龙门刨床升级再制造典型案例

■ 济南二机床集团有限公司 （250022）

王红娜 赵树涛 崔晓艳

龙门刨床是机械初加工的大型机床，在我国的机械加工领域有非常广泛的应用，由于早期电气技术的限制，20世纪80年代以前，龙门刨床工作台拖动采用了电动机扩大机→直流发电机→直流电动机方式，造成故障率高，体积大、电耗大、效率低和技术落后。而且其工作方式是工作台前进时进行切削，后退时不切削，工作台后退是为下一次切削做准备。

刨床加工只适合工件比较长而窄的情况，也只能用于平面的加工，加工范围受到诸多限制。刨削与铣削的加工精度与表面质量大致相当，当用中等切削速度刨削钢件时，易出现积屑瘤，影响表面质量；而硬质合金镶齿铣刀可采用高速切削，表面粗糙度值较小，刨削加工范围不如铣削加工广泛，铣削的许多加工内容是刨削无法代替的，但铣床完全可替代刨床，在国外的发达国家已经不再生产和使用龙门刨床。

随着现代电气技术的高速发展，数控机床应用已经非常普及，很多零件的曲面也只有数控机床才能加工，所以对老旧三联机组的龙门刨进行改造非常必要。

B2050x140为我公司20世纪70年代生产的超大规格龙门刨床，现服役已达40多年，因电器件严重老化，导致故障率高、维护困难，且耗能高。经分析论证，公司决定将其改造为数控龙门铣床。

1. 改造方案

现将改造的方法、内容归纳如下：

数控机床对机械传动精度要求很高，传动间隙要求0.05m m以下，原来的机械结构已经不能满足要求，需改造各轴的传动部分。数控系统采用西门子高端的840D sl数控系统，配置S120全数字伺服驱动和1FT7交流同步伺服电动机，最大控制轴数可达到31轴，支持多通道多方式组，可实现坐标系的偏移、旋转、放大和镜像等变换，实现直线、圆弧及螺旋线等多种插补功能。

（1）X轴的改造：①X轴传动部分的改造，原来的X轴采用齿轮齿条传动，机械间隙很大，现改造为静压蜗杆蜗母条，采用压塑成型技术，保证蜗杆和蜗母条之间的传动间隙，通过静压实现无磨损传动。②因工作台由4块拼装而成，质量达到了80t，惯量和负载都很大，为降低负载，将工作台改造为静压结构，应用多头泵使各静压点压力一致，达到很好的浮起效果，经检测整个台面的浮起量都在0.03～0.05mm。③原X轴的直流电动机的功率达到了160kW，现在的同步伺服电动机没有这么大规格的，安装静压后负载大大降低，但机械惯量依然很大，X轴采用4台西门子1FT7电动机，通过MASTERSLAVE主从控制功能，使4个电动机实现速度和力矩的同步，达到理想的驱动效果。④为增加控制精度，安装高精密海德汉LB382C距离编码光栅尺，可实现80mm以内回参考点，极大地提高了效率和精度。⑤对床身导轨精加工，达到满足数控机床要求的直线度和平面度。

（2）Y轴的改造：①去掉原来Y轴的刀架、梯形丝杠和传动箱，将Y轴改为精密数控用滚珠丝杠，采用西门子1F T7交流伺服电动机经减速后驱动溜板，实现滑枕铣头的水平移动。②因滑枕和溜板的质量超过原来的垂直刀架，需要将横梁的刚性加强，焊接加强筋，实现溜板水平移动时横梁不下垂。③为增加控制精度，安装高精密海德汉LB382C距离编码光栅尺，可实现80mm以内回参考点，极大提高了效率和精度。

（3）Z轴的改造：①去掉原来的垂直刀架，增加方形滑枕铣头，采用西门子1FT7交流伺服电动机经减速后驱动滑枕，实现滑枕铣头沿着溜板上下移动。②为增加控制精度，安装高精密海德汉LB382C距离编码光栅尺，可实现80mm以内回参考点，极大地提高了效率和精度。

（4）主轴的改造：①滑枕式铣头采用我公司数控机床上成熟的高档机械铣头，可实现两挡变速，液压自动换挡，液压松刀；电动机采用西门子1PH8 40kW大功率交流异步伺服电动机，实现无级调速，调速范围广，最高速可达到2 000r/min。②额定转速以下恒转矩切削，额定转速以上恒功率切削。③安装主轴编码器，可实现刚性攻螺纹。④可实现定位功能，震荡换挡功能。⑤配备直角、加长和万能附件，一机多用，可完成各种复杂零件的加工。

（5）横梁的改造：①将横梁的梯形丝杠改为滚珠丝杠，去掉左右侧刀架，将原来的侧刀架的平衡装置改为横梁的平衡，并重新配重。②去掉原来的横梁双输出电动机，改造为左右两边各一个精密减速箱，采用西门子1FT7交流伺服电动机带动横梁实现升降运动。③在左右立柱各安装高精密海德汉LB382C距离编码光栅尺，可实现80mm以内回参考点，极大地提高了效率和精度。④采用西门子先进的龙门轴（GANRY）功能，保证横梁的姿态，实现位置同步。

（6）其他机床各轴安装机床防护罩，使机床更加美观，安全可靠。改造前后机床外观如图1、图2所示。

图1 改造前：XB2050龙门刨铣床

图2 改造后：XK2150数控龙门铣床

2. 改造前后数据对比表

改造前后数据对比如表1所列。

表1 改造前后数据对比

经过数据比对分析，月均耗电量和维修保养费用大大降低，产出提高近4倍，工件加工类型大大提高，可满足各类大型零件的加工要求，停机率大大降低。

3. 改造费用

改造完成后，核算各类费用如表2所列。

表2 B2050X140改造项目主要成本

采购类似规格新龙门铣需要1 700万元左右，另外还需要地基制作费用50万元，采用刨床改造不需要重新制作地基，安装周期大大降低。

4. 结语

经改造后机床各轴运行良好，各项精度达到数控龙门铣机床的国家验收标准。机床的操作、编程非常方便，效率大大提高，可用于各种复杂零件的加工，加工零件种类大大提高。利用数控系统的诊断功能，维护非常方便。去掉了三联机组，节约了大量能源和占地面积，噪声也大大降低。在我国还有大量的龙门刨床用于各行各业的机械加工，改造升级前景广阔。

[1] 济南二机床. 龙门刨床使用说明书[E]. 山东：济南二机床，1977.

[2] 济南二机床. 数控龙门铣床使用说明书[E]. 山东：济南二机床，2013.