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——CIMT2015加工中心展品特色技术
上海第三机床厂 韩文渊
第十四届中国国际机床展览会（CIMT2015）于4月20-25日在北京中国国际展览中心（新馆）举行。面对精彩纷呈的展品，看耳熟能详的机床，如何找到蕴含其中的特色技术，从而发扬这些技术思想，还须抽丝剥茧。因此本文从具体细节入手，通过对展会所见所闻之体会、样本资料以及现场宣传视频的特色技术之描述，来进行阐述，希望起到拓展思路、拾遗补缺的作用。 一、我们也能做到吗？ 从细节着眼思考，比如说：机床提高1㎜精度、效率提升1min时间，可能比较容易，也许3个细节就搞定。而要以1μm单位精度、0.1s单位时间来提升，或更高要求，就不那么容易了，可能需要数十甚至上百个细节的共同拉升，需要关键技术的突破。本届展会中一些加工中心，看来毫不起眼，技术上也普通常见，但一些与众不同的亮点，则深刻地说明注重细节的重要性。 在E4-105展位，友嘉实业的TC-20α钻攻加工中心，工作台规格600×400mm，主轴转速4000r/min，φ80mm金刚石刀片的面铣刀，试件为铝合金，通过铣削方式加工，试件表面达到了镜面级粗糙度。分析此机：其设计概念上因应轻切削需求，工作台配置轻量化；主轴采用直连式驱动，使主轴的喉伸变短；特别是Z向（后）和Y向运动防护罩，采用单节与单片的形式，适应高速高精特性；因此整机控制精度高，抗干扰能力强，移动速度快。 再看E2-291展位，帝马数字机器的VBZ640立式加工中心，工作台规格750×360mm，也是以铣削方式，在16×16×25 mm冷拉钢上，耗时40分钟，加工出一个针柱（φ0.7×25mm）工件，彰显该机的优异性能。该机最大特点是采用矿物浇铸底座，整机具有很好的吸振性、高精度和热稳定性；此外突出一个理念，从铸件、零件直到整机装配到调试，都有严格的高品质检验系统来支撑。 对比以上两台机床的主要参数，思考在同等性能条件下，我们也能做到这些特色吗？实际上，我们用不着刻意找“技术秘密”，只需分析细节并予以拉升，我们能做到！ 二、加工中心的一些特色结构和理念探讨 1. 在本届展会上，许多加工中心是以高端的5轴机来展示，观察那些擅长做加工中心的厂家，可以看到3轴或5轴加工中心的结构形式和布局，多采取两者通用的模块化方式，结构特别注重刚性的综合提高、结构紧凑，且有利于切屑的排除。 在W1-401展位，GF公司HSM系列3轴、5轴加工中心是典型范例。机床的理念是确保整机的抗震性和稳定性，为此设计采用具有震撼性的一体化设计思想，刚性和稳定性好。这样的一体式结构布局，便于从三面接近工作区域，以至机床具有极好的可视性，方便吊车装卸工件；而O型结构作为接口，很巧妙地实现自动化工件装卸。这也提示我们：设计要注重高精度的办法与举措；要兼顾低端和高端机模块化，还能巧妙地实现双、多工作台的自动化交换或自动化组线。 在W1-153展位，德国GROB的GA550五轴万能加工中心，工作台直径770mm，承载700kg。除5轴（A/B）外，有两种4轴模块方式：仅A轴或仅B轴。机床X、Z轴运动为加工头水平运动，X/Y/Z轴的行程800/950/1020mm，A轴具有非常大的旋转范围，225度。由于主轴的卧式布置，Y轴的大行程，大摆角的A轴，因此机床的加工干涉极小，机床还具有特佳的排屑效果。 2. 现在加工中心的线性轴运动，往往注重采用加工头的运动，而工作台尽量少运动或不运动，以便实现高速运动加工；此外，这样的布局也更容易对导轨与丝杠进行防护，机床占地面积也变小。 比较典型的我们看W1-801展位，德国哈默的C42U五轴立式加工中心。该机采用龙门一体大理石床身，三轴移动全部是加工头的刀具运动，承载与驱动全部在工作区域的上方，防护有利，也使得工件具有独立的动态性。此外与床身融为一体的拾取式刀库，又使得机床的空间需求小。另外一个有特色的技术，是机床主轴带有监察防碰撞保护（轴向），这种机械保护方式在其他加工中心尚未见到。 在W1-101展位，DMG MORI的DMC1450V立式加工中心，工作台规格1700×750mm，承载2000kg。该机同样采用高稳定性的大理石床身，三轴移动全部是加工头的刀具运动，工作台悬空固定在床身上，切屑排除非常通畅。此种结构布局，由于工作台不运动，则不必担心工件与机床其它部分发生干涉。同时，对于重心位置不正的工件，也可顺利实现高精度加工。 而DMG MORI的DMF260-11动柱型5轴立式加工中心，可以说在动柱式加工中心设计方面树立了新的标杆。3200×1100mm的固定工作台，由大理石床身承载，热对称结构动柱，配备热平衡系统，确保了机床较高刚性和长期稳定性，X/Y/Z轴的行程达到2600/1100/900mm。而加工头式B轴，内嵌固定工作台式的C轴，使机床适用于从3轴铣削到5轴联动加工，能充分满足各种各样工作任务和不同行业的零件加工。还需要指出的是，凭借大理石较高的重量，X轴的动态性能也更好，X轴采用直线电机时快速移动可达到80m/min，在同类机床中很有竞争力。 3.以加工中心为基础的复合机床，是本届展会众多复合机床的主要形式，常见的是以车铣复合加工中心来实现高效工序集约。随着思维创新、技术进步与技术集成，复合机床的内涵在扩大。本届展会有两台比较典型的复合机床，反映了这个思想。 在W1-101展位，DMG MORI推出了3D激光加工的思想，有增材制造、模具外形表面处理等。通过将激光加工集成在5轴联动加工中心，形成了新一代复合机床，仅一次装夹即可进行5轴铣削加工和激光表面纹理加工，或激光堆焊加工。本次出展的LASERTEC 65 3D复合机床是铣削品质的增材制造，可以非常经济地加工切除率极大的大型工件。 在W1-805展位，奥地利WLF公司的M80-G复合机床是个相当典型的复合加工中心。该机工序集约能力空前强大，是加工中心与车削中心的完美组合，适合回转类零件加工，因此机床布局形式为斜床身的车床形式，但更强大支撑则来自于创意设计的车铣镗单元，以及创新特色浓烈的复杂刀库系统设计与布局。 三、注重功能技术、部件对加工中心性能的提升 如今的机床制造业，特别是加工中心的功能性能，更多以技术集成的形式体现，功能部件的专业设计与制造以及社会化生产采购成为一种常态。互联和物流的高速发展，使产品设计人员有了更多的技术选项，也有了主机性能提升的外围支撑。 在W4-815展位，台湾旭泰的超声波主轴是个亮点，此功能部件在沈阳机床的VMC850u超声波立式加工中心得到应用。而在W1-101展位，DMG MORI公司针对先进材料加工，更全面推出超声振动加工技术。在E1-711展位，上海昱安科技的功能小器件清洁扇，很有创意。在E4-112展位，北钜精机的“自动门同动式链条刀库”值得我们关注。本届展会众多刀库厂家都有很多细节的提升，从而提高换刀速度和可靠性。在E4-315展位，台湾引兴的伸缩拉罩设计思想与举措值得一提。细节上的每一个举措，都对加工中心的高速运动、高精度加工起着助力作用，设计人员须经常把握功能件技术，其选购选型对主机的性能影响不能被低估。 因此功能技术、部件的发展，事关主机的性能提升，甚至有时候影响很大。主机与功能部件这两个行当，彼此互存互进密切相关。而关注把握功能、元器件的新技术，创新集成应用，是对机床设计与制造的必然要求。 四、智能化技术在加工中心的发展 智能化技术在本届展会是很重要亮点，给人影响深刻且咀嚼有味。 1、五轴机精度分析和智能化机器校正 五轴联动加工中心，由于比3轴机多了2个旋转轴，因而它们之间的相对关系，对加工精度的影响更为复杂。特别是5轴联动进行曲面加工，更受到旋转轴与直线轴相对位置精度的制约。比如旋转轴与直线轴的位移偏差，旋转轴与直线轴的垂直度偏差……，这些误差都会影响5轴加工精度。 一般情况下，机床出厂精度即使调整完好，但到了用户那边后，随着环境温度变化、机床放置位置等变化，由于机床各部件的膨胀系数不同，以及机械运行后的部件磨损等等，都会影响到精度的变化。而这些精度变化以后的调整，即便是专业人员，也要花上超过一天，或更长的时间来调整，甚至一般的专业人员有可能没法完成，需要更高端的技术人员来做。 因此业内专业做五轴联动加工中心的厂家，纷纷推出智能化机器校正技术，来自动检测和补偿上述精度，其理念是让5轴加工中心的精度保持得更好。 在E2-601展位，大隈机械的“五轴调和功能”是一大亮点。其原理是：用一个基准球，然后用红宝石探头进行测量，通过机床的智能化系统，检测和补偿直线轴以及回转轴的位移和倾斜，对上述这些精度进行自动修复，恢复之前的精度。大隈机床的补偿项目可以达到11项，能够给客户带来更长久的机床精度保证。 2、其他特色的智能化技术 在W1-401展位，瑞士GF公司出展的HMP800U高性能五轴联动加工中心，其特色是主轴应用了20000r/min，具有智能化模块的高科技电主轴。而带MSP功能模块的电主轴，通过与机床运动的响应智能控制，只要启动M功能激活安全模式，就能应对所有方向的碰撞。因此除了刀具外，机床和主轴可以免损。而且碰撞发生后，机床只需运行5分钟的智能五轴校正功能，即可回到理想精度，恢复正常生产。 从本届展会看，针对机床的高精度、高效率，厂家之间已在智能化技术层面展开竞争。我们来看E2-601展位，从大隈机械提出的四大智能化技术，可以感受到更多的智能化内涵，其MULTUSU3000智能化复合加工机床，是一台以车床为设计基础的铣车复合机床，该机具有热亲和概念、防撞击系统、加工导航三大智能化技术，比较典型地反映本届展会中，高端加工中心的智能化理念与技术。 从上述技术可以看出，智能化技术的底蕴是大量试验与经验，需要数据链支撑。本届展会给我们的感觉，加工中心在机械结构布局等方面的新概念、新技术展示已不再躲闪，而注重内在技术提升的竞争与较量还比较隐秘。特别是一些主要加工中心制造商，更多地将机床高精度、高效率的思想用机电一体化及智能化理念展示出来。CIMT2015展会更鲜明地揭示了：智能化思想和智能技术创新已成为时代主旋律。 五、结束语 CIMT展会，作为技术发展的风向标，历来为机床业内行家广泛关注。而加工中心作为装备制造业的主力机种，与之相关的一系列变革，以及其高精度、高效率、自动化、智能化的永恒主题，则更集聚众多关键技术的应用和创新思维的迸发，从而以新结构、新理念实现质的飞跃。 |
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