摘要：由（yóu）於龍（lóng）門刨床加工效率低，耗能高，無法滿足多種加工需求，結（jié）合一（yī）台（tái）大型龍門刨床改造為（wéi）數控龍門銑床的典型案（àn）例，探討龍門（mén）刨床的（de）改造方法及改（gǎi）造前景。

      龍門刨床是機（jī）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，由於早期電氣技術的限製，20世紀（jì）80年代以前，龍（lóng）門刨（páo）床（chuáng）工（gōng）作台拖動采用了電動機擴大機→直流發電機（jī）→直流（liú）電動機方式，造成故障率高，體積大、電耗（hào）大、效（xiào）率低和技（jì）術落後。而且其工（gōng）作方式是工作台前進（jìn）時進行切削（xuē）， 後退時不切削（xuē），工作台後退是為下一次（cì）切削
做準備。
 
      刨床加工隻適合工件比（bǐ）較長而窄的情況，也隻能用於平（píng）麵的加工，加工範圍受到（dào）諸多限製。刨削與（yǔ）銑削的加工精度與表麵質量大致相當，當用中等切（qiē）削速度（dù）刨削鋼件時，易（yì）出現（xiàn）積（jī）屑瘤，影（yǐng）響表麵質量；而硬質合金鑲齒銑刀可采用高速（sù）切削，表（biǎo）麵粗糙度（dù）值較小，刨削加工（gōng）範圍不如銑削加工廣泛，銑削的許多加工內容（róng）是刨削無法代（dài）替的，但銑（xǐ）床完全可替代（dài）刨床（chuáng），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（fā）展，數控機床應用已經非常普及，很多零件的曲麵也隻有數控機床才能加工，所以對老舊三（sān）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70年代（dài）生產的超大規格龍（lóng）門刨床，現服役已達40多年，因電器件嚴重老（lǎo）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（xǐ）床（chuáng）。

      1. 改造方案（àn）

      現將改造的方法（fǎ）、內容歸納如下：
 

      數控機床對機械傳（chuán）動精度要求很高，傳動間隙要求0.05mm以下，原來的機械結構（gòu）已經不能滿足要（yào）求，需改造各軸（zhóu）的（de）傳（chuán）動部分。數控係統采用西門子高端（duān）的840D sl數控係統（tǒng），配置S120全數字（zì）伺服驅動和（hé）1FT7交流同步伺服電動機，最大控製（zhì）軸數可達到31軸，支持多通道多方式組，可（kě）實現坐標係的偏移、旋（xuán）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（zào）：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（zào）為靜壓蝸杆蝸母條，采（cǎi）用（yòng）壓塑成型技（jì）術（shù），保證（zhèng）蝸杆和蝸母條之間的傳動間隙，通過靜壓實現無磨損傳動。②因工作台由4塊拚裝而成，質量達（dá）到了80t，慣量和負載都很大，為降低負載，將工作台改造為靜壓結（jié）構，應用多頭泵（bèng）使各靜壓（yā）點（diǎn）壓力一致，達到很（hěn）好（hǎo）的浮起效果，經檢測整個台麵的浮起量都在0.03～0.05mm。③原X軸的直（zhí）流電動機的（de）功率（lǜ）達到（dào）了160kW，現在的同步伺服電動機（jī）沒有這麽大規（guī）格的，安裝靜壓後負載大大降低， 但（dàn）機械慣量依然很（hěn）大，X軸采（cǎi）用4台西門子1FT7電動機（jī），通過MASTERSLAVE主從控製功能，使4個電動（dòng）機實現速度和力矩的同步，達到（dào）理想的驅動效果。④ 為增加（jiā）控製精度， 安裝高（gāo）精密海德漢LB382C距離編（biān）碼（mǎ）光柵尺，可實現80mm以內回參考點，極（jí）大地提高了效（xiào）率和精度。⑤對床身導軌精加工，達到滿足（zú）數控機床（chuáng）要（yào）求的直線度和平麵（miàn）度。

      （2）Y軸（zhóu）的改造：①去掉原來Y軸的刀架、梯形絲杠和傳動（dòng）箱，將Y軸改為精密數控用滾珠絲杠（gàng），采用西（xī）門子1F T7交（jiāo）流伺服電動機經減（jiǎn）速後驅動溜板，實現滑枕銑頭的水（shuǐ）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（jiā）強，焊接加（jiā）強筋，實現溜板水平移動時橫梁（liáng）不下垂。③為（wéi）增加控製精度，安裝（zhuāng）高精密海德漢LB382C距離編（biān）碼光（guāng）柵尺，可實現80mm以內回參考（kǎo）點，極大提高了（le）效率和（hé）精度。

      （3）Z軸的改（gǎi）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（diàn）動機經減速後驅（qū）動滑枕，實現滑枕銑（xǐ）頭沿著溜板上下移動。②為增加控製精度，安裝高精密海德漢LB382C距離編（biān）碼光柵尺，可實現（xiàn）80mm以內回參考點，極大地提高了效率（lǜ）和精度。 
 

      （4）主軸的改造：①滑枕（zhěn）式銑（xǐ）頭（tóu）采（cǎi）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，液壓鬆刀；電動機采（cǎi）用西門子1PH8 40kW大（dà）功率交流異步（bù）伺服電動機，實現無級調速，調速範圍廣，最高速可（kě）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（lǜ）切（qiē）削。③安裝（zhuāng）主軸編碼器，可實現剛性攻螺（luó）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，可完成各種複雜零件的加（jiā）工。
 

      （5）橫梁的改造：①將（jiāng）橫梁的梯形（xíng）絲杠改為滾珠絲杠，去掉左右側刀架，將原（yuán）來的側刀架的平衡裝置改為橫梁的平衡，並重新配重。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（dòng）機（jī）帶動橫（héng）梁實現升降（jiàng）運（yùn）動。③在左右立柱各（gè）安裝高精（jīng）密海德漢LB382C距離編碼光柵尺（chǐ），可實現80mm以內回參考（kǎo）點，極大地提高了效率和精度（dù）。④采用西門子先進的龍門軸（GANRY）功能，保（bǎo）證橫梁的姿態，實現位置同步。（6）其他機床各軸安裝機床（chuáng）防護罩，使機床更加美（měi）觀，安全可靠。改造前後機床外觀如圖1、圖2所示。

      圖1 改造前：XB2050龍門刨銑床   圖2 改造後：XK2150數控龍門銑（xǐ）床

 
      2. 改造前後數據對比表
 
 
      改造前後數據對比如表1所列。
 

                                                 表1 改（gǎi）造前後數據對比

      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（chū）提高近4倍（bèi），工件加（jiā）工類（lèi）型大大提高（gāo），可滿足各類大型零件的加工要求，停機率大（dà）大降低。

      3. 改造費用

      改造完成（chéng）後（hòu），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（gé）新龍（lóng）門（mén）銑需要1 700萬元左右，另外還需要地基（jī）製作費用50萬元，采用刨床改造不需（xū）要重新製（zhì）作地基（jī），安裝周期大大降低。

      4. 結語

      經改造後機床（chuáng）各軸運行良好， 各項精度達到數控龍門銑機床的國家驗收（shōu）標準。機床的（de）操作、編程非常方便，效率大大提高，可用於各種複雜（zá）零件的（de）加工（gōng），加工零件種類大大提高。利用數（shù）控係統（tǒng）的診斷功能，維護非常方便。去掉了三聯機（jī）組，節約了大量能源和占地麵積，噪聲也大大降低。在我（wǒ）國還有大量的龍門刨床用於（yú）各行各業（yè）的機械加工，改造升級前景廣（guǎng）闊。