国内旋压设备及其相关技术的发展与现状

加工过程控制，实现自动批量生产的目的。随后，兵器５５所也开展了录返旋压机床的研制。西安重型机械研究所研制了ＰＬＣ控制的强力旋压机床，其主轴调速系统、旋轮纵向进给电液伺服系统、仿形系统等均由ＰＬＣ控制，但主轴仍采用直流电机拖动、可控硅励磁；旋轮纵向移动采用伺服泵控制油马达的电液调速系统，并采用了电液仿形阀进行仿形控制。近年来，北京航空制造Ｉ程研究所、长春５５所和北京航空航天大学现代技术研究所等单位在总结过去研制经验的基础上，瞄准困际水平，运用先进的设计方法与理念，采用了ＳＩＭＥＮＳ８４０Ｄ和ＢＯＳＣＨ比例伺服阀控制系统，伺服油缸驱动，光栅位置反馈，滚动导轨导向和交流变频调速等先进技术，推出新一代的国产ＣＮＣ强力旋压机床，实现了困产旋压机的升级换代。机床最大吨位６００ｋＮ，整机性能达到国际先进水平。图１和图２是北京航空制造工程研究所近年来研制的部分ＣＮＣ数控旋压机床。

图１ＳＹ一１１ＣＮＣ数控三旋轮卧式旋压机

图２ＳＹ一１２ＣＮＣ数控三旋轮卧式旋压机

随着汽车、石油、化工行业的发展，园内的专用旋压设备也呈现出快速发展的趋势。如北京航空航天大学现代所、北京航空制造工程研究所等单位研制的皮带轮旋压机，兵器５５所生产的轮辐旋压机和内旋压机，北京航空制造工程研究所研制的ＣＮＣ收口旋压机，哈尔滨工业大学和辽阳重犁机械厂等单位生产的二步法封头旋压机，燕山大学和黑龙江省旋压技术研究所等单位研制的一步法封头旋压机，

ＲＥＶＩＥＷ

沈阳金属研究所和兵器５５所等单位研制的滚珠旋压机等。这些旋压机的实用性较好，吸取‘Ｔ国外设备的先进设计思想，性能稳定，满足了国内汽车、石油化工行业的发展需求。

３发展与现状

３．１国内旋压设备研制水平与现状

３．１．１控制系统

近年来，国内研制的数控旋压机床大都实现了ＮＣ或ＣＮＣ控制。一般说来，用于金属切削机床的数控系统都可以作为旋压机床的数控系统。这些系统主要有德国ＳＩＥＭＥＮＳ、法国ＮＵＭ、日本ＦＡＮＵＣ以及国内的中国珠峰公司、北京航天机床数控系统公司、华中数控公司、沈阳高档数控国家工程研究中心研制的控制系统。系统可根据机床精度、驱动电机功率和用户要求进行选择。与金属切削机床相比。旋压机床一般为重载液压驱动，由于液压油的可压缩性导致系统刚性较差、电液控制非线性以及液压元件响应频率低等问题，为静态和动态特性调试带来一定困难。为此，一些公司专门开发了电液伺服驱动的液压模块，设有多项可调参数，如ＰＩＤ前馈控制、死区补偿、摩擦力、非线性补偿等。如ＳＩＥＭＥＮＳ公司的８４０Ｄ系统内嵌了专用于电液伺服的驱动模块，并可以通过友好的入机界面方便地进行修改与设置。与所选用的伺服阀和油缸相匹配，为系统的动／静态特性的调试带来了方便。目前，ＳＩＥＭＥＮＳ公司的８４０Ｄ已成为旋压机主流控制系统。

控制精度可以通过光栅尺与伺服阀／伺服油缸组成的闭环控制系统以及编码器与交流或直流变频电机组成的闭环控制系统来保证，可以在采用全闭环和半闭环位置控制和速度控制的前提下，采取提高监测的分辩率以及调节放大器ＰＩＤ参数的方法，提高系统的控制精度。

３．１．２驱动系统

旋压机床的驱动系统包括主轴驱动和进给驱动两个部分。主轴驱动可采用交流变频电机和直流变

频电机驱动；进给驱动主要采用伺服电机＋滚珠丝杠

ＲＥＶｌＥＷ

传动效率高，无爬行现象，动态特性较好；伺服液压缸进给驱动可满足较大的旋压力需求，但需要增加液压泵站，静态和动态特性调试难度较大。目前，两种驱动形式在国内均有应用。图３和图４分别是采用滚珠丝杠和伺服液压缸驱动的旋压机床。

图３滚珠丝杠驱动ＳＹ一２Ｄ一１２０数控旋压机

图４伺服液压缸驱动的ＳＹ一１４ＣＮＣ数控三旋轮卧式旋压机

３．１．３导向系统

导向系统主要ａｆｔ－滑动导轨、静压导轨和滚动导轨三种形式。滑动导轨由于结构简单、使用方便等原因，目前应用较多，但由于存在动静摩擦突变，易导致“爬行”现象，影响设备的稳定性；静压导轨由于有极薄的一层油膜，摩擦系数极小，对旋压过程中的爬行现象能起到较好的抑制作用，但由于旋轮座受较大的倾转力矩，导轨难平衡，易导致工件几何精度变差，在旋压设备上极少使用。近几年，北京航空制造工程研究所在旋压机床中采用滚动导轨技术，改善

了系统的动／静态特性，提高了设备的稳定性。ｘ．－ｊ－于

大型旋压设备，采用滑动导轨和滚动导轨复合导向可以综合二者的优点，性能稳定可靠（图５）。３．１．４结构设计

随着对旋压变形理论研究的深入以及有限元技术的发展，设计方法和手段的不断完善，整体结构和

主要承载部件均进行了有限元分析设计与校核，使

旋压机布局以及结构的材料和应力分布更趋科学，既保证了结构的刚度，也考虑到结构的制造工艺性。

（１）床身。床身可采用整体铸造和焊接两种结图５复合导向的ＳＹ一２Ｄ一５００数控旋压机

钉与床身连接，整体磨削，表面调质处理，提高耐磨性，直线度达０．０２ｍｍ／ｍ－Ｏ．０３ｍｒｎ／ｍ。

（２）旋轮座拖板。拖板结构可采用整体式和分

体结构。整体式通常是将各旋轮装在同一个框架机

构上，各旋轮轴向运动采用同一信号控制、同一动力驱动。排除了同步误差，可在大旋压力状态下稳定工作；分体结构具有较高的灵活性，可实现多轮多路径同步旋压，同步通过控制系统实现。一般在普旋、双旋轮和专用设备中多采用分体结构。

（３）主轴系统。主轴系统主要功能是传递扭矩和实现主轴回转。目前，国内旋压机床的主轴转速均已实现无级变速，这更符合旋压工艺的变形要求。同时，对于旋压锥形件和曲面外型类零件，应保持旋压过程线速度不变，即要求主轴转速需根据零件直径的变化适时自动调整，因此，主轴系统应能实现恒线速功能。

目前，主轴典型的传动方案是变频电机一变速

箱一主轴箱，通过变速机构的调整，达到变速范围的

调整，通过变频电机在每个变速范围内又可实现无极变速。随着设计理念和方法的进步，加之整体制造水平的提高，主轴系统结构更为紧凑，运动平稳，效率和精度更高。３．１．５机床精度

由于设计水平和制造水平的提高以及控制系统的不断完善，国内旋压机床的精度指标基本接近国外旋压机的水平。横向定位精度０．０１２ｍｍ～０．０１５ｍｍ；重复定位精度０．００８ｍｍ～０．ＯｌＯｍｍ；纵向定位精度０．０１２ｍｍ一０．０２０ｍｍ；重复定位精度０．００６ｍｍ～０．００１２ｍｍ；主轴径向跳动０．０ｌＯｍｍ～０．０２０ｍｍ；主轴端面跳动０．ＯｌＯｍｍ～０．０２０ｍｍ。３．２旋压设备的发展趋势

（１）大型化、系列化。随着国防科技工业的发展，一些大直径高精度的薄壁回转体零件的需求日旺，旋压成形是此类零件最有效的先进制造技术。但国内关于大型旋压设备的研制还处于概念阶段，同时，

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