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208 国家重大技术装备30年纪念册 国家重大技术装备 机床工具 进入21世纪以来，我国机床工具产业取得了 巨大进步，我国已经发展成为世界机床生产大国。 2009～ 2012年我国机床产值连续位居世界第一位； 数控机床产量2001年为1万台， 2012年已达到20.6万 台。我国已连续11年成为世界金属加工机床第一消 费大国。机床工具产业自主创新成果显著，开发了 一批高速、精密、复合、多轴联动数控机床，以及 一批大规格、大吨位的重型、超重型数控机床新产 品，这些产品满足了国家重大技术装备、重点领域 和军工建设的急需，在国民经济和国防军工建设中 发挥了关键作用。 209国家重大技术装备30年纪念册 一、 MK84250/15000H 型 250t超重型数控轧辊磨床 轧辊是钢铁产业用于钢板轧制的关键零 件，随着工业经济的发展，对于钢板的尺寸要 求越来越宽，轧辊的尺寸也随之越来越大。由 于轧辊的加工精度直接影响着钢板的轧制精 度，因此轧辊加工一般需要采用精密磨削加 工。目前从国外企业进口的重型数控轧辊磨床 价格十分昂贵。上海机床厂有限公司（以下简 称上机公司）通过技术攻关，解决了多项关键 技术难题，如重载作用下的静压支撑与工件高 精度回转技术、加工误差的检测技术等，研制 出当今国际上最大加工能力250t的数控轧辊磨床 （见图1 ）。该磨床用于轧辊制造厂大型轧辊的 图1 上机公司研制的250t超重型数控轧辊磨床 磨削加工，可实现热连轧机组与宽厚板机组支 承辊、工作辊等粗磨与精磨加工，完成辊身、 辊颈、托肩外圆和锥面等部位的磨削。主要技 术参数 最大磨削直径 φ 2500 mm 最小磨削直径 φ 400 mm 有效磨削工件长度1 5000 mm 工件最大重量 250t 磨削工件圆度 0.003mm 纵截面内直径一致性 0.003mm 工件表面粗糙度值 Ra0.4μ m 目前，国产数控轧辊磨床已经形成系列化 产品，解决了我国大型轧辊制造瓶颈技术装备 难题，通过该项目研究，使我国超重型极端制 造技术获得突破。 210 国家重大技术装备30年纪念册 国家重大技术装备 图2 北京第一机床厂研制的XKA28105 300数控重型桥式龙门五轴联动车铣复合机床 二、数控重型桥式龙门五轴 联动车铣复合机床 为满足我国大型核电站核岛设备制造和超 重型零件制造对超重型数控龙门车铣复合机床 的需要，提高三代核电和大型船舶设备国产化 率、提升我国核电和大型船舶制造业在国内外 核电市场的竞争力，北京第一机床厂突破“超 重型结构件设计与制造”、“重型高刚度、精 密静压车铣转台的驱动设计与制造”、“重型 机床静压导轨的仿真”等关键技术，成功研制 XKA28105 300数控重型桥式龙门五轴联动车 铣复合机床（见图2）。该机床配置 φ 9.5m车铣 复合数控转台，主轴配有A/C轴机械式传动摆 角铣头，可进行五坐标联动加工。主要技术参 数 龙门通过宽度 10.5m 最大加工高度 7.5m 承重 300t 主电机功率 105kW 该机床是目前国内龙门通过宽度最大的 超重型数控龙门移动式五轴联动车铣复合机 床，主要性能指标达到国际先进、国内领先 水平。 211国家重大技术装备30年纪念册 三、数控重型曲轴铣车复合 加工机床 大型船用曲轴是船用柴油机的关键部件， 重量大、精度高、性能要求苛刻、制造工艺复 杂，被誉为万吨轮“心脏”（发动机）的“心 脏”。从20世纪90年代中期开始，我国造船 业所需要的重型曲轴长期依赖进口，直接影响 了我国造船业的发展。为攻克这一难题，齐重 数控装备股份有限公司（以下简称齐重数控） 进行了“床身刚度、受力状态、防震性新型结 构”、“高刚度、高精度新型主轴”、“工件 中心定位精度及检测”和“主轴箱花盘回转定 图3 齐重数控研制的数控重型曲轴铣车复合加工机床 位精度及精度补偿”等技术攻关，成功研制出 用于加工万匹马力以上船舶柴油机的数控重型 曲轴铣车复合加工机床（见图3 ），不但满足了 曲轴零件加工的各项参数要求，而且工件的加 工精度和加工效率等均达到世界一流水平。主 要技术参数 最大回转直径 φ 4100mm 最大工件长度 14500mm 最大工件重量 180t 主电机功率 160kW 该机床的研发成功填补了我国在重型曲轴 加工装备领域的空白，对推动我国大型舰船发 展具有战略意义。 212 国家重大技术装备30年纪念册 国家重大技术装备 四、HTM125600型五轴 车铣中心 针对生产船舶、舰艇、机车等所需大 型柴油机关键核心部件重型曲轴的迫 切需求，沈阳机床集团有限责任公司（以 下简称沈阳机床）攻克机床总体布局，机 床结构与传动系统静、动态性能预估与优 化设计， A、 B轴主轴头配电主轴或机械 主轴，关键零部件制造，数控系统软硬件 开发，机床精度补偿与轨迹规划，复杂结 构件高速加工工艺与数据库等关键技术， 研制成功了HTM125600型铣车复合五轴 联动铣车加工中心（见图4）。 主要技术 参数 最大回转直径 φ 3150mm 工件长度 6000mm 工件最大重量 120t 主功率196kW（直流），扭矩 160kNm C轴最大扭矩 50kNm 主轴转速 0.4～ 100r/min 该机床不仅可以应用于重型曲轴生 产，促进曲轴生产企业迅速形成规模生产 能力，满足船用柴油机对于重型曲轴的急 切需求，为我国船用柴油机重型曲轴生产 开辟一条新道路；而且也可以用于大型电 机转子、汽轮机转子、重型轧辊等重型装 图4 沈阳机床开发的HTM125600型五轴车铣中心 图5 武重开发的DL 250型超重型数控卧式镗车床 备的重大、复杂轴盘系零件的生产，满足国家重大技术 装备和国内各产业对高档重型铣车复合机床的需求。 五、DL250型超重型数控卧式 镗车床 武汉重型机床集团有限公司（以下简称武重）通 过对超重型伺服静压主轴、大直径深孔镗刀架、超长 深孔镗钻刀架、恒流恒温静压导轨、高精度大切削力 刀架和三轴同步控制系统等关键技术攻关，成功开发 出 φ 5000mm 20000m、承重500t的DL 250型超重型 数控卧式镗车床（见图5），填补了国内空白。 该机床广泛应用于冶金、交通、能源、重机制 造、军工等领域的超重型轧辊、大型船舶（航空母 舰）舵轴、超临界汽轮机转子、水轮发电机转子及大 电机主轴的加工，是国家战略装备的关键加工设备， 对国家经济和国防安全具有重要的战略意义。 213国家重大技术装备30年纪念册 图6 大连机床研制的汽车发动机关键零件加工柔性自动线 六、汽车发动机关键零件高效高精 加工柔性自动线 近年来中国汽车工业快速发展，以高速加工中心为 主体的高速柔性生产线越来越多地被汽车整车及零部件生 产企业采用，但国内目前主要依赖进口。大连机床集团有 限责任公司（以下简称大连机床）通过科研攻关，掌握 了“快速生产线重组”、“ CAD/CAM以及自动编程”、 “敏捷制造技术”、“适合多种零件加工的多托盘加工中 心设计”等先进技术，设计制造了多条柔性加工自动线及 敏捷加工自动线，适应了汽车零件批量生产和产品更新换 代改型的需要。特别是汽车发动机关键件如缸体、缸盖、 瓦盖、曲轴、连杆及差速器壳体等，大都采用此类高效自 动化装备来完成加工。图6是大连机床研制的汽车发动机关 键零件加工柔性自动线。 214 国家重大技术装备30年纪念册 国家重大技术装备 图7 重庆机床开发的Y31320型大型、高精度、数控滚齿机 数控机床及高效自动化加工成套技术装备的研究与开发，对于 推动我国汽车产业制造装备的升级具有重要意义。 七、Y31320型大型、高精度、数控滚齿机 近年来，风电设备、船舶、载重汽车、工程机械、石油机械、 机车车辆及冶金等产业的迅猛发展，对大规格数控滚齿机的需求越 来越大，效率和精度要求也越来越高，但大多数企业只能依靠进 口设备来满足加工要求。重庆机床（集团）有限责任公司（以下 简称重庆机床）通过对高速、大型精密数控滚齿机通过对高速、精 密大型数控滚齿机的模块化和数字化，机床关键零件有限元分析及 结构优化，高速、精密大型数控滚齿机信息化、智能化控制系统， 高速、精密大型数控滚齿机工作台、滚刀主轴静压等的关键技术攻 关，开发出Y31320型大型、高精度、数控滚齿机（见图7），技术 性能达到世界先进水平。 主要技术参数 最大加工直径 φ 3200 mm 最大加工模数 35 mm 加工精度6级 GB/10095.1 2001 该机床的研制成功显著提升了我国齿轮及齿轮装备产业的技 术创新能力和整体技术水平，缩小了我国齿轮装备产业与国外的差 距，打破了国外对精密大型数控滚齿机的垄断，满足了我国风电设 备、船舶、重型汽车和工程机械等产业对高速、精密大型数控滚齿 机的需求。 215国家重大技术装备30年纪念册 图8 秦川机床研制的QMK009型数控锥齿轮磨齿机 八、QMK009型数控锥齿轮 磨齿机 随着机械工业的不断发展，对于控制和降 低机械运行过程中的振动和噪音，对于传动部 件的承载能力、传动效率和传动精度等方面的 要求均愈来愈高，从而使齿轮磨削技术日趋成 熟，也使磨齿机制造技术取得了长足的发展。 随着风力发电、船舶、石油机械、冶金 和矿山等重工业及交通基础建设的发展，国内 对高速、精密大型数控磨齿机的需求呈逐年上 升趋势，目前我国只能购买售价昂贵的进口设 备，严重制约了相关产业的发展。陕西秦川机 床工具集团有限公司（以下简称秦川机床）研 制的QMK 009型数控锥齿轮磨齿机（见图8 ）， 采用创新的数字铲形轮展成磨削工艺，用指状 砂轮或小直径盘状砂轮，通过多轴联动来磨削 大型曲线齿锥齿轮，实现了加工方法和机床结 构的原始创新，可实现Gleason弧齿锥齿轮、直 齿锥齿轮和Klingelnberg延伸外摆线锥齿轮等多 种齿制锥齿轮的磨削加工。主要技术参数 最大工件分度圆直径 φ 2500mm 最大端面模数 50mm 中点螺旋角 0～ 50 最大齿宽 500mm 加工精度4级 （ GB 11365 89） 该机床的成功开发解决了我国大型重载圆 锥齿轮的热处理后精密加工难题，填补了国内 空白，使我国在国际上处于大型高精度硬齿面 锥齿轮制造的先进行列，解决了船舶、石油和 建材等产业对大型锥齿轮磨齿机的急需，对我 国发展大型、高精度传动装备具有重要意义。 216 国家重大技术装备30年纪念册 国家重大技术装备 九、 大型快速高效数控全自 动冲压生产线 大型快速高效数控全自动冲压生产线加工大 型汽车覆盖件的主要特点是生产效率高、换模时 间短、 生产柔性高，可适应各种车型，已被越来 越多的汽车制造企业所采用。 产节拍 压生产线加工大型汽车覆盖件， 它 针对汽车大型覆盖件的生产制造，济南二机 床集团有限公司（以下简称济南二机床）通过对 高速压力机结构设计、大行程压力机多连杆设计 制造、快速横杆送料集成、全线连续运行的同步 驱动控制、压力机多点卸荷、大流量重载负荷液 压润滑、压力机振动检测控制及安全防护等关键 技术的研发，成功研制了具有完全自主知识产权 的64000kN大型快速高效数控全自动冲压生产线 （见图9）。主要技术参数 全线压力机总公称吨位 64000 kN 工作台面尺寸 左右 5000mm 前后 2600 mm 滑块行程 1200～ 1400 mm 滑块行程次数 10～ 20 spm 最大装模高度 1400 mm 装模高度调节量 600mm 数控液压拉伸垫吨位 6000 kN 全线生产节拍 12～ 16 spm 以此为突破口，济南二机床继而开发出 42000～ 60000kN系列全自动冲压生产线，达 到国际同类产品先进水平。该生产线目前不仅 已批量装备我国汽车制造业，彻底改变了我国 大型快速高效数控全自动冲压生产线进口局 面，而且已经批量出口美国福特公司等著名汽 车制造商。 图9 济南二机床研制的大型快速高效数控全自动冲压生产线 217国家重大技术装备30年纪念册 十、超重型数控落地铣镗床 齐齐哈尔二机床（集团）有限责任公司 （以下简称齐二机床）开展了大型立柱的有限 元计算与变形分析、方滑枕三向精度补偿的设 计与计算、立柱的倾斜与补偿及结构设计与计 算、运动学与动力学的优化设计、方滑枕热伸 长及精度补偿、数控摆角铣头的设计与制造等 多项关键技术攻关，在此基础上成功研制了世 界最大的TK6932型超重型数控落地铣镗床（见 图10）。主要技术参数 镗杆直 φ 320mm 主轴最大扭距 26000Nm 立柱行程（ X1轴） 41000mm 主轴箱行程（ Y1轴） 8000mm 镗轴行程（ Z1轴） 1800mm 该机床配以铣镗主机，回转工作台等构成大 型加工单元，可对超重型零件完成铣、镗、钻、 铰和切沟槽等加工，实现五轴联动及空间曲面的 重切削加工。该机床的成功开发对于提高我国大 型精密机械装备制造水平具有重要意义。 图10 齐二机床开发的镗杆直径 φ 320mm数控落地铣镗床 218 国家重大技术装备30年纪念册 国家重大技术装备 十一、 VGW800MT型五 轴立式铣车复合加工中心 图11是大连科德数控有限公司（以下简称 大连科德）开发的VGW800 MT型五轴立式铣 车复合加工中心。主要技术参数 图11 大连科德开发的VGW800 MT型五轴立 式铣车加工中心 限公司提供。 VGW800 MT机床的A轴可选单/双驱控 制， X、 Y、 Z轴支持半闭环/全闭环控制，根据 用户对机床精度的不同要求，还可以提供激光 测量与反馈超高精度包。该机床的多种配置形 式可满足不同用户的加工要求，适用于通用机 械加工、模具制造、汽车、航空航天、船舶、 石油化工和通讯等领域。 十二、THM系列精密卧式加 工中心 高精度卧式加工中心是我国航空航天、汽 车、船舶、模具等领域急需的关键设备，也是 数控机床的主要发展方向之一。目前高精度加 工中心市场基本被国外产品占据，国内仅占不 到10的份额且精度水平明显低于国外产品， 影响产业安全。 四川普什宁江机床有限公司（以下简称宁 江机床）在研究影响机床精度的各个因素的基 础上完成了第四代精密卧式加工中心系列产品 的自主开发，包括关键零件结构分析与优化、 精密装配、零传动精密转台、低应力铸造、热 误差补偿、刀具破损检测、自适应控制、振动 检测与控制等技术研究，同时进一步开发和应 用语音导航、在线帮助、防碰撞功能等，提高 了机床的智能化水平，降低了对操作工人的技 术水平要求。 宁江机床精密卧式加工中心已经形成完整 的系列产品（规格 500 mm、 630 mm、 800 mm、 1000mm），定位精度已经达到0.006～ 0.008mm的精度等级，达到国际同类产品先进 水平。目前该系列精密型卧式加工已经应用在 汽车及其零部件、通用机械、航空航天、模具 等领域，对提升我国精密机床技术和性能起到 了积极的推进作用。图12是宁江机床开发的 THM63100精密卧式加工中心。主要技术参数 定位精度 ≤ 0.008m m，重复定位精度 ≤ 0.004mm 行程（ X/Y/Z） 800 mm /800 mm /550mm 主轴功率 30kW 主轴最高转速 12000r/min 定位精度（ X/Y/Z） 5μ m 该设备采用改良的龙门框架设计，床身采 用矿物铸石材料，其阻尼系数是铸铁的6～ 10 倍，线膨胀系数是铸铁的1/20，用矿物铸石材 料浇铸的高刚性龙门结构床身有着极佳的抑振 性和抗热变形能力； Y轴采用四导轨支撑和位于 中心的主驱动，刀具在三个直线轴上，工件在 两个回转轴上，具有最优的主轴支撑；数控回 转摆动工作台实现双壁支撑和双驱动， A轴摆动 角度为 130， C轴连续360旋转；环形刀 库与机床床身融为一体，由于采用主轴移动模 式，并且具备高达60m/min快移速度， 1g加速度 的性能指标和铣、车、磨功能，相比传统机型 具有更高的材料去除率（约提高83）。该机 型中所采用的数控系统、智能电源及伺服驱动 器、伺服电机、力矩电机、主轴电机以及电主 轴和双回转工作台全部由大连光洋科技工程有 219国家重大技术装备30年纪念册 B轴连续回转分度定位精度 5“，重复精度 3“ 主轴转速 8000～ 20000r/min 快移速度 ≥ 40m/min 十三、 TGK46100高精度数 控卧式坐标镗床 高精度数控卧式坐标镗床是精密机械制 造的工作母机，代表了我国机床工业的制造水 平。沈阳机床集团昆明机床股份有限公司（以 下简称昆明机床）开展了精密机床结构的优化 设计、主轴控制、温度变形（热变形）补偿、 振动控制技术、高精度机床的检验与测量等关 键技术研究，开发出TGK46100高精度数控卧式 坐标镗床（见图13）。主要技术参数 工作台尺寸1000 mm 1000mm，直线轴定 位精度0.004mm，重复定位精度0.002mm B轴定位精度3“，重复定位精度2“ 该机床主要用于精密机械关键件精密加 工，其主要技术指标达到了国际同类产品的先 进水平，填补了国内空白，满足了市场急需。 图13 昆明机床开发的TGK46100高精度数控卧式坐标镗床 图12 宁江机床开发的THM63100精密卧式加工中心