新結構新理念探索——CIMT2015加工中心展品特色技術
新結構新理念探索
——CIMT2015加工中心展品特色技術
上海第三機床廠 韓文淵
第十四屆中國國際機床展覽會（CIMT2015）于4月20-25日在北京中國國際展覽中心（新館）舉行。面對精彩紛呈的展品，看耳熟能詳的機床，如何找到蘊含其中的特色技術，從而發揚這些技術思想，還須抽絲剝繭。因此本文從具體細節入手，通過對展會所見所聞之體會、樣本資料以及現場宣傳視頻的特色技術之描述，來進行闡述，希望起到拓展思路、拾遺補缺的作用。
一、我們也能做到嗎？
從細節著眼思考，比如說：機床提高1㎜精度、效率提升1min時間，可能比較容易，也許3個細節就搞定。而要以1μm單位精度、0.1s單位時間來提升，或更高要求，就不那么容易了，可能需要數十甚至上百個細節的共同拉升，需要關鍵技術的突破。本屆展會中一些加工中心，看來毫不起眼，技術上也普通常見，但一些與眾不同的亮點，則深刻地說明注重細節的重要性。
在E4-105展位，友嘉實業的TC-20α鉆攻加工中心，工作臺規格600×400mm，主軸轉速4000r/min，φ80mm金剛石刀片的面銑刀，試件為鋁合金，通過銑削方式加工，試件表面達到了鏡面級粗糙度。分析此機：其設計概念上因應輕切削需求，工作臺配置輕量化；主軸采用直連式驅動，使主軸的喉伸變短；特別是Z向（后）和Y向運動防護罩，采用單節與單片的形式，適應高速高精特性；因此整機控制精度高，抗干擾能力強，移動速度快。
再看E2-291展位，帝馬數字機器的VBZ640立式加工中心，工作臺規格750×360mm，也是以銑削方式，在16×16×25 mm冷拉鋼上，耗時40分鐘，加工出一個針柱（φ0.7×25mm）工件，彰顯該機的優異性能。該機最大特點是采用礦物澆鑄底座，整機具有很好的吸振性、高精度和熱穩定性；此外突出一個理念，從鑄件、零件直到整機裝配到調試，都有嚴格的高品質檢驗系統來支撐。
對比以上兩臺機床的主要參數，思考在同等性能條件下，我們也能做到這些特色嗎？實際上，我們用不著刻意找“技術秘密”，只需分析細節并予以拉升，我們能做到！
二、加工中心的一些特色結構和理念探討
1. 在本屆展會上，許多加工中心是以高端的5軸機來展示，觀察那些擅長做加工中心的廠家，可以看到3軸或5軸加工中心的結構形式和布局，多采取兩者通用的模塊化方式，結構特別注重剛性的綜合提高、結構緊湊，且有利于切屑的排除。
在W1-401展位，GF公司HSM系列3軸、5軸加工中心是典型范例。機床的理念是確保整機的抗震性和穩定性，為此設計采用具有震撼性的一體化設計思想，剛性和穩定性好。這樣的一體式結構布局，便于從三面接近工作區域，以至機床具有極好的可視性，方便吊車裝卸工件；而O型結構作為接口，很巧妙地實現自動化工件裝卸。這也提示我們：設計要注重高精度的辦法與舉措；要兼顧低端和高端機模塊化，還能巧妙地實現雙、多工作臺的自動化交換或自動化組線。
在W1-153展位，德國GROB的GA550五軸萬能加工中心，工作臺直徑770mm，承載700kg。除5軸（A/B）外，有兩種4軸模塊方式：僅A軸或僅B軸。機床X、Z軸運動為加工頭水平運動，X/Y/Z軸的行程800/950/1020mm，A軸具有非常大的旋轉范圍，225度。由于主軸的臥式布置，Y軸的大行程，大擺角的A軸，因此機床的加工干涉極小，機床還具有特佳的排屑效果。
2. 現在加工中心的線性軸運動，往往注重采用加工頭的運動，而工作臺盡量少運動或不運動，以便實現高速運動加工；此外，這樣的布局也更容易對導軌與絲杠進行防護，機床占地面積也變小。
比較典型的我們看W1-801展位，德國哈默的C42U五軸立式加工中心。該機采用龍門一體大理石床身，三軸移動全部是加工頭的刀具運動，承載與驅動全部在工作區域的上方，防護有利，也使得工件具有獨立的動態性。此外與床身融為一體的拾取式刀庫，又使得機床的空間需求小。另外一個有特色的技術，是機床主軸帶有監察防碰撞保護（軸向），這種機械保護方式在其他加工中心尚未見到。
在W1-101展位，DMG MORI的DMC1450V立式加工中心，工作臺規格1700×750mm，承載2000kg。該機同樣采用高穩定性的大理石床身，三軸移動全部是加工頭的刀具運動，工作臺懸空固定在床身上，切屑排除非常通暢。此種結構布局，由于工作臺不運動，則不必擔心工件與機床其它部分發生干涉。同時，對于重心位置不正的工件，也可順利實現高精度加工。
而DMG MORI的DMF260-11動柱型5軸立式加工中心，可以說在動柱式加工中心設計方面樹立了新的標桿。3200×1100mm的固定工作臺，由大理石床身承載，熱對稱結構動柱，配備熱平衡系統，確保了機床較高剛性和長期穩定性，X/Y/Z軸的行程達到2600/1100/900mm。而加工頭式B軸，內嵌固定工作臺式的C軸，使機床適用于從3軸銑削到5軸聯動加工，能充分滿足各種各樣工作任務和不同行業的零件加工。還需要指出的是，憑借大理石較高的重量，X軸的動態性能也更好，X軸采用直線電機時快速移動可達到80m/min，在同類機床中很有競爭力。
3. 以加工中心為基礎的復合機床，是本屆展會眾多復合機床的主要形式，常見的是以車銑復合加工中心來實現高效工序集約。隨著思維創新、技術進步與技術集成，復合機床的內涵在擴大。本屆展會有兩臺比較典型的復合機床，反映了這個思想。
在W1-101展位，DMG MORI推出了3D激光加工的思想，有增材制造、模具外形表面處理等。通過將激光加工集成在5軸聯動加工中心，形成了新一代復合機床，僅一次裝夾即可進行5軸銑削加工和激光表面紋理加工，或激光堆焊加工。本次出展的LASERTEC 65 3D復合機床是銑削品質的增材制造，可以非常經濟地加工切除率極大的大型工件。
在W1-805展位，奧地利WLF公司的M80-G復合機床是個相當典型的復合加工中心。該機工序集約能力空前強大，是加工中心與車削中心的完美組合，適合回轉類零件加工，因此機床布局形式為斜床身的車床形式，但更強大支撐則來自于創意設計的車銑鏜單元，以及創新特色濃烈的復雜刀庫系統設計與布局。
三、注重功能技術、部件對加工中心性能的提升
如今的機床制造業，特別是加工中心的功能性能，更多以技術集成的形式體現，功能部件的專業設計與制造以及社會化生產采購成為一種常態。互聯和物流的高速發展，使產品設計人員有了更多的技術選項，也有了主機性能提升的外圍支撐。
在W4-815展位，臺灣旭泰的超聲波主軸是個亮點，此功能部件在沈陽機床的VMC850u超聲波立式加工中心得到應用。而在W1-101展位，DMG MORI公司針對先進材料加工，更全面推出超聲振動加工技術。在E1-711展位，上海昱安科技的功能小器件清潔扇，很有創意。在E4-112展位，北鉅精機的“自動門同動式鏈條刀庫”值得我們關注。本屆展會眾多刀庫廠家都有很多細節的提升，從而提高換刀速度和可靠性。在E4-315展位，臺灣引興的伸縮拉罩設計思想與舉措值得一提。細節上的每一個舉措，都對加工中心的高速運動、高精度加工起著助力作用，設計人員須經常把握功能件技術，其選購選型對主機的性能影響不能被低估。
因此功能技術、部件的發展，事關主機的性能提升，甚至有時候影響很大。主機與功能部件這兩個行當，彼此互存互進密切相關。而關注把握功能、元器件的新技術，創新集成應用，是對機床設計與制造的必然要求。
四、智能化技術在加工中心的發展
智能化技術在本屆展會是很重要亮點，給人影響深刻且咀嚼有味。
1、五軸機精度分析和智能化機器校正
五軸聯動加工中心，由于比3軸機多了2個旋轉軸，因而它們之間的相對關系，對加工精度的影響更為復雜。特別是5軸聯動進行曲面加工，更受到旋轉軸與直線軸相對位置精度的制約。比如旋轉軸與直線軸的位移偏差，旋轉軸與直線軸的垂直度偏差……，這些誤差都會影響5軸加工精度。
一般情況下，機床出廠精度即使調整完好，但到了用戶那邊后，隨著環境溫度變化、機床放置位置等變化，由于機床各部件的膨脹系數不同，以及機械運行后的部件磨損等等，都會影響到精度的變化。而這些精度變化以后的調整，即便是專業人員，也要花上超過一天，或更長的時間來調整，甚至一般的專業人員有可能沒法完成，需要更高端的技術人員來做。
因此業內專業做五軸聯動加工中心的廠家，紛紛推出智能化機器校正技術，來自動檢測和補償上述精度，其理念是讓5軸加工中心的精度保持得更好。
在E2-601展位，大隈機械的“五軸調和功能”是一大亮點。其原理是：用一個基準球，然后用紅寶石探頭進行測量，通過機床的智能化系統，檢測和補償直線軸以及回轉軸的位移和傾斜，對上述這些精度進行自動修復，恢復之前的精度。大隈機床的補償項目可以達到11項，能夠給客戶帶來更長久的機床精度保證。
2、其他特色的智能化技術
在W1-401展位，瑞士GF公司出展的HMP800U高性能五軸聯動加工中心，其特色是主軸應用了20000r/min，具有智能化模塊的高科技電主軸。而帶MSP功能模塊的電主軸，通過與機床運動的響應智能控制，只要啟動M功能激活安全模式，就能應對所有方向的碰撞。因此除了刀具外，機床和主軸可以免損。而且碰撞發生后，機床只需運行5分鐘的智能五軸校正功能，即可回到理想精度，恢復正常生產。
從本屆展會看，針對機床的高精度、高效率，廠家之間已在智能化技術層面展開競爭。我們來看E2-601展位，從大隈機械提出的四大智能化技術，可以感受到更多的智能化內涵，其MULTUS U3000智能化復合加工機床，是一臺以車床為設計基礎的銑車復合機床，該機具有熱親和概念、防撞擊系統、加工導航三大智能化技術，比較典型地反映本屆展會中，高端加工中心的智能化理念與技術。
從上述技術可以看出，智能化技術的底蘊是大量試驗與經驗，需要數據鏈支撐。本屆展會給我們的感覺，加工中心在機械結構布局等方面的新概念、新技術展示已不再躲閃，而注重內在技術提升的競爭與較量還比較隱秘。特別是一些主要加工中心制造商，更多地將機床高精度、高效率的思想用機電一體化及智能化理念展示出來。CIMT2015展會更鮮明地揭示了：智能化思想和智能技術創新已成為時代主旋律。
五、結束語
CIMT展會，作為技術發展的風向標，歷來為機床業內行家廣泛關注。而加工中心作為裝備制造業的主力機種，與之相關的一系列變革，以及其高精度、高效率、自動化、智能化的永恒主題，則更集聚眾多關鍵技術的應用和創新思維的迸發，從而以新結構、新理念實現質的飛躍。
