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CIMT2025展品评述 | 部分电加工机床
【编者按】CIMT2025(第十九届中国国际机床展览会)于4月21-26日在北京隆重举办。展会之后,主办方中国机床工具工业协会收到来自协会分会的展品评述文章,现部分编发供业界参考。文章观点仅代表作者本人。
CIMT 2025集中展示了“高精、高效、数字、智能、绿色”机床工具精品,汇聚了全球机床工具业界的最新成果。据不完全统计,本届展会参展的国内外特种加工机床厂商近百家,展出特种加工机床220多台,主要包括电加工机床、激光加工机床、增材制造机床和超声加工机床。展会期间,中国机床工具工业协会特种加工机床分会与中国机械工程学会特种加工分会组成评述组,通过现场观摩、资料收集及与参展厂商的技术交流,并结合特种加工技术与装备的最新发展动态和市场需求,撰写形成了特种加工机床评述报告。为了便于阅读,本文仅述电加工机床,敬请关注后续相关报道。
一、数控电火花成形机床
据评述组统计,本届展会汇聚了境内外23家厂商,展出了38台数控电火花成形机床。总体而言,展品虽然在装备技术及工艺指标方面创新性突破不多,但体现了设备厂商在降低生产成本、提升生产效率、服务用户需求等方面的研究在持续深入。在境内展品中,中高端机床数量明显增加,性能正逐步向国外高端机床靠拢。
1. 国外数控电火花成形机床
(1)以智能化自动化驱动生产效益提升。智能化自动化是近年来数控电火花成形机床发展的重要趋势之一,厂商在此持续优化,进一步提高用户操作便捷性,从而降低用人成本、缩短生产制造周期。日本牧野公司新推出的EDAF2i Ultra数控电火花成形机床,优化了智能Hyper i控制器,通过简捷的人机界面只需三步即可完成加工设定,减少40%的操作步骤。日本沙迪克公司推出了A35LBs数控电火花成形机床(图1),可与SZ20自动化单元组建“一拖二”形式的柔性工作站及生产线,满足高性价比及通过自动化提升效益的需求,同时优化了LN Pro AI技术,通过AI推导自动生成最佳加工条件,可明显缩短加工时间。瑞士GF加工方案推出了由FORM P600数控电火花成形机床(图2)与WPT1组合的柔性自动化加工单元,提供了无人值守的全自动加工解决方案。
(2)面向高表面质量的脉冲电源及机床优化。日本牧野公司EDAF2i Ultra机床搭配了HQSc“无暇”加工技术,结合大理石台面可保证持续稳定放电,显著提高了镜面加工效率,可以得到没有针孔的高质量放电纹面,精确控制放电纹面的光洁度,也可根据用户需求定制亲肤耐刮纹面。日本沙迪克公司的Smart Pulse电源内置多种加工控制回路,结合Arc-less4放电控制、直线电机及陶瓷零件等技术及装置,可实现从哑光到亮光面的各种加工表面稳定加工。瑞士GF加工方案的FORM P600则集成了智能高速脉冲电源(ISPG)及iGap工艺,可优化每一次放电、改善放电分布,最大限度提高材料去除率,并保持高精度的表面质量。
(3)节能技术推动生产成本降低。随着能源成本的攀升,如何在自动化生产过程中有效提高能源利用效率并控制生产成本已成为加工企业的共识。瑞士GF加工方案的FORM P600机床利用Econowatt智能加工模块对能耗进行管理,综合能效相比上一代优化了43%左右。日本沙迪克公司的AL60G+数控电火花成形机床利用变频器合理控制加工液箱和加工槽的待机、加工准备状态的功耗,耗电量降低30%。
(4)提供针对复杂型腔及难加工材料的解决方案。近年来,中国对航空航天、汽车模具等领域的高精密部件需求持续增加,国外电火花加工设备厂商积极迎合用户需求,有针对性地提供相关设备及工艺数据库方案。瑞士GF加工方案FORM P600机床配置高精度、高刚度C轴附加配置A/B旋转工作台,可进行六轴六联动加工,完成诸如航天航空发动机带冠叶盘等整体特种零件、螺旋内齿轮廓以及旋转环槽加工,弧形加工和三维矢量加工等。德国艾克索公司展示了其EDM 313 MF30数控电火花成形机床,可提供闭式叶轮五轴联动加工的解决方案。日本沙迪克公司AL60G+机床最新支持铜石墨(CuCr)对超硬合金的加工工艺。日本牧野公司的EDAF2i Ultra机床则增加了对国产材料的工艺数据支持。德国欧吉索公司展出了专为亚洲市场开发的新机型Gantry 450C数控电火花成形机床。
2.国内数控电火花成形机床
(1)全面拥抱自动化产线化应用,可升降油槽已成标配。本次展会18家国内厂商几乎全部展出了可自动升降油槽的数控电火花成形机床,其中5台设备配套了机床内置电极库,带外置ATC/AWC自动化单元共6套。苏州汉奇数控设备有限公司(图3)和广东商鼎智能设备有限公司均展示了两台机床共用一套电极库的“一拖二”自动化生产方案。苏州新火花机床有限公司展示了自主研发的MES(制造执行系统),将其SDM400-T数控电火花成形机床(图4)、数字化工件库、工业机器人及E-LINK管控系统组成电火花柔性智能加工系统。广东台正精密机械有限公司展示的旋转电极刀库配备了VGA小车(图5)用于运送物料。北京市电加工研究所有限公司采用AP400精密数控五轴联动电火花成形机床(图6),与NC-Link携汇智联技术(北京)有限公司、北京精雕集团及北京工业大学共同开展了AI赋能数控机床的自动化智能体探索,该智能体专为加工高精度特殊材料复杂形状的闭式叶轮而设计。
(2)中高端机床的五轴联动应用已成趋势。本次展会共有6台设备现场演示了五轴联动加工,其余大部分中高端设备也可选配五轴加工部件,这得益于数控系统性能的逐步提升。其中,北京迪蒙数控技术有限责任公司展出的SF-4和ADV600型两台高端精密数控电火花成形机床可支持六轴六联动。
(3)机械精度普遍得到提升。为提高加工精度,国内厂商开展了床身的优化设计并选用优质铸件材料,可配备工作液和床身冷却系统、闭环伺服控制系统以及机床精度补偿功能,实现镜面、精边、清角等多种高精度加工。北京迪蒙数控技术公司的SF-4和ADV600,以及深圳米尔迪克精密机械科技有限公司的AD45和AR50型精密数控电火花成形机床,定位精度达到了5μm、重复定位精度可达2μm,实现了高性能电火花机床的国产化。部分参展厂商的中高端电火花成形机床的机械精度参数也达到相近数值,体现了国产设备机械性能的整体进步。
(4)加工性能指标普遍提高。国产机床的加工性能指标逐渐提高,目前电极损耗基本已能达到≤0.1%。苏州汉奇的HQ-U40基于精微电源最佳表面粗糙度可达Ra0.05μm,清角尺寸可达10μm。上海汉霸的GS45L数控电火花成形机床Z轴采用直线电机全闭环控制,结合床身温控系统,可将连续加工精度偏差控制在±5μm。中国通用技术(集团)控股有限责任公司的AFU600数控电火花成形机床,针对硬质合金加工可获得Ra≤0.15μm的优质表面,部分加工性能指标与国外机床相当,已能满足高端应用需求。
(5)智能化脉冲电源持续升级。随着数字化脉冲电源的普及和工艺技术的不断发展,国内厂商逐步丰富和完善专用放电回路,以应对不同加工需求,使用场景更加丰富。如部分设备配备并优化了镜面加工、难加工材料(包括硬质合金、钛合金、高温合金及导电陶瓷等)加工、高速石墨加工、小电流加工、防积碳拉弧以及超高精度加工等专用回路,结合配套的工艺数据库,可实现智能化的脉冲控制,是机床加工性能指标提升的关键技术保障。
(6)数控系统功能进一步丰富和完善。目前国内设备的数控系统持续迭代升级,集成了更丰富的加工工艺数据库,不断拓展应用场景。另外,国产操作系统也强调使用的简易性,普遍提供自动化、智能化的数控编程操作流程。多家厂商提供并优化了AUTO自动加工功能,只需要进行简单的加工对象设置,便可自动生成放电参数及程序,降低人工干预和经验依赖。高性能的数控系统为高精度的多轴联动加工提供支撑。同时,随着自动化应用的普及,国内数控系统也普遍支持联网通讯、远程监控、云端控制等功能。
二、电火花微小孔加工机床
评述组在本届展会看到11家国内外厂家展出20台数控电火花微小孔加工机床。以电火花小孔加工机床为主,多数机床的主要性能及工艺水平没有明显突破,仅有部分小孔机床的新品特性较为明显,在设备功能方面存在优化和升级。
1. 电火花小孔加工机床
(1)复杂型面群孔加工多轴电火花小孔加工机床持续升级。本次展会涌现出比以往更多的用于复杂型面群孔加工的电火花小孔加工机床,如航空发动机涡轮叶片的气膜孔加工通常要求六轴及以上的电火花机床,并要求高精度、高效率及自动化,同时机床在功能上也持续升级。英国温伯乐技术集团(Winbro)新推出的HSD351电火花小孔加工机床(图7)采用了更紧凑的机床布局,比上一代机床提升了直线轴的定位精度和重复定位精度,配备了14站可自动更换电极仓,升级了图形界面,可以3D方式查看和识别不合格孔,并提供了自动恢复/重新加工功能。苏州电加工所推出的SE-GK020C七轴数控高速电火花小孔加工机床(图7)相比上一代升级集成了水滴孔、簸箕孔等异形孔加工功能,标配了高精度穿透检测、UG编程加工功能,支持电极刀库和导向器库及零件自动检测,方便组建连接自动化生产线。北京市电加工所和北京迪蒙数控技术公司展出的HS600数控电火花小孔加工机床具有七轴六联动功能,配备20工位电极库,4工位导向器库,搭载自主开发软件可实现零件形位在线检测及孔位智能纠偏,可实现产线化扩展连接。苏州中谷实业的ZGDS406六轴数控电火花小孔机床(图8)使用了浸液式加工方案,用于提高小孔出入口质量。苏州亚马森机床有限公司展示了MS-DC325A摇篮式六轴电火花小孔机床,内置不同材料的专家工艺数据库,可自动调取加工参数,同时具有自动分中、自动寻边、自动检测电极损耗量、穿透检测等功能。北京迪蒙卡特机床有限公司和苏州苏极电机械科技有限公司也展示了配备电极库的六轴数控电火花小孔加工机床(型号分别为A10.5-D和AX-640),提供气膜孔加工解决方案。
(2)自动换管新方案提升生产效率。苏州亚马森机床有限公司的MS-DC435C、苏州苏极电的SD-430Q和江苏冬庆数控机床有限公司的DD703配置了新的自动换管方案。电极仓可一次放置30-100根电极,换管时间30-60s,其特点在于装置集成度高,可安装电极数量多,适用单一规格小孔的批量化自动加工,减少人工干预,提高生产效率。
(3)孔径加工范围更大。电火花小孔加工机床的电极直径范围通常为0.2-3.0mm,本届展出的部分机床范围可扩展至0.1-3.0mm,包括苏州亚马森机床有限公司的MS-DC325A、MS-DC435A和苏州苏极电机械公司AX-640多轴数控电火花小孔机。瑞士SARIX展示了新款紧凑型SX30-pm高速电火花小孔加工机床,电极直径范围也为0.1-3.0mm,定位精度可达±3μm,可使用矿物油作为工作介质,实现高品质小孔的高效加工。
2. 电火花微孔加工机床
苏州苏极电AX-320电火花微孔加工机床电极直径范围0.03-0.5mm,针对异形孔、台阶孔、倒锥孔加工,新集成了显微镜模块,结合升级的数控系统可实现微孔的视觉在线检测及在线修正。
三、数控电火花线切割机床
本届展会共有31家国内外厂商展示了71台数控电火花线切割机床,其中单向走丝电火花线切割机床13台,往复走丝电火花线切割机床58台。参展的国内外电火花线切割机床的加工性能、智能化等技术水平都有所提高,特别是多个厂家参展的带自动穿丝装置的往复走丝电火花线切割机床,成为本届展会的亮点。
1. 单向走丝电火花线切割机床
评述组走访看到,本届展会共有国内外11家企业展示13台单向走丝电火花线切割机床。随着加工零件轮廓面的复杂度、精度和表面质量要求越来越高,零件形状向大型和微细进一步拓展,以及难加工材料的普遍应用,使得近年来单向走丝线切割机床向着精密、微细、高效加工及互联互通等技术方向不断发展。
(1)精密微细加工能力进一步提高。国外单向走丝电火花线切割机床厂商通过提升机床运动控制器、电机驱动性能,适配精密部件和装置等措施来提高微细零件的加工精度。如日本沙迪克公司的ALN400G机床搭载K-SMC运动控制器,XYUV轴采用高精定位直线电机驱动,以及i Groove+ Edition新技术的应用,其精密微细加工能力比上一代机型有较大提升,加工指标接近油基细丝超精密机床的水平。日本牧野公司的U86大型单向走丝电火花线切割机床(图9)使用最新的Hyper i控制器,工作台上安装一套A/B旋转轴,7轴数控,可对涡轮盘榫槽、叶片等进行精密加工。
(2)实用加工技术细节不断完善。近年来,各厂商均对加工中的一些实用技术细节进行了深入研发,如电极丝旋转、智能调节上下喷嘴压力、热变形控制、纳米级位置反馈和补正,以及数字式脉冲电源等,集小微而大成,明显提升机床的加工性能。如日本沙迪克公司的ALN400G机床,使用i Groove电极丝旋转技术,保证切割路径上从零件上部到底部都在使用电极丝无损耗面切割放电,对粗加工精度、表面条纹和表面平整度等有较好改善。日本牧野公司U86大型单向走丝电火花线切割机床,上、下机头冲液分别使用数字变频控制的独立水泵,可智能调节上下水压,减少断丝风险,提高了中空零件和有段差零件的加工稳定性。机床使用全新数字电源,超高频率脉冲设计,机床的精加工能力有极大提升。
(3)检测与控制策略不断优化。日本牧野公司EW200B全新数字电源、日本发那科公司SF3、MF2精修电源,通过减小脉宽、提高脉冲频率以及优化放电状态的检测与控制策略,对加工效率的提升及复杂零件的稳定加工起到积极作用。日本沙迪克公司ALN400G采用Digital HF编控技术,实时监控放电状态并自动调节伺服进给和放电参数,维持最佳放电状态,在提高加工速度的同时提高精度。瑞士GF的高端机床使用新开发的放电检测系统,实时自动调整放电能量,避免加工过程中的断丝,保持理想的切割速度,有效提升了变厚度工件、中空工件、冲液不佳或工件形状导致的充液困难状况下的稳定切割效率,新的检测与控制策略可以控制电极丝的放电位置,甚至可以在加工侧面获得不同加工形貌。
(4)自动化与互联技术进一步发展。随着自动化设备的普及和物联网技术的发展,单向走丝电火花线切割机床除了不断提高自动穿丝、零件自动装夹和换取、废料自动拾取的单机自动化程度外,还与机械手、料库等组成单机自动化生产单元,并通过集成金切加工机床、检测设备等组成柔性生产线,以满足客户的自动化生产定制需求。瑞士GF结合其在电火花线切割、电火花成形、高速铣削、精密换装夹具等方面的优势,为客户提供整体自动化生产加工方案设计,可以定制化服务满足不同用户自动化及数字化工厂的需求。日本发那科公司的α-c400ic机床使用升级后的AWF3自动穿丝技术,可实现喷嘴开放状态下的断线点穿丝或微小孔穿丝等难度较高的自动穿丝。日本牧野公司U86机床可选配HyperConnect、OPC UA/MT Connect等互联功能模块软件,对生产线登录设备进行集中管理,提供远程智能互联服务,可以从外部访问机床的运行状态,对机床控制软件升级、故障信息发送、故障情况分析、机床问题解决等提供快速服务。
(5)国产机床性能仍需加快提升。北京安德建奇数字设备股份有限公司最新推出的AW600单向走丝电火花线切割机床,具有自动升降液槽门、AWF智能穿丝装置、前后台控制结构的数控系统;苏州三光科技股份有限公司展示了新设计的LA500B单向走丝电火花线切割机床,带自动穿丝装置及LRT1节能型脉冲电源;上海汉霸数控机电有限公司的DS430单向走丝电火花线切割机床(图10),X、Y轴为直线电机驱动+光栅尺闭环控制。总体看,自动穿丝、直线电机、升降液槽等新技术已经在国产机床上得到很好应用,机床加工性能及稳定性不断提高,但与国外机床相比还存在一定差距。尤其是精密切割精度差还困扰着国产机床,在切割带尖角或小圆弧连接小圆弧轨迹的零件时,精度远低于0.005mm,表面质量也显不足,因此,国产机床性能亟需加快提升。
2. 往复走丝线切割机床
本届展会上,有24家企业展出了58台具有多次切割功能的往复走丝电火花线切割机床(俗称“中走丝机床”),一些新产品和新技术集中亮相,表明了中走丝机床在应用领域、智能化、加工性能、核心部件等方面取得不断创新和突破。
(1)加工应用领域不断拓展。近年来中走丝机床生产厂家不断关注新能源汽车、光伏发电、半导体碳化硅、金属陶瓷、超硬、耐高温等新兴用户领域。苏州三光的碳化硅专用切割机床HB600,主要用于半导体碳化硅晶圆片的切割;北京安德建奇MWE7 Pro-400中走丝机床(图11)切割碳化硅材料样品(半导体晶圆生产过程所使用的晶舟);北京凝华和北京安德建奇还分别展示了人造金刚石刀具、金属陶瓷零件等加工样品;无锡南航来创LC400MA中走丝机床特殊设计的下臂可深入到装夹在A轴上的桶状零件的内部,在桶状零件端面上切割完整齿形;苏州中谷、江苏冬庆分别展示了对A轴上装夹的柱状零件进行螺纹、螺杆等形状的精密切割,中走丝机床的功能和加工应用领域得以进一步拓展。
(2)自动穿丝技术进入实用阶段。本届展会上展出了7台带自动穿丝装置的“中走丝机床”,在结构细节上具有一定差异,主要体现在各厂家为简化穿丝系统、提高穿丝成功率和规避专利技术等方面采取了不同的技术方案。自动穿丝技术的应用,将加速中走丝机床在自动化生产单元、柔性生产线、一体化解决方案等方面的进步。北京安德建奇带自动穿丝装置的中走丝机床MWE7 Pro-400,穿丝装置使用整体穿丝导管,导管从上机头位置自动下深到工件表面穿丝点进行穿丝,可实现全自动、半自动穿丝和自动拆丝,还可实现多个孔位自动跳步加工。苏州三光HG400自动穿丝中走丝机床(图12),其下臂收丝部分采用一个小车装置从下机头的下导轮处将电极丝夹紧后,由小车将电极丝直接送到收丝桶固定丝位置处。昆山瑞钧展出的灵动切割工作站(自动化生产单元)(图13)由自动穿丝装置的精密中走丝机床FR400+六轴协作机器人+多工位零点夹具组成,主要应用于批量零件齿轮的键槽切割等,实现自动上下料和切割流程全自动化。北京凝华的NH400W中走丝自动切割零件专机(图14),零件托盘及欧姆龙SCARA四轴机械手自动上下料机构集成在机床内部,实现零件自动装夹并取料归位,对三根电机轴端的安装面进行放电切割加工,为大批量零件在中走丝机床上加工应用提供了一体化解决方案。可以看出,用于批量零件加工的带自动穿丝装置的中走丝机床自动化生产单元将是未来发展方向之一。
(3)加工性能进一步提高。随着电感式纳秒脉冲电源及抗电解电源等技术在中走丝机床上普遍运用,放电脉冲宽度不断降低到几百、几十纳秒,有效放电电流也在不断降低,叠加多次切割修刀技术,中走丝机床加工零件的表面粗糙度不断提升,如江苏冬庆DK7732ZG(图15)、福建合盈HY420SY等中走丝机床的最佳表面粗糙度可达到Ra≤0.4µm。伴随着中走丝机床最佳表面粗糙度加工能力的提升,还需同步解决低表面粗糙度下的表面质量一致性及水纹等问题。
(4)关键部件技术不断创新。近年来,各企业通过对关键部件的不断改进优化,明显提升了大厚度、大斜度、特殊材料切割的效率和精度。苏州宝玛的BMT500F-SD大斜度中走丝机床(图16),最大加工斜度±30°,采用了高刚性U/V轴及四连杆机构设计方案、AR倾斜自动补偿功能以及双向自动张紧丝机构。浙江霸器的BQ1063-76大斜度中走丝机床,在机床的上/下主导轮处以及上下臂后部安装了电机,以实现精确偏摆。浙江三奇的SS02机床,配置拐角、腰鼓度控制策略,加工200mm厚工件时腰鼓度控制在6µm以内。杭州华方HF450CB中走丝机床(图17)采用新发明的“两级双向自动张力系统”,同时应用双向重锤+弹簧的张力控制方式,有效消除电极丝低频及高频张力震动。为适应不同加工场景而研发的高效放电加工液以及无锡协业新推出的防水大电流双支撑导轮进电组件等,都为中走丝放电加工技术不断进步提供有力支撑。
四、结语
从CIMT 2025特种加工机床展品来看,总体呈现出技术持续创新、功能不断拓展、智能化绿色化协同发展的态势,产品结构、控制系统、机床精度及外观设计均有所提升。特别是国产装备性能持续加强,逐步实现自主可控,国产替代趋势显著。然而,在高端核心技术、关键零部件制造及机床整体可靠性方面,国产装备与国际先进水平之间仍存在一定的差距。面对智能制造的快速发展以及制造业高质量发展的需求,特种加工机床制造商需进一步增加研发投入,提升自主创新能力和核心竞争力,为用户提供功能更加丰富、性能更加优良的装备,更加注重用户的个性化需求,积极为用户提供综合解决方案,推动我国从制造大国向制造强国迈进。
(来源:协会特种加工机床分会 责编:张芳丽)