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當代數控重型車床應具備高承載、高速度、率、高精度、高自動化等特性，機床的技術性能和特點包括機床結構、工藝適應性、精度、使用可靠性和宜人性等方面。
CK53100型數控單柱移動立式車床的zui大加工直徑10000mm，zui大加工高度3000mm，zui大承載重量80t，除可以完成普通立式車床所有的車削工序外，還可以車削螺紋、錐體和各種旋轉曲面體。為滿足機床的特殊用途，備有電氣隨動車削裝置，可隨動車削非圓形變壁厚筒體、錐體、不等錐體、焊接坡口。本文重點介紹CK53100型數控單柱移動立式車床的技術性能、結構特點及其關鍵技術。
一、國外同類機床的性能對比
目前，國外生產數控單柱移動立式車床及銑車床的工廠有德國多列士-沙爾曼集團（DORRIES－SCHARMAN）、意大利茵塞（INNSE）、日本東芝（TOSHIBA）、捷克勃朗斯柯（BLANSKO）等。德國希斯公司20世紀80年代末90年代初有自己的DV系列產品，性能和結構處于當時世界地位，但其90年代被多列士-沙爾曼集團兼并。DORRIES公司的單柱立車，工作臺底座是滾動導軌。捷克SKJT80－160A是普通型。意大利INNSE公司生產的是用回轉工作臺和鏜銑立柱拼合的產品。而生產過10米數控單柱移動立式車床僅希斯一家。現列舉德國希斯DV40和武重的CK53100有關項目對比如下表：主要項目機床型號CK53100中國武重DV40德國希斯zui大加工直徑（mm）10,0003,000zui大加工高度（mm）3,0003,000zui大工件重量（t）8080zui大切削力（kN）6063工件卡爪徑向、軸向調節(jié) 徑向調節(jié) 非圓形變壁厚筒體試件長短軸差100mm，隨動車削后坡口精度（mm）±0.2（實測）無此項功能X坐標試件精度0.03（實測）0.06（標準）Z坐標試件精度0.015（實測）0.03（標準）工作精度（mm）圓度0.01圓柱度0.01/300圓度0.01圓柱度0.01/300工作臺精壓系統有溫控箱無溫控箱工作臺導軌形式預載恒溫恒流靜壓導軌預載恒流靜壓導軌工作臺保護電流、溫度、油壓斷電保護電流、溫度保護主變速箱結構行星齒輪普通齒輪主軸結構定心，給導軌加預載，恒定中心卸荷，給工作臺變形以反變形定心，給導軌加預載刀架滑枕運動導軌預載恒流靜壓導軌預載恒流靜壓導軌電氣隨動車削裝置有無隨動刀夾zui大移動速度（mm/min）8,000無隨動刀夾zui大切削力（kN）40無隨動刀夾zui大行程（mm）100無滑枕垂直行程（mm）1,5001,400滑枕斷面（mm）240×280210×250主電機功率（kW）7571

二、運行可靠性分析CK53100型數控單柱移動立式車床在研制過程中進行過多種試驗，以檢測其工作可靠性。
1運轉試驗：機床運轉試驗包括空運轉試驗和載重運轉試驗，用以考核機床主傳動系統的工作性能。
2重切試驗：重切試驗用以考核機床的切削加工性能。
3整機聯動試驗：確定工作程序（工作程序包括機床的所有功能和工作范圍0后，機床按工作程序進行自動循環(huán)連續(xù)運轉16小時以上，不出現故障。
結果，全部實驗均順利完成，這說明該機床的運行可靠性良好，完夠滿足用戶的使用要求。
三、結構特點
當代重型機床的一個重要的結構特點是：結構典型化，設計模塊化。CK53100型數控單柱移動立式車床整機遵循模塊化的原則設計，從全系列通用的角度考慮結構，以10m數控立車為基型，向下可延至8n，向上可擴展至12.5m。
工作臺、底座、主變速箱等主運動部分和床身、立柱、橫梁、刀架等進給運動部分不連接，相互之間的精度可以獨立調整，彼此不干擾，且可以將工作臺、底座、床身、立柱、橫梁、刀架等主要部件分別設計成若干模塊，以便用各種不同規(guī)格的模塊進行拼合，滿足用戶選型的需要。
主運動部分：可控硅供電的寬調磁直流電機，通過一個兩檔變速的行星齒輪箱，帶動工作臺回轉。工作臺徑向采用高精度雙列圓柱滾子軸承定心，軸向采用預載恒流靜壓導軌并帶有溫控和溫度保護裝置，可根據負載和溫度，選用合適的流量。在機床突然斷電時，設計上考慮了用蓄能器作靜壓斷電保護。靜壓泵站帶有兩個蓄能器，在突然斷電后，仍能為靜壓導軌供油15秒，以免損壞導軌。
工作臺帶有徑向及軸向調節(jié)的卡爪。裝卡大于工作臺直徑的工件采用了的工件支承座。這種支承座能保證工件重量由工作臺靜壓導軌承受。支承座裝有扇形板，使整個支承座聯接成為一個整體，便于操作及工件的裝卡。
進給運動部分：溜板和滑枕的運動均采用預載恒流靜壓導軌，分別以交流伺服電機為動力，由加有預載的滾珠絲杠副驅動。
立柱在床身上移動，采用靜壓卸荷導軌。
橫梁體由前后兩部分拼合而成，接合面間用螺栓連接。橫梁沿立柱導軌上下移動，采用特殊的靜壓卸荷絲杠螺母，牙型為鋸齒形，液壓調整到卸去60%～70%的總負載，仍保持滑動絲杠螺母的自鎖特性。橫梁升降是通過安裝在立柱頂面的交流電機驅動，其動作順序如下：按下橫梁升降按扭→導軌面潤滑供油→靜壓卸荷絲杠螺母供油→松開橫梁卡緊→橫梁自動上升（下降）到規(guī)定位置松開按扭→橫梁自動卡緊在立柱上，當橫梁下降終止時，還會自動回升10～20mm，以保證絲杠處于上升時同樣受力狀態(tài)。
床身與橫梁導軌和升降絲杠均具有防護裝置。
機床配有獨立的升降走臺，在地面和升降走臺上均有集中控制的操作臺，并配有手持單元。
電氣隨動部分：裝有光柵尺的測量裝置在副滑座上，光柵民的反饋信號傳給高速數據處理系統，驅動高速跟蹤伺服電機，通過滾珠絲杠帶動隨動刀夾運動。
機床具有X、Z兩個坐標軸及一個電氣隨動軸（W軸），X、Z軸可聯動，W軸具有高速即時跟蹤功能。機床采用Siemens FM－NC數控系統及Indromat高速即時跟蹤系統。
四、電氣隨動車削裝置
CK53100數控單柱移動立式車床的設計與制造集中了高速即時跟蹤技術、計算機輔助設計與計算機輔助裝配技術、恒流恒溫靜壓技術、無間隙傳動技術、全自動液壓油循環(huán)技術、靜壓卸荷絲杠技術、橫梁卸荷梁技術、大型鋼結構消除應力技術、數控技術等多學科知識，屬知識密集型產品。尤其是高速即時跟蹤技術是該機床的關鍵技術。
電氣隨動車削裝置原理與結構示意圖
一般的數控立式車床，只能在圓形工件上車削焊接坡口。某些有特殊用途的大直徑非圓形變壁厚筒體、錐體、不等錐體焊接結構件，工藝要求其焊接坡口鈍邊厚度必須保持一致。由于此類零件的徑向尺寸是變化的，加工坡口時，除X、Z軸兩軸聯動外，還需在刀夾上增加一個電氣隨動軸。車削時，使電氣隨動軸的變化與工件徑向尺寸的變化同步，才能使加工焊接坡口的鈍邊厚度一致。在加工圓環(huán)外壁上的坡口時，車刀在徑向需隨圓環(huán)內壁輪廓進給；而加工圓環(huán)內壁上的坡口時，車刀在徑向則需隨圓環(huán)外壁輪廓進給。因此，要求數控重型立車具備電氣隨動仿形車削的功能。根據使用要求，我們設計了一套電氣隨動車削裝置，成功地完成了此類零件的加工。
電氣隨動車削裝置由三部分組成：l.即時測量反饋裝置；2.高速數據處理及控制系統；3.電氣隨動刀夾。電氣隨動車削裝置原理與結構示意如下圖。即時測量反饋裝置由光柵尺1、直線滾動導軌2及即時跟蹤測量裝置3組成。光柵尺選用德國HEIDENHAIN高精度光柵尺，其輸出信號為方波信號，省去了正弦波轉換為方波的模數轉換模塊，可提高系統的響應速度。高精度直線滾動導軌，其動靜摩擦因數小，導向精度高，機械響應速度快。伸縮桿上裝有滾輪，滾輪在工件上滾動，工件半徑變化的位移信號由光柵尺通過電纜傳至高速數據處理及控制系統。
高速數據處理及控制系統，對于位移反饋信號（即非圓形變壁厚筒體徑向尺寸變化信號）進行處理后，經電纜傳至即時跟蹤伺服驅動器，驅動高速跟蹤伺服電機，推動隨動刀夾移動。數據處理時間為0.5ms，由于此系統響應速度快，使隨動刀夾具有很高的跟蹤速度及精度。高速數據處理及控制系統還可與SiemensFM－NC數控系統進行數據通汛。通過編程，數控系統向電氣隨動車削裝置發(fā)出啟、停信號。當電氣隨動車削裝置工作異常報警時，高速數據處理及控制系統給數控系統發(fā)出中斷信號，數控系統給二軸交流伺服系統發(fā)出信號，控制Z軸滑枕快速提刀，同時數控系統控制主電機停轉，這樣可避免損壞工件。此功能在工件加工過程中顯得非常重要。
電氣隨動刀夾由高速跟蹤伺服電機8、刀夾座與刀夾體5、配速齒輪7、滾珠絲杠副6等組成。高速跟蹤伺服電機具有很高的靈敏度和精度，導軌座和刀夾體之間采用氟塑軟帶導軌，摩擦因數小，響應快。采用油脂潤滑，在刀夾體上有注油嘴，可定期加注潤滑脂，刀夾有效行程為100mm，刀夾移動速度可達8000mm/min，有很高的即時跟蹤速度和很好的精度。
工作時，即時測量反饋裝置的測量頭與非圓形簡體4的內壁接觸，啟動數控立車工作臺旋轉，測量反饋裝置可即時測出非圓形筒體徑向尺寸的變化量，此信號傳輸到高速數據處理及控制系統，控制高速跟蹤伺服電機驅動隨動刀夾即時跟蹤，使電氣隨動刀夾位移的變化與非圓形筒體徑向尺寸的變化同步，從而實現了電氣隨動車削非圓形變壁厚筒體焊接坡口的功能。
試車時，使用電氣隨動車削裝置加工大直徑超重型非圓形變壁厚筒體，筒體長、短軸差為100mm，壁厚差為35mm，加工坡口為45°，鈍邊為5mm，加工后鈍邊誤差±0.2mm，優(yōu)于零件±0.5mm的精度要求，完夠滿足此類零件的加工要求。
數控重型立式車床是能源、冶金、交通、軍工等行業(yè)中，大直徑回轉體零件的主要加工設備。為適應市場經濟形勢的發(fā)展，以多功能、率、功能與工藝要求相適應、價格適中的產品參與市場競爭，是數控重型立式車床發(fā)展的重要特點。而CK53100數控單柱移動立式車床基本具有這些特點，能使用戶以較經濟的加工手段，獲得很高的加工精度和生產效率，其適用范圍相當廣泛，因而發(fā)展前景十分廣闊。