北京機電院機床有限公司 楊轉(zhuǎn)玲

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CCMT2016國內(nèi)外五軸聯(lián)動加工中心展品評述

北京機電院機床有限公司 楊轉(zhuǎn)玲

五軸聯(lián)動數(shù)控機床是高端數(shù)控機床，能夠加工具有復(fù)雜曲面的機械配件，特別在解決葉輪、葉片、船用螺旋槳、大型柴油機曲軸等方面具有獨特的優(yōu)勢。在CCMT2016展會上，五軸機床境外參展廠商有德馬吉、瑞士威力銘、巨浪、哈默、斗山等，中國臺灣參展廠商有友嘉、麗偉、盛方源等，國內(nèi)參展廠商有北京機電院、大連科德、沈陽、上海拓璞數(shù)控、北京精雕、山東榮華等，展品豐富多彩，結(jié)構(gòu)形式多樣。

現(xiàn)對本屆展會部分典型五軸聯(lián)動加工中心做一些評述分析。

立式五軸聯(lián)動加工中心

1. 雙擺臺式

搖籃式結(jié)構(gòu)的加工中心一直是中小型五軸機床的主流設(shè)計，這類機床，兩個旋轉(zhuǎn)運動都有連接放置工件的轉(zhuǎn)臺完成，主要適合加工重量輕的工件，由于將旋轉(zhuǎn)運動都在工作臺上完成，旋轉(zhuǎn)軸的精度將產(chǎn)生積累。整個工作臺也因為自重，易于造成機床剛性不足，但是隨著技術(shù)研發(fā)的日趨完善和成熟，目前此類機床的加工范圍和加工能力都有了很大提高。

1）韓國斗山工程機械的FM 200/5AX系列超高速、高精密機床在“2015年紅點獎（Red Dot Award）”的評選中榮獲產(chǎn)品設(shè)計類（Product Design）優(yōu)勝獎（圖1），該加工中心采用大理石礦物床身設(shè)計，確保了加工的穩(wěn)定性，三個直線軸均采用直線電動機驅(qū)動，回轉(zhuǎn)工作臺采用力矩電動機驅(qū)動。該機床主要參數(shù)是工作臺φ200mm，三軸行程200/340/300mm，A 軸-10°～+130°，C軸360°，主軸刀柄HSK-E40，主軸電動機功率12.6kW，轉(zhuǎn)速40 000r/min，直線軸快速進給速度50m/min，加速度1.5g/1.5g/1.5g ，A軸最高轉(zhuǎn)速100r/min，C軸最高轉(zhuǎn)速200r/min，換刀時間8s，控制系統(tǒng)為海德漢。五軸全部采用直驅(qū)技術(shù)，確保了高速加工下的精度。直線電動機在機床中的應(yīng)用也有20多年歷史了，一直沒成為主流產(chǎn)品，也可能和直線電動機的價格及在機床應(yīng)用中磁防護相關(guān)，隨著新材料技術(shù)的發(fā)展，將來有一天或許直線電動機技術(shù)會在機床行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。

圖1

（2）德國巨浪的DZ15W雙主軸高速五軸聯(lián)動加工中心（見圖2），該加工中心特點是雙主軸、雙搖籃式轉(zhuǎn)臺，共用一個鏈式刀庫。雙主軸同步移動，一次可以加工兩個零件，此類機床優(yōu)勢特點是節(jié)約能源和廠房占地面積、縮短生產(chǎn)時間、降低人力成本；雙交換工作臺，配置交換工作臺可以在加工的同時裝卸工件，將停機時間降至最低。因此該類機床堪稱高效節(jié)能的典范。機床主要參數(shù)是工作臺2-660mm×400mm，三軸行程630mm/400mm/360mm，直線軸快速進給速度75m/min，加速度0.7g/1.0g/1.2g，主軸刀柄HSK-A63，主軸轉(zhuǎn)速15 000r/min，雙主軸間距320mm，工作臺交換時間2.4s，屑對屑換刀時間2.4s。

（3）沈陽機床股份有限公司的I5M8.4五軸加工中心（見圖3），采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計，I5M8系列8臺機床均采用龍門結(jié)構(gòu)，剛性很好，大鑄件都可以通用，縮短了生產(chǎn)周期。轉(zhuǎn)臺采用直驅(qū)技術(shù)，電主軸采用國產(chǎn)品牌，尤其是C軸箱體采用航空鋁鑄造，在機床行業(yè)應(yīng)用比較少，在滿足剛性和強度的前提下，使旋轉(zhuǎn)部件質(zhì)量大大減小，動態(tài)性能得到很大提高。數(shù)控系統(tǒng)采用自主研發(fā)的i5智能系統(tǒng)五軸系統(tǒng)，通過移動電話或電腦，即可實現(xiàn)對千里之外的i5智能機床下達各項指令，這是沈陽機床集團為智能機床管理和發(fā)展打造的i5云制造平臺，以創(chuàng)新的商業(yè)模式、管理模式和盈利模式，轉(zhuǎn)身向制造業(yè)的“阿里巴巴”發(fā)展。該機床采用自主研發(fā)的系統(tǒng)、國產(chǎn)電主軸，成本大幅下降，產(chǎn)品很有競爭力。該機床主要參數(shù)是工作臺φ400mm，三軸行程600mm/550mm/450mm，A軸±120°，C軸360°，直線軸快速進給速度30m/min，A、C軸最高轉(zhuǎn)速50r/min，主軸刀柄BT40，主軸電動機功率11kW，轉(zhuǎn)速12 000r/min。

（4）北京精雕的JDGR200-A10H（見圖4），機床結(jié)構(gòu)不是A、C兩軸聯(lián)動回轉(zhuǎn)，而是將搖籃旋轉(zhuǎn)90°布置在繞橫向Y軸搖擺，實現(xiàn)B、C軸聯(lián)動。該機配備了新一代的精雕JD50數(shù)控系統(tǒng)，采用自制高速電主軸，適合于電子產(chǎn)品五金件的加工。機床主要參數(shù)是工作臺φ2 6 0 m m，三軸行程600mm/260mm/290mm，B 軸-120°～90°，C軸360°，B軸最高轉(zhuǎn)速30r/min，C軸最高轉(zhuǎn)速50r/min，主軸刀柄HSKE32，主軸最高轉(zhuǎn)速32 000r/min，直線軸定位精度0.0035mm/0.003mm/0.003mm，重復(fù)定位精度0.003mm/0.002mm/0.002 mm，B/C軸定位精度 8″，重復(fù)定位精度5″。

此外還有哈默的C22U（見圖5），北京機電院XKR40（見圖6），福建嘉泰數(shù)控的JT-GL8-V，臺灣友嘉的U600等廠家的立式五軸聯(lián)動加工中心。總體來說，此類結(jié)構(gòu)立式五軸加工中心展出數(shù)量比較多，應(yīng)用也比較廣泛，結(jié)構(gòu)也是大同小異。

圖2

圖3

圖4

圖5

圖6

2. 雙擺頭式

此類結(jié)構(gòu)在龍門五軸聯(lián)動加工中心比較常見，在中小型機床主要是用在葉片五軸加工中心上。

成都普瑞斯的PX500葉片五軸加工中心（見圖7），該加工中心特點是A軸無間隙高轉(zhuǎn)速雙驅(qū)結(jié)構(gòu)，B軸擺頭無間隙擺動結(jié)構(gòu)設(shè)計，Z軸雙驅(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計，實現(xiàn)更高的動態(tài)響應(yīng)。

該機床主要參數(shù)是三軸行程500mm/±150mm/310mm，U軸行程500 mm，A軸端面距頂尖最大距離700 mm，B軸擺角±40°，A軸360°，直線軸快速進給速度48m/ min，A軸最高轉(zhuǎn)速100r/min，B軸最高轉(zhuǎn)速22 r/min，主軸刀柄HSKA63，主軸最高轉(zhuǎn)速12 000r/min，直線軸定位精度0.008 mm，重復(fù)定位精度0.004mm。A/B軸定位精度10″，重復(fù)定位精度5″。

圖7

3. 一擺頭一擺臺

瑞士威力銘的RX10五軸加工中心（見圖8），礦物鑄鐵的大型床身結(jié)構(gòu)保證了機床的耐熱性和穩(wěn)定性，獨有的主軸驅(qū)動結(jié)構(gòu)使機床實現(xiàn)高轉(zhuǎn)矩和高轉(zhuǎn)速。該機床主要參數(shù)是工作臺φ1 000mm×800mm，最大回轉(zhuǎn)直徑φ1 350，三軸行程1 000mm/ 1 100mm/810mm，B軸-1°～90°，C軸360°，主軸刀柄HSKA63，主軸最高轉(zhuǎn)速16 000r/min。此結(jié)構(gòu)機床今年展會比較少見。

圖8

臥式五軸加工中心

德國GROB公司的GA350（圖9），是在大連生產(chǎn)的臥式五軸加工中心，結(jié)構(gòu)非常緊湊。該系列產(chǎn)品具有極佳的排屑、絕對密封的玻璃罩和用于所有軸的帶有玻璃凈化的旋轉(zhuǎn)編碼器，產(chǎn)品帶給用戶的體驗更加適用。去年機床展展出過類似款的GA550，結(jié)構(gòu)基本一致，該機床主要參數(shù)是三軸行程600mm/770mm/805mm，最大工件直徑φ600mm，主軸轉(zhuǎn)速16 000r/ min，刀柄HSKA63，直線軸進給速65/42/90m/min，定位精度0.006 mm，重復(fù)定位精度0.0025 mm。

圖9

龍門五軸聯(lián)動加工中心

（1）上海拓璞數(shù)控科技有限公司首次展出的XK1445-5C五軸龍門加工中心（見圖10），是為航空航天領(lǐng)域各種壁板、型腔、框架類復(fù)雜零件的精密加工而研發(fā)的新品。整機采用高架橋龍門布局，并經(jīng)有限元分析優(yōu)化，具有很高的動靜態(tài)特性，五軸全閉環(huán)控制，裝有自主知識產(chǎn)權(quán)的高速高精A/C雙擺角銑頭，主軸最高轉(zhuǎn)速20 000r/min，配HSK刀柄，工作臺寬1 000mm。

（2）山東永華的Y H M C -GB65555SF5橋式五軸龍門加工中心（見圖11），是與德國ROTTLER公司合作設(shè)計制造的，是針對大型特種材料工件高精密加工的先進設(shè)備?！肮靶紊⑸洹苯畎宓臋M梁結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)高剛性大跨距橫梁的輕量化，有效控制了大跨距橫梁的靜、動態(tài)變形；兩側(cè)立柱墻板主體材質(zhì)選用礦物鑄造材料，提高機床剛性、抗振性，降低機床熱變形，提升機床的精度保持性、可靠性。該機床工作臺尺寸4 000mm×6 000mm，三軸行程6 500mm/4 000mm/1 500mm，A軸擺角±105°，C軸擺角±200°，刀柄HSKA63，主軸功率60kW，主軸轉(zhuǎn)速12 000r/min，直線軸快移速度25m/min。

圖10

圖11

（3）濟二的XHV2416x30定梁龍門鏜銑加工中心（見圖12），定位于航空航天、軌道交通、能源、船舶、模具等領(lǐng)域鈦合金、鑄鐵、鑄鋼、等復(fù)雜零件的強力高效加工，該機床主要技術(shù)參數(shù)是工作臺尺寸1600×3000，三軸行程6 500mm/ 4 000mm/1 500mm ，A、C雙擺角機械傳動主軸，A軸擺角±95°，C軸擺角±360°，主軸功率44kW，最大轉(zhuǎn)矩1 008Nm，最高轉(zhuǎn)速4 000r/min，刀柄BT50。

圖12

復(fù)合五軸聯(lián)動加工中心

1. 激光增減材復(fù)合五軸

此類機床是五軸數(shù)控加工中心與激光增材成型設(shè)備兩大部分的高度集成。首先通過激光發(fā)生器，按照設(shè)定的程序打印出客戶所需要的零部件機構(gòu)，然后自動切換到加工中心刀具頭進行進一步的精細加工，將金屬減材和金屬切削兩種加工方式結(jié)合在一臺機床中，且可實現(xiàn)自動切換。集兩者之優(yōu)勢，可解決增財制造中表面粗糙度問題，又實現(xiàn)了邊生產(chǎn)邊加工零件成型的要求，徹底改變了傳統(tǒng)金屬零件。特別是結(jié)構(gòu)復(fù)雜零件的加工模式，在科研、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。

（1）青海華鼎的XF1200-3D（見圖13），機床是B軸單驅(qū)，C軸回轉(zhuǎn)，采用齒輪驅(qū)動，機床主要參數(shù)是工作臺φ450mm，三軸行程600mm/450mm/450mm，B 軸-110°～+30°，C軸360°，主軸刀柄HSKA63，主軸最高轉(zhuǎn)速20 000r/min。激光功率0.6kW，激光掃描速率6mm/s，最小壁厚1mm。

2）大連三壘的SVW80C-3D（見圖14），A、C雙擺轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)臺φ8 0 0 m m，三軸行程800mm/800mm/600mm，A軸±120°，C軸360°，主軸轉(zhuǎn)速12 000r/min，刀柄 SK40，三軸快移速度48m/min。激光功率2kW。

此外鞍山宏拓也展出了類似產(chǎn)品。

圖13

圖14

2、車銑復(fù)合五軸

大連科德的KMC600UMT（圖15），機床床體為人造理石床身，擁有更低的熱膨脹系數(shù)和更好的阻尼，提高了機床精度，A/C軸采用直驅(qū)技術(shù)，通過力矩電動機作為回轉(zhuǎn)坐標主要驅(qū)動技術(shù)，提高了動態(tài)響應(yīng)能力。無反向間隙，無傳動機械磨損等顯著優(yōu)勢。機床的控制系統(tǒng)采用的是大連光洋科技集團研發(fā)的GNC61五軸數(shù)控系統(tǒng)，擁有完善的五軸技術(shù)，具有二次開發(fā)及離線三維仿真系統(tǒng)等特點。光柵尺采用國產(chǎn)品牌，其余從數(shù)控系統(tǒng)、伺服電動機、力矩電動機到大理石床身、刀庫均為自主研發(fā)制造。該機床主要技術(shù)參數(shù)是，工作臺直徑650mm×540mm，三軸行程700mm/650mm/450 mm，A軸±130°，C軸360°，主軸功率30kW，主軸最高轉(zhuǎn)速12 000r/min。直線軸定位精度0.008 mm，重復(fù)定位精度0.005mm，A/B軸定位精度8″，重復(fù)定位精度5″。

圖15

結(jié)語

（1）國產(chǎn)五軸加工中心在數(shù)控系統(tǒng)和配套件的應(yīng)用上大多采用進口，致使成本居高不下，近年來有一些廠家的五軸加工中心產(chǎn)品國產(chǎn)化率不斷提高，取得了很好的經(jīng)濟效益，如果主機廠家和功能部件廠家、數(shù)控系統(tǒng)廠家進行深度交流合作，不失為一種雙贏的策略。當然部分廠家在細分領(lǐng)域打造自己的數(shù)控系統(tǒng)和專用核心功能部件，也是一種很好的思路，而且已初見成效。

（2）近年來國內(nèi)外五軸加工中心從結(jié)構(gòu)上也都沒有大的創(chuàng)新，但是論產(chǎn)品質(zhì)量，國內(nèi)產(chǎn)品還是和國外產(chǎn)品有不小的差距。當前機床行業(yè)面臨新的轉(zhuǎn)型時期，低端產(chǎn)品勢必被淘汰，所以筆者認為國內(nèi)五軸加工中心廠家還是要在現(xiàn)有中端產(chǎn)品質(zhì)量上苦下功夫，認真學(xué)習(xí)德國、日本的工匠精神，不斷改善自己的工藝，重視產(chǎn)品的細節(jié)，以求完美和極致，把品質(zhì)不斷提高，更好的滿足用戶的需求，得到市場的認可?！?/p>