CIMT2023部分五轴加工中心亮点展品评述

 

　　为了促进行业整体发展，做好技术交流工作很有必要。中国机床工具工业协会数控系统分会组织会员企业撰写“展品评述”，对本行业参展展品的技术特点、发展现状及与国外先进水平的差距等进行分析，提出行业发展建议。
 

　　一、新兴行业发展带动五轴机床发展
 

　　从本届展会可以看出，随着航空、新能源汽车等行业的迅速发展，针对性的加工设备爆发式增长，如针对机匣类产品(图1)的大规模立式转换设备，展商众多，且都为本土企业，市场竞争激烈。而以往专注于汽车缸体、缸盖等箱体类零件加工的卧式加工中心，通过局部优化，多用于加工新能源汽车相关零部件，如汽车副车架(图2)等。
 

　　而本届展会，境外主机展商展品略少，可能受国际形势影响，或因疫情影响未能前来参展。作为全球最大的国际机床展览会之一，CIMT2023展吸引了来自世界各地的机床制造商和专业人士，五轴机床成为了一个热门课题，以下对展会所见具有特色的部分展品进行回顾。
 

　　二、五轴高端机床产品亮点
 

　　1．齐二机床集团有限公司碳纤维铺丝增材设备
 

　　针对航天航空领域，通用技术集团此次展出了齐二机床研发的碳纤维铺丝增材设备，主要技术参数铺料宽度可达到150mm，同时铺丝线束16道，线丝宽度6.35mm，直线轴铺设速度50m/min，虽较国外先进设备仍有差距，但作为全场唯一的铺丝增材设备，仍吸引了大量人群的关注，也体现了我国在航空航天领域关键技术突破的决心。
 

图3
 

　　2．牧野机床（中国）有限公司a800Z五轴卧式加工中心
 

　　此台兼顾刚性、精度与灵活性的大型五轴卧式加工中心，在保证了卧式机床刚性与切屑处理性能的同时，兼顾了五轴的精度与灵活性，并可以实现与四轴卧式加工中心的混合柔性线布置，可广泛应用于多个行业。该机融合了牧野的e-machine设计理念，使机床更具有“ecological(环境友好性)”、“expandable(可扩展性)”、“endurable(耐久性)”、“exchangeable(上位互换性)”、“easy-to-use(使用便利性)”等特点，并不断提升“electrical(电气化)”以保证生产效率。
 

　　与传统的摇篮式五轴相比，Z型非正交结构使得运动时重心变化幅度更小、可有效提升精度和分度效率，也令APC交换更加容易，极大程度地方便了人员在机外安装工件，并可以实现四轴与五轴的混线加工。
 

　　在结构设计上，采用对置支撑结构，保证切削回路尽可能短，以提供极佳的切削刚性，最大程度发挥主轴的性能。对于批量零部件生产的大量切屑问题，a800Z设计了全不锈钢钣金的加工室，内壁几乎呈现垂直状态，保证在加工中产生的切屑能及时快速地被清理，大大减少了现场操作人员的清理工作量。
 

　　在自动化方面，a800Z选择工件库系统、机器人、MMC柔性生产线等多种形式，工作台也设置了夹具控制接口以便于批量零部件的装夹。
 

　　3．埃斯维机床（苏州）有限公司 BA 721 Space双主轴卧式加工中心
 

　　SW全新设计的双主轴单工作台卧式加工中心，为首次在中国展出。机床床身采用整体式框架结构，Y轴采用龙门式驱动，加工单元采用“框中框”结构，主轴采用HSK A100。直线轴配有滚珠丝杠，回转轴配有力矩电机。X轴和Z轴可选独立运动。
 

　　SW研发了用于其数控加工中心的新型C|one控制面板，该面板采用专项研发新技术，并拥有诸多优势：采用SW新型设计的细长型铝壳，不仅高度可调节，使其更符合人体工学，同时还配备旋转枢轴，确保机械加工的同时，所有运行过程均处于操作员的视野范围内。
 

　　该机床凭借高刚性和高效率，主要用于大型钢铁、铸铁和有色金属工件的四轴和五轴加工。典型应用领域如：卡车减速器壳体、卡钳及转向节，柴油发动机缸体、缸盖等。在国内已与一知名柴油机制造企业合作，制造工程机械六缸柴油发动机缸体。
 

　　其主要参数为：主轴间距700mm，X轴行程650mm，Y轴行程1175mm，Z轴行程560mm(可选650mm)。回转轴(A轴)可承载最大重量2000kg，最大转速35r/min，旋转定位精度≤10”。可选高刚性HSK100主轴，最高转速6000r/min，扭矩可达615Nm(25�)。快速移动速度：X轴和Y轴60m/min，Z轴70m/min，最大加速度：X轴6m/s²，Y轴5m/s²，Z轴10m/s²。直线轴定位精度≤0.008mm，重复定位精度≤0.006mm。换刀时间切削对切削4.75s，刀库最大可选配2x65把容量。
 

　　4.中国通用技术（集团）控股有限责任公司GMC200u/t五坐标加工中心
 

　　机床主要应用于航空航天工业及其他行业中环型件、机匣类零件等回转零件的复杂型面、端面、定位孔、螺纹孔，台阶孔的加工、可用于加工钛合金、高温合金、超高强度钢及镁铝合金等有色金属材料。机床具有高精度与高刚性特点，既可用于高精度加工，也可用于重载加工。依托45°斜摆头可完美实现立式加工中心及卧式加工中心功能。零件一次装夹后，能完成多种工序的加工。是加工精度要求较高、工序复杂的航空航天等工业的理想需求设备。
 

　　该系列产品采用模块化设计理念，根据市场需求快速响应，满足客户个性化定制需求。结构特点：机床采用龙门框架式结构，配合可移动回转工作台。主要结构包括：床身底座、一体式龙门框架立柱、横梁、滑板、铣削工作台、45°斜摆头、墙式机器人刀库。其中45°斜摆头安装在滑板上，滑板在横梁上左右移动为X轴，工作台在底座上移动为Y轴，横梁在立柱上上下移动为Z轴，45°斜摆头摆动方向为B轴，工作台旋转为C轴，摆头配备高性能电主轴。在西门子系统的控制下机床可实现五轴联动。零件可在一次装夹后，完成多种工序的五面加工和多种空间方向的铣、镗、钻等加工。是一款加工精度要求高、形状复杂零件的理想设备。
 

　　5.浙江日发精密机床有限公司RFMH50P-5X立式摇篮五轴加工中心
 

　　本系列产品是在消化吸收国内外数控车床技术的基础上开发成功的高档数控产品，产品结构紧凑、造型美观、功能丰富、配置完善、性能优良、质量可靠，具备高速度、高精度、高刚性、高效率的显著优点。机床的高精度通过热对称结构实现。机床的全部基本结构(床身、立柱、转台、主轴箱)均具备热对称性。在温度变化的情况下，该设计方案提供许多优势。
 

　　整体桥式对称布局，立柱左右移动距离(X轴)800mm，摇篮转台前后移动距离(Z轴)800mm，主轴箱上下移动距离800mm。风格独特的一体式床身结构，三轴采用重心驱动技术；内置式电主轴，意大利MCM风格的摇篮工作台结构，叉形交换臂，加工时向上收起，与旋转门合为一体，构思独特，避免干涉。全闭环精度控制，直线轴精度定位精度达到0.005mm、重复定位精度0.003mm，适配多种规格电主轴，兼顾轻型切削和重型切削。通过以太网通讯与外部自动化设备的对接，可实现自动化无人化加工。
 

　　6.阿帕斯数控机床制造（上海）有限公司SW1613S高速精密天车五轴龙门加工中心
 

　　SW系列天车(桥式)龙门采用U型桥式布局，各轴均采用直驱方式，具备极高的横向、纵向刚性，有效满足直驱横梁高速移动所需的床身结构刚性要求，也使其无论是在重切加工，还是精密切削的场景下，都可以保证切削所需的床身结构刚性。Y向采用四轨龙门双驱结构，使得直线电机驱动的横梁负载既具备高速高精的定位特性，也保证了切削时的高刚性，使得重切削、高精密切削在同一台机床上轻松实现，为五轴产品的粗加工提供了极高的效率；Y轴龙门双驱轴的误差可控制在5µm以内。
 

　　高刚性滑座滑枕组合，使得Z轴在全行程范围都有良好的刚性，使得机器有更大的Z向行程。SW1613S采用四轨方滑枕结构，进一步提高了800mm的Z轴行程所需的滑枕刚性。主轴转速24000r/min，带CSC轴芯冷却功能的主轴，选用SCHNEEBERGER滚珠直线导轨，采用海德汉TNC640数控系统，A/C摆头双轴均采用直驱电机驱动，零背隙、无磨损，额定转速40 r/min，最大转速可达60 r/min，最大承重10000kg。
 

图9
 

　　
 

　　三、五轴机床发展趋势
 

　　从本次展会展出的五轴等高端数控机床和数控系统，可以看见其发展趋势如下：
 

　　1.高精度
 

　　通过大量无间隙、无磨损直驱技术、全闭环控制反馈技术、热对称设计结构、滚珠丝杠中心冷却、专用温控热交换系统、专有软件算法控制的精密热管理系统、环境热位移及主轴热位移自动补偿技术等的应用，实现机床的高精度和精度的稳定性。
 

　　2.高效率
 

　　随着新能源汽车、航空航天等行业铝合金等材料的普及应用，以及伺服系统，数控系统及刀具设计和制造水平的提高，出现越来越多的高速高效加工中心：主轴转速高、进给速度和加速度快、换刀时间短、双主轴和多主轴的设计，大扭矩电机提供强力切削等。
 

　　3.绿色化
 

　　采用更加节能的电机和全新的控制逻辑，最大限度的降低电能消耗；使用润滑脂代替润滑油对移动和旋转零部件进行定量润滑，降低对环境的污染；在切削加工时用微量润滑技术取代传统切削液，减少切削液用量，配合空气净化系统，减小对空气的污染。
 

　　4.智能化
 

　　随着以SIEMENS、FANUC、HEIDENHAIN、科德数控、北京精雕、华中数控等为代表的智能数控技术的发展，依托日益强大的数控系统功能及自动检测、自动补偿、自动控制、自动管理、模拟仿真、状态监控、加工优化、RTCP自动标定等技术应用，机床智能水平大幅提高。
 

　　四、对国产五轴机床发展的建议
 

　　结合本次参展和行业工作经验，对国产五轴机床发展提两点建议：
 

　　1.总的来说，国产高端五轴机床在不同领域中具有广阔的应用前景，目前发展迅猛，无论是立卧转换五轴、龙门五轴、车铣复合五轴等，展商明显增多。
 

　　2.国产五轴机床结构有所创新，但是变化不大。如何能在竞争激烈的市场中占据一席之地，建议回归产品的本源——产品质量，同时以用户需求为导向，立足自身优势，深化产学研合作，加强产品质量控制，只有这样才能不断缩小同国际领先产品的差距，更好提升品牌价值。