中國自主開發研制出多主軸數控車床

多主軸數控車床是在原臥式棒料多軸自動車床（Horizontal Multi-Spindle Bar Automatics）的基礎上，引進數控技術開發研制的高科技產品。

中國多軸車床發展史

中國自50年代末60年代初開始生產多軸車床，當時沈陽第三機床廠測繪前蘇聯的多軸車床，到64年自己開發出32mm棒料的C2132.6并投入批量生產。到90年代末，沈陽第三機床廠作為中國唯一生產多軸車床的廠家，為汽車、軸承、軍工等行業提供了從16mm到63mm各種規格的多軸車床近7000臺，在中國的經濟建設中發揮了重要作用。80年代，中國多軸車床成功打入國際市場，先后出口到羅馬尼亞400多臺，美國近40臺，還出口到伊朗、也門等中東地區。

沈陽創新數控設備有限公司自主開發的CK2120X6，是規格為20mm棒料的多主軸數控車床，是高科技產品，該產品添補了中國數控多軸車床的空白，是提高中國制造業水平不可或缺的高效、自動化的機加設備。

CK2120X6六主軸數控車床

多主軸數控車床繼承了傳統機械多軸車床高效、自動的優點，克服了機械多軸車床柔性差的缺點。機械多軸車床由凸輪控制，它需要樣板刀和螺紋附具等大量專用刀具和附具來完成零件的加工，零件的生產準備和換批工作量大、周期長。數控多軸用先進的伺服電機取代了凸輪驅動，用數控直線插補、圓弧插補方式完型面和螺紋加工，用標準刀具取代了樣板刀和專用附具，降低了加工成本，縮短了生產準備時間。

這里用精度、效率和柔性三個指標，對機械多軸、單主軸數控車床和數控多軸作出比較：

CK2120X6六主軸數控車床的主軸鼓體裝有六根工作主軸，機床完成一個工作循環，主軸鼓體轉60°，夾持在工作主軸中的棒料依次經過六個工位的縱、橫刀架的加工，完成車削外圓、端面、成形面、切槽、車螺紋和鉆孔、鉸孔、攻絲等，機床在切斷工位還可以安裝抓取附具加工零件背面，完成一個零件的全部工序。機床工作時六個工位的縱、橫十幾把刀具同時切削，機床的送料、夾料等輔助動作與切削工位的加工同步進行，機床具有很高的工作效率，最短單件加工時間只有2-3秒。由于工件全部加工在一次裝夾中完成，保證了加工質量。

2004年開始，沈陽創新數控有限公司對開發數控多軸的技術難度和市場前景作了全面的分析論證，同時對關鍵結構三齒盤定位做了試驗臺進行中間試驗，通過技術攻關，掌握了大量的經驗和數據，為數控多軸新產品的開發打下基礎。數控多軸車床產品的開發，首先瞄準了當代世界先進水平，作到一步到位，德國DMG、INDEX和瑞士TORNOS的數控多軸主要有兩種形式：一種主軸傳動仍是傳統方式，即六個主軸由一個伺服主電機帶動，當主軸變速時幾個主軸同時變速；另一種是更為先進的電主軸，主軸的速度都可以單獨控制，可方便的實現單主軸的定向停車和變速。后一種方式雖然更適應加工有橫向鉆孔、銑槽等工藝要求的零件，但機床結構復雜、造價高，而且此類零件并不多，這類數控多軸在市場上占有率較少，中國近期引進的瑞士的TORNOST多主軸數控車床都為性價比較高的第一種類型。

技術攻關中，主軸鼓6個主軸孔和一個中心孔的加工最為關鍵。主軸鼓是多軸車床的心臟，它是保證機床零件加工精度的基礎。德國多軸車床主軸鼓 7 孔位置精度為0.002-0.003mm，前蘇聯多軸車床主軸鼓 7 孔位置精度為0.005mm，國產多軸主軸7 孔精度為0.007mm。新產品CK2120X6主軸鼓 7 孔位置精度定為0.005mm，主軸鼓在瑞士西普座標鏜上加工也只能達到0.01mm左右，創新數控公司用了高精度鏜模和高精度轉盤等自主技術來解決這一難題。

工作主軸是保證機床正常工作的另一重要部件。由于CK2120X6規格小，要求主軸轉速要達到6000rpm，這對主軸孔的加工和主軸的裝配提出了很高的要求，創新數控公司設計了先進的套筒主軸，簡化加工和裝配的難度，套筒主軸是把主軸設計成一個獨立的工作單元，套筒主軸把主軸、軸承、隔套和主軸密封等零件都裝在一個套筒內，作為一個獨立的部件，套筒主軸在機床總裝前就裝配和測試完成，可更好地保證質量和簡化裝配工藝。多軸車床由于刀具多、切削量大，在機床工作時主軸在大量的切削液中工作，要求主軸密封要好，套簡主軸作為獨立的部件，主軸密封更容易作好。

主軸的旋轉由主電機經過皮帶輪傳至中心傳動軸，中心傳動軸的尾端裝中心齒輪，中心齒輪與周邊的六個主軸齒輪嚙合將主電機的轉動傳至六根工作主軸，工作主軸最高轉速為6000轉，這時中心齒輪運動的線速度接近50米/秒，在這么高的速度下傳統的潤滑方式完全不起作用，創新數控公司先后用噴霧潤滑、電磁潤滑泵和高壓定量噴射潤滑油等辦法來解決這一難題，高速齒輪潤滑問題的解決，不但攻下了數控多軸車床主傳動的關鍵，對解決其類似的機械結構也有普遍意義。

數控系統是新產品成敗的又一關鍵，CK2120X6六主軸數控車床選用的是德國Rexroth（力士樂）公司的MTX數控系統，MTX系統有12個NC通道可同時執行12個任務，控制64個伺服軸，可以最多指定32個為主軸。系統程序塊處理時間小于1ms，是一種多過程、并行控制、高響應、高精的高檔數系統；在新產品中，力士樂MTX數控系統控制5個兩座標的復合刀架、一個單座標的刀架和6個工具主軸，共17個直線伺服軸；控制一個主電機、4個工具主軸旋轉電機和一個轉位電機共6個旋轉伺服軸，共23個伺服軸。

多主軸數控車床是一種高精度、高效率機床，它有十幾個過程幾十個伺服軸同時工作，并要求在幾秒種內完成一個工作循環，傳統的數控系統對各控制軸的計算處理只能通過CPU按順序分配給各軸，這樣就會產生延遲，很難保證各刀具加工時間的匹配，如果延遲增大到一定程度，造成實際值與理論值產生偏差，降底了加工精度。

MTX系統是先進的多通道、并行控制系統，它采用了一種所謂虛擬凸輪的理論，對各伺服直接控制，無須其它處理轉換，避免了加工過程中的編譯和計算，消除了控制中的延遲因素，很好的適應了CK2120X6的控制要求。

數控多軸車床產業化前景

在中國，使用傳統多軸最多的是汽車、軸承、軍工等行業，還有拖拉機、紡織機械、水暖器材、醫療器械和電聲器材等。一汽、二汽是過去傳統多軸車床最大的用戶，生產如輪胎螺母、球頭銷等汽車非標標件；一些為汽車廠配套的的行業如油泵油咀、火花塞等也大量采用多軸車床；北京油泵油咀廠建廠時有70多臺多軸車床，無錫油泵油咀廠也使用了大量的多軸車床，南京電磁廠用多軸來加工火花塞殼體。另外摩托車行業也值得關注，重慶紅宇機械廠用多軸車床加工摩托車軸承。

在軸承行業，哈爾濱軸承廠和洛陽軸承廠是使用多軸車床的大用戶，過去有多軸車床近百臺，洛陽軸承廠用機床三廠多軸車床聯線的308軸承加工自動線是全國第一條機械加工自動線，機床三廠開發的16毫米棒料小規格多軸C2116.6，是專門為貴州虹山等軸承廠加工微型軸承套圈的，據了解在福州、廈門一帶，生產這種微型軸承的廠家很多。

關于軍工行業，多軸車床應用比較多的場合是加工炮彈引信，也有加工炮彈彈體和彈殼的，西安慶安公司用過多軸車床加工30航炮的彈體，沈陽724廠也在使用多軸車床。

IT產業的微軸（精密軸）的加工，現在大部分用單軸自動車床，如果用數控多軸車床，可以使這些企業在不增加面積的情況下，加工能力翻倍，這樣的廠家很多，大連大顯精密軸廠就是生產規模較大的一個。

在國外市場方面最有希望是北美地區。美國是多軸車床擁有量最多的國家，大約有各類多軸車床6萬余臺，現在正處在淘汰更新階段，美國和加拿大等國現在都要從歐洲進口多軸車床，因價格太高而無法大量引進。

原沈陽第三機床廠生產的機械多軸車床，在繼出口羅馬尼亞后，90年代開始打入美國市場，當時的機床三廠與美國開來(CALEB)公司簽了在美國銷售國產多軸車床的協議，后來通過美國的一家修理多軸車床的KEY公司先后在美國銷售了近40臺國產多軸車床。

多主軸數控車床解決了機械多軸柔性差的問題，適應當前產品更新換代快的形勢。作為過去大量使用老機械多軸車床企業的替代產品，具有很大的市場潛力。近十幾年來，很多國外的汽車行業打入中國市場，在國內投資建廠的企業，往往要求按國外的工藝選配加工設備。多主軸數控車床由于它高效自動和保證了零件的加工質量，是很多汽車零件加工設備的首選。上海寶鋼與加拿大合資的科寶汽車傳動軸廠就是一個典型，加拿大投資方要求按加拿大的生產工藝配備多主軸數控車床，由于國產數控多軸價格的優勢，很多企業曾表示將采用我們的數控多軸車床，類似這樣的情況在還有很多。

目前，用于機加設備的數控技術日趨成熟，中國購買國外的一些高檔數控系統也不再受限制，這是開發多主軸數控車床的一個有利條件。

CK2120X6六主軸數控車床不僅代表了國家制造業的水平，也是市場潛力大的一個適銷對路產品。目前歐洲的同類產品售價在600到1500萬人民幣左右，而國產的數控多軸只在200到300萬人民幣之間，這個價格國內一些企業可以接受，在國際市場也具有很強的競爭力。

多主軸數控車床是一種高效自動化的設備，對提高人力和物資資源的利用，提高中國機加行業的加工水平都是一個必不可少的產品，經濟和社會效益顯著。