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CIMT2015中小型五轴加工中心对比分析

2015年09月15日 11:16中国机床商务网作者:杨转玲点击:8516

  【中国机床商务网 市场分析】以“新常态·新发展”为主题的CIMT2015(第十四届中国国际机床展览会)于2015年4月20-25日在北京中国国际展览中心(新馆)成功举办。CIMT2015作为一届知名大型机床专业展,吸引了境内外厂商和用户的广泛关注。五轴联动加工中心为机床行业高端产品,主要用于复杂工件(比如飞机叶轮、叶片、螺杆等)的加工。高精度的五轴数控机床对于一个国家的军事、航空航天、精密医疗设备、科学研究、精密仪器等行业有着举足轻重的影响力,堪称“制造业之灵魂”。本届机床展境内外展商共展出了大约70余台五轴加工中心,国际知名品牌悉数登场,展品琳琅满目。现对本届展会部分中小型五轴联动加工中心做一些评述分析。
  
  一、通用型五轴联动加工中心
  
  此类机床主要用于对叶轮、中小型复杂模具、医疗器械、汽轮机转子等进行五面加工,适用行业比较广泛。按主轴形式可分为立式和卧式两种。
  
  1、立式五轴加工中心
  
  (1)德国巨浪的DZ08FX双主轴高速五轴加工中心,配置双主轴、摇篮式双摆转台,可同时实现两个工件的5轴联动加工。虽然双主轴加工中心较单主轴机床昂贵,但双主轴加工中心的主要功能和辅助功能的能效高、占地面积少、加工路线短,能够缩短加工时间,降低加工成本,节能效果显著。机床采用钢 大理石新材料浇筑的床身结构,高刚性结构,热稳定性好。该机床三轴行程分别为450/270/310mm,直线轴快速进给速度75m/min,加速度1g/1.5g/2g,A轴最高转速100r/min,C轴最高转速1000r/min,主轴刀柄HSK40A,主轴转速18000r/min,屑对屑换刀时间2.1s。采用发那科控制系统。
  
  (2)日本马扎克的VARIaxisi-700采用摇篮式双摆转台,丝杠中空冷却。该机床主要参数是转台φ700mm,三轴行程630/1100/600mm,A轴:-120°~ 30°,C轴:360°,采用触摸屏实现直感操作,该机床从内外防护到操作站,外观设计精美,堪称工艺品。采用马扎克控制系统。
  
  (3)瑞士MIKRONHPM800U五轴联动加工中心,机床的亮点在于增加了MSP机床和主轴保护功能,并进行了现场演示,其优势在于四个方面:操作简易、功能全面、安全可靠、工作高效。该机床主要参数是三轴行程800/800/550mm,直线轴快速进给速度61m/min,主轴转速20000r/min。
  

 
  (4)大连科德的KMC800U采用改良的龙门框架设计,摇篮式双摆转台,用矿物铸石的高刚性龙门结构设计,具有较好的抑振性、抗热变形能力和防潮性能。通过双驱技术实现重心驱动,旋转轴采用力矩电机,采用激光干涉反馈全闭环技术。该机床主要参数是转台φ800mm,三轴行程900/800/540mm,A轴:-130°~ 130°,C轴:360°,直线轴快速进给速度48m/min,A轴最高转速30r/min,C轴最高转速75r/min,主轴刀柄HSK63A,主轴转速12000r/min。
  
  (5)上海拓璞VMC-C20H采用立式动柱结构,结构紧凑,占地面积小;C轴力矩电机驱动,A轴滚动蜗轮蜗杆驱动;提供定制化的叶轮加工专用软件及线接触侧铣技术;配备定制设计的CAM软件,可以有效改善加工质量,延长刀具寿命。该机床主要参数:转台直径φ210mm,三轴行程250/260/280mm,A轴:-30°~ 100°,C轴:360°,德国电主轴,主轴转速42000r/min,刀柄HSKE40。数控系统是西门子840DSL。
  

 
  本届机床展立式产品在品种和数量上都比较多,美国哈斯也新推出了UMC750五轴联动加工中心,此外德国哈默、德马吉森精机、美国赫克、韩国斗山、现代威亚、北京机电院、大连机床、大连三垒、山东荣华、山东华辰、汉川机床、北京精雕、台湾丽驰、友嘉等公司也纷纷展出了自己的立式五轴联动加工中心,有A、C摆台、有B、C摆台,有单驱、有双驱,转台规格尺寸、结构布局形式各有不同,给人一种百花齐放的感觉。
  
  2、卧式五轴加工中心
  
  德国GROB公司的GA550结构布局很有特点,L型床身,床身和大多数基础部件采用刚性焊接结构,机床放置在三个调平元件上,并在其上进行调整,此外还有三个外加的调平元件,可使机床更加稳定;在同等级机床中,G550的Z轴拥有更长的行程;其主轴的安装位置提高了机床刚性;机床的排屑通过倒挂台位置和集成式排屑装置进行直接的最佳切屑处置方式,切屑不会落在夹具上,加工完成后的表面光洁度大大提高。该系列机床结构紧凑,占地面积小,可实现干湿加工。该系列机床目前都在大连生产。
  

 
  二、专机型五轴联动加工中心
  
  此类机床主要针对某一特定领域产品的加工。
  
  1、叶片五轴联动加工中心
  
  境内生产叶片五轴联动加工中心的厂家主要有北京机电院、四川长征、江苏新瑞等,境外比较知名的主要有瑞士斯达拉格·海科特(StarragHeckert)、莱西梯(Liechti)、威力铭·马黛尔(WilleminMacodel)、意大利的法拉利(C.B.Ferrari)、德国的哈缪尔(Hamuel)等。
  
  本次机床展只有北京机电院展出了新品BF160叶片五轴联动加工中心,该机床是高速高精的五轴联动加工中心,结构新颖独特,拥有良好的刚性而且设计灵活,能够适用于汽轮机叶片、蒸汽机叶片和航空涡轮叶片等复杂零件的加工。该机床的特点是旋转轴A、B均采用了力矩电机驱动,实现了高刚性和高动态特性;直线轴Y轴同步双驱,保证了机床刚性和动态特性;直线轴采用了陶瓷珠的丝杠配置,解决了普通丝杠传动速度受限问题;配备了专门用于叶片机的高速电主轴。此类机床在叶片五轴加工专用后置处理软件方面有很多技术关键点。
  

 
  2、五轴石墨加工机
  
  日本牧野公司的N2-5XA小型卧式五轴加工中心,是首次推出的专用于石墨领域高效加工的新产品,外观设计小巧精致,A、B轴均采用力矩电机直接驱动。高进给传动轴,高扭矩高刚性电主轴使其从粗加工到精加工一次完成,可以大大提高石墨电极加工效率,降低刀具费用。该机床三轴行程300/300/230mm,A轴摆角-30°~120°,B轴360°,刀柄HSKA40,主轴转速20000r/min。
  

 
  三、复合多任务五轴联动加工中心
  
  (1)德马吉森精机新推出的激光增材与五轴切削机床LASERTEC653D是目前市场上独一无二的复合加工机床,在全功能5轴铣床上集成了增材式激光堆焊技术。增材制造是一项新技术,将它与五轴铣削加工融合在一起的确是一个创新。该系列机床既可以作为纯激光加工机床,也可以作为激光和五轴铣削组合机床,通过HSK接口更换主轴头,在一台精密机床上可以实现五轴铣削加工、五轴激光纹理加工、五轴激光油漆蚀刻。
  

 
  (2)韩国斗山荣获2014年国际红点设计大奖的PUMASMX3000S,通过采用人体工学设计,提高了机床的操作和维护便捷性。该机床有X、Y、Z三个直线轴以及B和C轴两个旋转轴。采用了使Y轴行程始终保持在300mm的新设计,可加工幅宽大、形状复杂的汽轮机叶片等部件;正交式B轴结构,在扩大了加工范围的同时,提高了生产效率,增加了操作人员的作业范围;通过一次装夹就可以实现3台普通设备的生产能力;采用前端刀库设计,便于用户确认及换刀,提供更便利的ATC性能;流线型外观设计,可调节高度的旋转式操作台,大大提高了操作人员的便利性。
  

 
  (3)瑞士斯达拉格集团宝美S191多任务五轴联动加工中心,加工主轴安装在B轴;直线轴采用直线电机驱动;B、C轴力矩电机驱动;自动上下料单元与机床融为一体,抓取钳储存在刀库里,使用时装在主轴,借助数控轴完成操作;该机床主要参数是三轴行程400/200/410,B轴摆角-25~+115,C轴360°,主轴转速30000r/min,直线轴快移速度50m/min,加速度1g,7个运动轴和3个主轴实现多任务加工。
  

 
  四、对比分析
  
  通过对以上境内外五轴联动工中心展品的简单介绍,不难发现以下点:
  
  (1)五轴加工中心的核心技术——五轴数控系统,大多采用日本发那科、德国西门子、德国海德汉等。国产系统厂家中广数、华中也有五轴系统,但其高档五轴数控系统还不能完全满足需求。
  
  (2)功能部件是另外一个重要环节。国产五轴加工中心中大部分转台、电主轴、导轨、丝杠、光栅尺等采用进口产品,就连刀库也大多使用台湾产的。
  
  (3)国产五轴加工中心在设计理念上还需要改进,有些产品形式结构和境外产品看似相同,实际在整体设计上缺乏全局观,有些细节设计也有待加强。
  
  (4)在五轴加工中心和工艺、软件的结合程度方面,境外好多五轴厂商可以提供全套工艺解决方案,境内在这方面能提供的较少。
  
  (5)国产五轴加工中心可靠性还有待提高。也就是用户觉得同等结构形式、同等性能参数的国产五轴加工中心虽然价格上有优势,但不够皮实,精度保持性稍差,故障率高于境外同类产品。主要原因其一是基础件在材料、铸造、热处理、加工等方面做得不够好,其二是在数控系统的参数优化调整方面有待加强。
  
  (6)本次机床展,各厂商展出的五轴加工中心完全颠覆性创新的新品相对较少,这将是以后展会的一个常态,不可能总有颠覆性的创新。其实仔细看看,产品在外观、功能、精度等方面都在不断改进。加大创新是方向,但是把现有产品质量提高,也不是件容易的事,需要花费很大功夫,一款经典的好产品是能在市场上保持多年不败的地位。
  
  不可否认,从目前情况看,进口的五轴加工中心,尤其是中高端产品,无论外在还是内在都要比国产的好一些。但是境内部分产品正在逐步赶上。只要我们加大对新材料、新工艺等基础共性技术的研究,厚积薄发,努力提升产品质量,差距就会不断缩小。

北京机电院机床有限公司 杨转玲
(来源:中国机床工具工业协会传媒部)

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