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    CIMT2021部分立式五軸加工中心產品評述
    2021-06-08 悉恩悉機床網

      通過參觀第十七屆中國國際機床展覽會(CIMT2021),筆者注意到展品呈現出以下幾個主要特點:智能、高效、五軸、自動化、服務重點行業。境內外知名企業均對立式五軸加工中心產品表現出足夠重視,境外立式五軸產品整體技術較為領先,側重智能化、高效高精、復合加工等技術,部分重點展商有德馬吉森精機、山崎馬扎克、大隈、斗山等,展品主要面向航空航天、醫療、汽車、模具等領域。近些年,境內五軸機床發展迅速,尤其是五軸立式加工中心,北京精雕、大連科德、通用技術集團、深圳埃弗米等企業均有產品參展,且五軸立加相關功能部件日趨成熟,展品眾多。

      一、部分境外展商展品簡介

      1.山崎馬扎克(MAZAK)

      馬扎克展出兩臺立式五軸加工中心,分別為VARIAXIS i-700及INTEGREX I-630VAG。

      VARIaxisi-700采用搖籃式雙擺轉臺,絲杠中空冷卻,轉臺直徑為φ700mm,三軸行程為630/1100/600mm,A軸轉動范圍為-120°到+30°,配置車削功能,工序進一步集中;采用了適合中、小型工件高速多面加工的最佳工作臺傾斜構造;采用馬扎克控制系統。

      INTEGREXi-630V AG采用B軸擺頭C軸轉臺結構,不僅有傳統車銑復合加工設備所具備的車削加工、銑削加工、5軸加工功能,還具有齒輪加工功能。工作臺尺寸為φ1050mm,三軸行程為1425/1050/1050mm,三軸快移速度達到52m/min,采用馬扎克控制系統。

      2.德馬吉森精機(DMG MORI)

      德馬吉森精機參展的立式五軸加工中心產品為DMU 75 monoBLOCK。該產品工作臺尺寸為φ650mm,最大承重600kg,主軸最高轉速為20000r/min,三軸行程為750/650/560mm,三軸快移速度為40m/min。在結構上采取三點支撐,確保用戶可快速、方便安裝。配備高性能冷卻系統及多傳感器補償功能。采用monoBLOCK一體式高穩定性機床結構,配45mm滾柱導軌。所有軸配大型滾珠絲杠φ40/φ50/φ40mm,確保更高穩定性。搭載自主研發的CELOS數控系統。

      3.哈默(HERMLE)

      哈默展出兩臺立式五軸加工中心C22和C650。其中C22相對規格較小,工作臺為φ450mm×370mm,水平最大承重為300kg,三軸行程為450/600/330mm,主軸最大轉速達42000r/min,三軸快移速度為50m/min,轉動軸最大速度為25r/min(A軸)、40r/min(C軸)。該機具有主軸防碰撞保護,可吸收Z向碰撞時產生的沖撞能量,防止受損。工作臺驅動方式有兩種選項,A軸單驅及雙驅,C軸蝸輪蝸桿傳動或力矩電機驅動。主軸也可選配分體式或整體式主軸。標準刀庫集成在機架底座內,節省空間,可容納65把刀??膳渲梦鏖T子或海德漢數控系統。



      C650立式五軸加工中心工作臺尺寸為φ900mm×600mm,最大承重1500kg,三軸行程為1050/900/600mm,主軸最大轉速為18000r/min,三軸快移速度為35m/min,轉動軸最大速度為25r/min。工作臺直接安裝在機架上(A軸不容易扭曲變形),標準刀庫集成在機架底座內,可容納42把刀具。配置海德漢數控系統。

      4.大隈(Okuma)

      日本大隈參展的五軸立式加工中心為mu-400VII,采用AC軸轉臺結構,工作臺尺寸為φ600mm,最大承重為300kg,三軸行程為762/460/460mm,主軸最大轉速可達35000r/min,三軸快移速度為40m/min,轉動軸最大速度為40r/min(A軸)、50r/min(C軸),最大切削進給速度可達32m/min。旋轉軸的定位精度為±4″,重復定位精度為±1″。具有可實現高速、穩定定位的Hi-G控制功能,并具有熱親和、防撞擊等智能化功能。搭載OSP-P300MA自主數控系統。

      5.斗山(Doosan)

      斗山機床展出的DVF5000,是一款主要用于復雜零部件加工的緊湊型五軸產品,適用于機械零部件、模具腔體、醫療骨板、葉輪加工等行業。

      該機工作臺尺寸為φ500mm,最大承重為400kg,三軸行程為625/450/400mm,主軸最大轉速為18000r/min,三軸快移速度為40m/min,轉動軸最大速度為20r/min。聯動精度為3.8μm(進給速度4m/min)。產品采取直驅主軸及電機,配置全脂潤滑系統,并搭配緊湊型自動化系統(AWC),具備主軸和結構熱補償,同時標配主軸內冷(可選滾珠絲杠冷卻系統)。

      6.哈斯(Haas)

      UMC-500為集成雙耳軸工作臺,φ400mm直徑旋轉臺面,采用標準T型槽和精密導向孔定位,具備較高的通用性。B軸行程+120°至 -35°,可加工中小型的五軸復雜零件。

      7.現代威亞(Hyundai Wia)

      韓國現代威亞展出兩臺立式五軸加工中心,其中XF6300 搖籃式五軸加工中心是其重點推介產品。采用立柱/床身整體式結構,相比傳統立柱分離型結構提高了結構穩定性、剛性及震動吸收能力。X/Z軸采用箱中箱結構,主軸頭內置于X軸鞍座,可實現熱對稱結構,將熱變形降到最低。A/C軸采取直驅電機結構(可選齒輪傳動轉臺),滿足客戶多樣化的需求。換刀時間切屑到切屑4.5s。選用西門子840D SL系統。產品適用于汽車渦輪增壓器葉輪、高精密模具、航空航天耐熱材料加工、精密醫療器械(骨關節)生產。



      二、部分境內展商展品簡介

      1.通用技術集團

      通用技術集團此次共展出兩臺立式五軸加工中心產品,分別是μ1000/5ST-500V及VDU650。

      μ1000/5ST-500V適用于鈦合金、高溫合金等特殊材料的復雜零件加工,采取BC軸轉臺結構,工作臺直徑φ500mm,最大承重為300kg,三軸行程為500/450/450mm,一次裝夾可完成鏜孔、鉆孔、鉸孔、攻絲和粗、精銑加工等,具有高效率、高精度、高可靠性特點。單機可用于多品種小批量零件生產,也可以根據用戶需要聯入生產線完成批量生產。



      VDU650是基于模塊化、標準化、系列化而自主研發的最新產品。其核心功能部件,包括主軸、轉臺、刀庫等均自主生產,機床采用改進型墻式三坐標結構,配合雙軸復合轉臺,實現五軸聯動加工。機床運用有限元分析手段,結合重心驅動、輕量化設計理念,通過緊湊的空間結構設計,既增強了機床的剛性,又提高了機床的動態性能。X、Y、Z三個直線坐標軸最高快移速度可達60m/min。轉臺有機械傳動、力矩電機直驅兩種選項,主軸可配直聯主軸或電主軸。機床具有響應快速、加工高效、排屑流暢、性價比高的特點,適用于復雜空間曲面加工、空間角度定位加工,尤其適合葉輪、葉片等零件的制造。

      2.北京精雕科技集團有限公司

      北京精雕此次共展出7款立式五軸加工中心,配置了精雕自主數控系統,可穩定實現“0.1μm進給、1μm切削、nm級表面效果”的精細加工。



      五軸高速機JDGR400T為AC軸擺臺結構,工作臺尺寸φ400mm,最大承重150kg,采用全閉環控制技術,適用于精密模具、精密零件及復雜五金件的五軸加工。經典的定梁龍門結構,結合L型結構的三導軌橫梁、短懸伸的機頭設計,使機床的幾何精度更加穩定。采用Φ150mm高速同步電主軸,切削能力強,具有銑、磨、鉆、鏜、攻等復合加工能力。

      五軸高速機JDMR600是此次展會新推出產品,工作臺尺寸φ630mm,最大承重400kg,采用全閉環控制技術,適用于精密模具、精密零件及復雜五金件的五軸加工,直線軸定位精度為3μm,重復定位精度為2μm,旋轉軸定位精度為8″,重復定位精度5″。機床為動梁龍門式結構,配搖籃式雙軸轉臺,A軸采用雙驅技術。采用軟件模擬加工過程,優化工藝要素,提升了工藝過程的安全性??伞霸跈C測量和智能修正”工件位置和尺寸偏差,提升了加工尺寸的準確度。

      3.大連科德數控股份有限公司

      大連科德展出兩款立式五軸加工中心產品,其中較大規格的為KMC800SUMT五軸立式車銑復合加工中心,工作臺直徑φ750mm,最大承重1400kg,結構采用改良的龍門框架設計,數控回轉擺動工作臺實現雙壁支撐,Y軸采用四導軌支撐和位于中心的主驅動,A軸擺動角度為-130°~+130°。環形刀庫與機床床身融為一體,結構簡單、節省空間。



      另一款DerThrone VMC50S U五軸立式加工中心,機床底座和立柱均采用礦物鑄石材料,具備很好的吸振性,適合高速高精加工設備需求。刀庫采用端面座式安裝,一方面可以配置更大的刀庫,另一方面降低了刀庫偏載對立柱精度的影響。該產品適用于形狀復雜、工序多、精度要求高、需用多種類型普通機床和繁多刀具、工裝,經過多次裝夾和調整才能完成加工的具有適當批量的零件,適于加工葉輪葉盤等復雜曲面零件、異形件、盤、套、板類零件。

      4.北京超同步科技股份有限公司

      北京超同步科技股份有限公司展出兩臺立式五軸加工中心產品,分別為V5-320B和V5-630B。



      V5-630B工作臺直徑φ630mm,最大承重500kg,采用穩定的C型結構,標配高速電主軸、直驅數控轉臺和伺服刀庫,可實現復雜零件的高速、高精度加工,主軸最高轉速為18000r/min,三軸快移速度為36m/min,廣泛應用于新能源汽車電機、變速箱、發動機、模具、機器人、醫療器械等產品的制造。產品的一大亮點是配備自主研制BT40/HSKA63電主軸,可實現高精度、高功率密度和高動態響應,大幅提高加工效率和加工精度,降低機床噪音和振動。采用液壓同步換刀技術,實現伺服刀庫和伺服液壓站協同控制,最快換刀時間可達1.2s。自主研制的BC雙軸直驅數控轉臺,內置大扭矩力矩電機,確保高精度和高動態響應。

      5.東莞埃弗米數控設備科技有限公司

      東莞埃弗米展出的產品為GMU800EVO,這款五軸聯動加工中心工作臺尺寸為φ800mm,最大承重為800kg,主軸最高轉速為20000r/min,采用高剛性、穩定性及高效抑震一體式底座,擁有出色的動態性能及超高精度(Y軸4條45mm高剛性滾動導軌)。此外其上還搭載GTRT齒輪驅動的搖籃轉臺(A軸扭矩4142Nm,C軸扭矩1950Nm),采用內藏式主軸結構,主軸雙水套冷卻,水冷式主軸驅動電機,并可選配絲杠中空冷卻。

    圖片

      6.友嘉集團

      友嘉集團此次展出MU-450、BC-700T兩臺立式五軸加工中心。

      MU-450工作臺直徑φ450mm,最大承重200kg,三軸行程400/350/350mm,主軸最高轉速為15000r/min,進給軸快移速度為48m/min,機床鑄件采取堅固耐用的高級米漢納鑄鐵,直聯主軸配主軸冷卻系統,工作臺采取單邊驅動雙邊支撐,BC軸可以選配直驅電機,三軸配置自動潤滑裝置,同時具備加工前準備、加工應用設定等14種智能化制造功能。

      三、技術發展趨勢

      從本屆展會的展品來看,可粗略歸納出當前制造技術的發展趨勢是:提高自動化水平、廣泛應用數字化技術、采用網絡化管理、向智能化邁進。各企業都在尋求自動化與復合集成,助推制造效率提升。同時更加關注細分市場,提升服務能力,為用戶提供個性化系統解決方案。

      具有到立式五軸加工中心產品的發展趨勢,主要有以下幾點:

      1.大體結構趨同,功能特色突出

      在CIMT2021,展出的立式五軸加工中心具有完全顛覆性創新的新品相對較少。從實現五軸聯動的形式上來劃分,主要為AC軸轉臺、BC軸轉臺、B軸擺頭C軸轉臺、AB軸擺頭四種,其中以雙軸轉臺結構占絕對優勢,主要是考慮立式五軸加工中心的應用領域更多為中小規格零件,BC轉臺結構多采取單驅,可節約一定成本。

      在結構趨同的大背景之下,產品在外觀、功能、精度等方面都在不斷改進,尤其在主軸、轉臺及進給軸結構細節上有所提升,多采用直驅電機、內藏式主軸等。

      德國哈默C650采取雙驅動A軸,可獲得高精度,避免扭曲變形,同時具有主軸防碰撞保護等功能,并將標準刀庫集成在機床床身之中,節省空間。韓國斗山的DVF 5000配備主軸和結構熱補償功能、全脂潤滑系統、主軸及絲杠冷卻功能。日本大隈的mu-400VII轉臺采用準雙曲面齒輪結構,并一如既往地發揮其熱親和、防撞擊、加工導航等智能化功能優勢。美國哈挺V320配置BIG-PLUS雙接觸式主軸,具有絲杠冷卻等功能,并使用重型導軌系統及超大規格絲杠。韓國現代威亞選用DDM直驅傾斜翻轉工作臺,同時具有多層環形刀庫換刀系統,實現4.5s(60Hz)的換刀時間(切屑對切屑)。

      臺灣崴立機電獨創五軸旋轉臺齒隙消除機構、強力剎車機構,并配有瑞士TDM內藏式主軸。臺灣友嘉MU-450采用直聯主軸,配主軸冷卻系統,BC軸選配直驅電機,配置包括加工前準備、加工應用設定、維修保養等14項智能化功能。通用技術集團的VDU650采取重心驅動、輕量化設計,配置主軸頭冷卻系統等。精雕產品配置驅動系統冷卻技術、軟件模擬加工過程、機內噴淋系統等。國盛集團的MX650立式五軸加工中心采取正向懸臂,縱向搖籃布局,使直線軸脫離加工區域,動態性能好,操作方便,工作臺配套尾座單元,滿負荷下仍保持高精度。東莞埃弗米的GMU-800EVO產品采取GTRT齒輪驅動轉臺技術,具有雙段消隙技術專利,內藏式主軸結構,主軸雙水套冷卻,水冷式主軸驅動電機并可選配絲杠中空冷卻。

      整體上對比來看,國產五軸加工中心在設計理念上有所進步,有些產品形式結構和境外產品看似相同,但在細節設計上還有待加強。

      2.強調工藝復合,注重效率提升

      從此次展會的展品上可以看出,有更多的產品注重工藝復合及效率的提升。例如臺灣友嘉BC-700T主要特點是基于立式加工中心拓展了機床加工范疇?;诹⒓拥墓ぷ髋_上融合了高速直驅轉臺,將機床銑削主軸替換為車銑頭,并可實現沿B軸擺動。該機既可實現立加的所有鉆銑功能,又可依托轉臺及車銑頭實現盤類零件的車及銑功能。這種融合的加工方式適應范圍廣,較大拓展了立式加工中心的加工范圍。

      北京精雕的JDGR300MT屬于精雕傳統意義上的五軸加工中心,但通過采用精雕車銑電主軸及搖籃式雙直驅AC轉臺,通過C軸的高速旋轉配合車銑電主軸實現車削功能,這是產品模塊化設計的一個拓展產品。

      通過以上兩類產品可以看出,隨著高速直驅轉臺與車銑電主軸的廣泛應用,針對小型盤類零件的五軸車銑跨界加工,銑削類產品與車銑類產品的界限將越來越模糊。大連科德也有類似功能的產品展出。

      此外,為提高加工效率,直線電機的應用也更加普遍。國內的巨岡CBS350,X/Y軸配備了直線電機。上海的阿帕斯精機U600立式五軸加工中心,進給系統采取直線電機結構及高剛性滾柱型直線導軌。

      在關注細分市場、提高服務能力的發展趨勢下,以市場為導向、深入了解用戶的需求、為用戶提供個性化低成本產品和系統解決方案,成為企業增強市場競爭力、提高可持續發展能力的重要手段。在五軸加工中心與工藝、軟件的結合方面,境外好多企業可以提供全套工藝解決方案,國內企業在這方面還需提升。

      3.市場爭奪加劇,國產配套空間巨大

      部分境外企業著重推出在中國生產的本地化產品,更加貼近中國用戶需求,本土化發展戰略更加深入。哈挺、GF加工方案、巨浪等企業都通過本土化生產進一步降低成本,這需要國內機床工具企業在解決數控系統及關鍵功能部件“卡脖子”問題前提下,進一步提升核心功能部件內配比例,降低產品成本。

      五軸加工中心的核心部件——五軸數控系統,展品大多采用的是發那科、西門子、海德漢的。筆者初步統計,此次參展的30多臺國產立式五軸加工中心中,配備國產數控系統的占比不足40%。國產系統中的i5、科德、廣數、華中等中高端五軸系統,在市場推廣方面仍需加強。

      另外,實現五軸聯動機床精確、高效切削的其他主要部件中的滾動直線導軌、直線電機、力矩電機、高速精密切削刀具等,實現精準位置反饋的部件如高精度直線光柵、圓光柵等,這些部件的進口占比還較大。全球化采購雖可解決使用問題,但很多技術應用會受到限制和制約,這是我國機床工具制造業從制造大國向制造強國邁進的主要瓶頸之一。

      四、結論

      五軸聯動數控機床是一種科技含量高、精密度高、專門用于加工復雜曲面的機床,這種機床的發展水平對一個國家的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫療設備等行業具有舉足輕重的影響。五軸聯動數控機床已經成為當今制造業最重要的加工工具,隨著工業化的深入,五軸聯動數控機床必將應用于更加廣泛的領域。

      從目前情況看,很多進口的五軸加工中心,尤其是中高端產品,具有較多技術優勢,但是國內通用技術集團、精雕、科德等部分產品正在迎頭趕上。只要我們加大對新材料、新工藝等基礎共性技術的研究,厚積薄發,努力提升產品質量,差距就會不斷縮小,最終打破國外技術壟斷,實現高端機床自給自足,實現“中國裝備,裝備中國”。

    來源:中國機床工具工業協會

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