿和鉆頭等。不同的鉆孔直徑需要相應(yīng)直徑的鉆頭和鉆桿，用工件轉(zhuǎn)動(dòng)和刀具固定的方式實(shí)體鉆削Ø700 mm的孔，需要290 kW的驅(qū)動(dòng)功率，每小時(shí)加工的切屑有1,900 kg，同時(shí)要用切削冷卻油通過(guò)鉆桿和鉆頭直接噴向切削刃，以冷卻刀具和排除切屑。可見(jiàn)，加工的效率還是很高的，當(dāng)然需要的機(jī)床功率也很大，其中，解決斷屑和及時(shí)排除如此大量的切屑也非易事，所以，加工難度不小。

      大規(guī)格超精密機(jī)床DIXI 210

      DMG森精機(jī)研發(fā)的產(chǎn)品中，大規(guī)格超精密機(jī)床DIXI 210當(dāng)屬目前世界上獨(dú)有的最新、規(guī)格最大、技術(shù)水平最高的超精密加工機(jī)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(guó)工程技術(shù)人員認(rèn)真的制造工藝。這是一臺(tái)高檔的龍門結(jié)構(gòu)機(jī)床，制造的很完美。為了達(dá)到盡可能高的剛性和穩(wěn)定性，龍門結(jié)構(gòu)采用3點(diǎn)支撐，即用3個(gè)由GGG60材料制成的鑄件塊來(lái)支撐。這為在強(qiáng)力銑削加工時(shí)達(dá)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(jī)床，只要多一點(diǎn)夾緊，就可以加工直徑達(dá)2,500 mm、高1,250 mm以及最重8,000 kg的工件，既可以高效率進(jìn)行粗加工，也可以高動(dòng)態(tài)（0.6g）、快速進(jìn)給（60mm/min）進(jìn)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(jī)驅(qū)動(dòng)主軸。這么大的機(jī)床，精密度是真正的拿手技藝，只有通過(guò)有經(jīng)驗(yàn)的DIXI員工的手工刮研500多小時(shí)后，才能達(dá)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(biāo)和回轉(zhuǎn)坐標(biāo)的共同高精度作用下，最終才能在工件上達(dá)到最小的形位誤差。

      用戶在以后的使用過(guò)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(wèn)題。此外，機(jī)床安裝后要全部進(jìn)行三維尺寸的測(cè)量，有時(shí)還要進(jìn)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(jī)床制造大國(guó)，大、重型機(jī)床創(chuàng)新成果很多，中國(guó)機(jī)床工快速發(fā)展中，大、重型機(jī)床的成果也很突出，不必多說(shuō)。以上介紹涉及的大型和超大型工件的加工設(shè)備，中國(guó)的機(jī)床工業(yè)幾乎都能提供。近年來(lái)，中國(guó)風(fēng)電工業(yè)的強(qiáng)勁發(fā)展以及航空、航天和國(guó)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(guó)機(jī)床行業(yè)完全有能力解決這類零件的加工問(wèn)題。