CIMT 2017特种加工中心评述专家组


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第十五届中国国际加工中心展览会(CIMT 2017.)于2017年4月 17~22日在北京新国际博览中心举行。本届展会展览总面积达13.1万平方米,吸引了来自世界27个国家和地区的1600余家厂商参展,全球加工中心工具制造业的著名企业以强大阵营悉数亮相,是一场高水平的“精品盛宴”。

据不完全统计,本届展会国内外特种加工加工中心展商共71家,展出加工中心130余台(套)。其中境内展商47家共展出加工中心87台(套),包括数控电火花成形加工中心14台、数控电火花线切割加工中心32台、电火花微小孔加工加工中心抬、电火花专用加工加工中心4台、激光加工加工中心30台、增材制造设备2台、水切割加工中心1台;境外展商24家共展出加工中心43台(套),包括数控电火花成形加工中心4台、数控电火花线切割加工中心7台、电火花专用加工加工中心2台、激光加工加工中心12台、增材制造设备13台、超审加工加工中心1台、水切割加工中心4台。可以看出,参展的特种加工加工中心以数控电火花加工加工中心、激光加工加工中心及增材制造加工中心为主,这些展品基本反映了当今国内外特种加工加工中心的技术水平和发展方向。

一、数控电火花加工加工中心

1  ■数控电火花成形加工中心

本届展会数控电火花成形加工中心的进步主要体现在以下方面:着力集成先进的自动化、智能化加工系统,重视应用新兴的信息化技术,推动加工中心装备远程监控服务,持续提升核心关键^支术及加工性能,拓展市场应用领域.力口强体系化管理和提高产品性价比.以完整的客户服务方案来满足客户三降(降低制造周期、运营成本和产品不良品率)、两提升(提升生产效率和资源综合利用率)的需求。


(1)   集成先进的自动化加工S统

瑞士 GF加工方案针对精密模具和零件加工的需求,展出了由一台全新升级的六轴机械手将高速铣削加工中心和FORM S350精密数控电火花成形加工中心、多达160个工位的旋转电极工具库、海克斯康三坐标测量机及电极自动IHi系统等组成的自动生产线。日本牧野公司展出了由一台ERC80机器人将E3石墨电极加工中心和EDN C 6精密数控电火花成形加工中心组成的模具加工单元(见图1)。北京迪蒙卡特加工中心有限公司展出了由一台ROBOTV1机器人将CTWG250电火花线切割加工中心、电极与工件库和CTM350精密数控电火花成形加工中心组成的PCD刀具加工单元。

油槽自动升降式电火花成形加工中心更便于工件和电极的自动拆装、找正和调整。本届展会国内有三家厂商携相关产品参展.分别是北京迪蒙数控技术有限责任公司的AP30、苏州三光科技有限公司的EA500、北京迪蒙斯巴克科技股份有限公司的DR400S数控电火花成形加工中心(见图2),构建了实现加工中心自动化、无人化加工的必要条件。

(2)    发展远程监控服务技术

为了更好地为客户提供服务、提高生产效率以及减少停机时间,多家厂商展出了远程监视和诊断服务系统,提高了信息化水平.为智能制造打下了良好基础。日本三菱电机公司展示了iQ Care Remote 4U远程服务系统,客户亲自操作和体验了远程监视的各项功能。苏州迈科全机电公司的HF320MZQ-G17y数控系统搭载在电火花线切割.加工中心和电火花小孔加工加工中心上进行了展示,集成了丰富的“互联网+”功能.可提供设备状态监控、加工过程监控、加工任务远程发送等高级云服务。北京市电加工研究所展出了电火花加工中心监控维护系统控制器,通过各传感器分别对油泵、过滤系统、电源各核心模块的温湿度、各运动轴状态进行实时监控并在监控菜单显示,并制定维护策略直观地显示在维护菜单上。北京安德建奇数字设备股份有限公司展出的AF50数控电火花成形加工中心基于Windows XP操作系统下的人机界靣,采用上下位机、分布式控制,能与外部网络互联实现对加工中心信息釆集、远程操作与监控功能,在现场演示了电火花成形加工中心与单向走丝电火花线切割加工中心信息互相传递的功能。

(3)    持续提升加工中心的关键核心技术及加工性能

从展品可以看到.国内外厂商围绕高性能脉冲电源、高速智能抬刀、高精

度加工中心结构和制造工艺、稳定的加工条件,推出了许多新技术,展示了一些体现功能和水平的加工样件。

瑞士GF加工方案展出的FORM S350加工中心采用ISPG新一代智能脉冲电源,克服了铜电极传统加工工艺多次放电导致电极损耗等缺点,降低了电极损耗、提高了加工速度;超大铸铁〗末身和特殊机■械结构,明显降低了工件重纛变化或工作液多少对加工精度的影响;采用防护罩内间歇的空气循环和工作液温度实时测量两套温度控制系统,车间温度的波动不影响工件的加工精度;X、Y和Z轴结构均进行温度控制,装夹前无需开机预热,加工开始时就能达到定位准确的几何精度。

日本三菱电机公司展出的EA8PS加工中心(见图3)是面向高精度电气连接器、汽车行业齿轮件、高精度塑料模具等行业开发的小型高精密型机床。该加工中心配有独特的“热稳定控制”系统、自产的CNC数控系统、伺服控制系统以及尚精度的驱动单兀,可实现全行程的高精度加工;配有加工最适化控制(IDPM),实现了石墨电极的高速低消耗稳定加工;配有加工稳定化抬刀控制,使用最合理流畅的抬刀动作处理、速度-加速度控制来实现合适加工形状的抬刀控制,并提高了加工速度。

日本牧野公司E D N C 6加工中心的Hyper i控制器能像智能手机和平板电脑一样.轻松缩放、点击和滑动,增加了界面的人性化;超火花IV技术t是供了在超出加工能量间隙情况下更具适应能力的一种跳动控制功能,在深筋位加工或特定电极中尤为有效;HS-Rib技术可提升跳动速度至20m/min, 1.5g加速度,采用轴心冷却技术的滚珠丝杠能够传递和保持高精度深度控制。

曰本沙迪克公司展出的AG40LP加工中心(见图4 ) Z轴移动加速度提升到1.8g,最大进给速度X.YZ6m/min,D工速度提高了11%以上;加工中心带有直温系统,兼顾

了微细加工和大面积加工,各项精度指标均接近超精密加工中心;精密热变形校正系统(Thermal Multi-Fit)可根据在机宋各个部位测量的温度数据,实时测算并校正加工中心的热变形,并可根据客户环境的实测数据进行校正,实现稳定加工;放电稳定电路“无电弧Plus”电源装置,在超微细底面隅角R发挥出色的加工性能。

(4 )国产中高端加工中心技术进步显著

国内展出的数控电火花成形加工中心有北京安德建奇数字设备股份有限公司的AF50、北京市电加工研究所的MH30、北京迪蒙数控技术有限责任公司公司的AP30、北京加工中心所精密机电有限公司的A F 4 0、北京迪蒙斯巴克科技股份有限公司的DR400S、北京迪蒙卡特加工中心有限公司的CTM450、上海汉霸;(JI电有限公司的HG800、苏州电加工加工中心研究所有限公司的DK7140-5Z、苏州三光科技股份有限公司的EA500、苏州汉奇数控设备有限公司的DM540K、苏州市宝玛数控设备有限公司的EDMN45和苏;J'H新火花加工中心有限公司的SFZ300。这些加工中心的主要技术特点有:①全部为三轴以上数控加工中心.数控系统均为自主研发,多数厂商已采用基于Windows XP操作系统下的人卞几界面;②已实现了四轴联动、五轴联动和六轴联动控制系统的工程化应用,且加工出了高品质的整体叶轮、带冠涡轮盘等难加工及空间结构复杂的零件,缩小了与国外产品的技术差距;③外观造型设计有长足进展,一体化设计、完美搭配比例使加工中心更显高档,既节省占地面积、又便于安装调试;④自动化、信息化程度及安全可靠性不断提升;⑤开展了网络通信功能、网线连接、远程监测、远程诊断、远程编程与传输等研究并得到应用。

(1)   微细加工及航空肮天领域应用的拓展

从本届展会上主要参展厂商反馈的信息来看,2016年下半年以来主要产品的销售呈上升趋势.其中增长较快的市场主要有智能手机、汽车电气接插件、声学元f牛等微细型腔的加工等。

目前,信息通信业(ICT)和汽车制造业正处于日益紧密的互联世界之中,电子系统的人工智能程度不断提高,使人们的生活变得更高效、更舒适。智能化的发展需要电子元器件具有更高性能和可接受的价格。因此,适合的加工解决方案是ICT和汽车制造业客户赖以发展的前提。微器彳牛是f艮有前途的一持机电产品.晕米级的微小型腔结构会大量出现,微器彳牛因为尺寸小,功能集成度高,并且只能自动装配,故型腔精度都比较高。电火花成形加工需要有一整套专用规准和工艺软件,而且与高速铣、电火花线切割加工相互配合,以满足市场的需求。微细型腔市场巨大,是最稳固、最有前途的市场。

审学元件和手,机的尺寸变得越来越小.安装结构件的空间越来越拥挤.结构件之间的间隙也越来越窄,安装间距< 0.02mm,为了实现这些目标.对零件的内圆角尺寸要求越来越小.对元器件的平靣度要求也越来越高.因此对加工精度要求也越来越高。而精密零件的主要尺寸精度、位置精度和表面粗糙度都要靠电火花加工初宋来保证。

随着未来航空航天工业的飞速发展,以及提高燃油效率、减少二氧化碳和氮氧化物的排放量、降低噪音水平等目标的要求,高质量航空航天发动:机的需求必然受到重点关注。从加工方向看,航空航天发动机制造的特点主要体现在二个方面:一方面是难加工材料,如钦合金、钦钥合金、I号j温合金、碳纤维复合材料、超高温陶瓷基复合材料、炭/炭复合材料等;另一方面是难加工结构,如复杂曲靣结构件(叶轮、叶片、机匣等)、低刚性工艺系统结构件(小孔、深孔、窄槽等)、精密偶件(喷油嘴等)。目前需要重点解决的工艺难点有:加工变形、加工振动、加工表面完整性、工具电极损耗、加工效率、加工成本,以及提供完整解决方案的交钥匙工程,这是未来电火花成形+ 几床的市场应用的主要领域之一。

2.   数控电火花线切割加工中心

(1)   单向趙电火花线切割加工中心

本届展会参展单向走丝电火花线切割参展加工中心主要在高精度、高效率、智能化和网乡M匕等方面有明显的技术进步。

    求更高精度

加工中心主机自身的定位精度是实现高精度加工的基本保障。国外几家主要厂商通过使用低膨胀系数的陶瓷部件、直线驱动电机加高精度位置反馈光栅R来提高加工中心的位置精度与精度保持性;同时在加工中心的结构设计上将电源、泵、冷却器等发热源与主机分离,避免对主机产生热的影响;在主机会产生发热的部件运动通过水或空气冷却,在加工中心内部安装多个温度传感器,自动补偿由于温度变化所造成的精度变化等一系列精度(呆障措施,


保证主机的定位精度。最小驱动当量0.1 jxm、位置反馈0.1 (X邊对值光栅在国外厂商+儿末的全闭环控制数控系fLh普遍彳吏用,精确的位置控制与高响应速度对于精细零件的微小内夕卜角加工形状能获得更好的精度。瑞士GF加工方案的C:.UT E系列加工中心配置的锥度专家系统在进行锥度加工时,可根据加工角度的变化对电极丝位置进行实时修正,可以迸行CP至3CP变角度的精确锥戲卩工(见图5)。

    提升综合加工效率

国外若干年前单向走丝电火花线切割最大切割速度已达到500mm2/min,在现有技术条件下,最大切割速度要有更进一步的提升已很困难,但是将效率目标定位在多次切害!|综合效率的提升上,则具有较大的潜力。在线切割加工过程中,整个放电通路从上至下电极丝的损耗量逐渐加大,会形成上端加工缝隙大,下端加工缝隙小.加工直线度变差,对于凸模来讲,形成上小下大的微小锥度。特别是一次切割时,加工能量大,此现象越明显。为了修掉其上下尺寸差异,保证最终加工的直线度,往往在二次切割时需要加大修整偏移量.综合加工效率受到较大影响。如果能减小一次切割的直线度,就可以降低二次切割的修整量,提高综合加工效率。近年来,瑞士 GF加工方案、日本三菱电机公司、日本牧野公司等都加大了一次切割的直线度控制技术的研发力度。通过自动加入微锥度(“以斜治斜”)、对电极丝上/下二端进电能量的差异控制等方法.对放电损耗造成的电极丝锥度效应进行补偿,达到提高一次切割的直线度效果。切割100mm厚度工件,单边直线度可达2.5|xm,第二刀的修整效率可提升15%以上。部分国外厂商加工中心能直接读取三维整体模型文件,数控系统画靣上描绘出整体模型便于识别详细的加工形状.同时判别出切割过程中出现的厚度高低变化以及带中空变化,自动调整脉冲电源能量实现高速稳定加工。

    加工智能化和网络化的应用

参展的电火花线切割加工中心都不同程度具有建立在大量工艺参数的工艺数据库基础上的加工过程工艺参数智能控制、电极库及工件库通过机械手或机器人迸行电极及工件自动交换等智能化控制功能。日本牧野公司的加工中心配置的T.G.控制(平面精灵),实现了变高度工件切割加工过程中工艺参数的智能控制.减少了加工中断丝与减轻变截面加工条纹的产生;其3D找正技术自动计算和调整U/V轴倾斜面,坐标重构,可大大减轻人工找正的工作量,提高工作效率;实施二维平面上的激光检测位置彬尝,保证整机的定位精度。日本三菱电机公司基于WIN7 CE的数控系统,配有完善的无线网和工业级有线网,实现设备运行状态的全过程监控和管理.MV系列加工中心可通过手机微信平台建立加工中心报警系统。日本沙迪克公司将AL系列加工中心运行过程中出现的错误和停止信息通过邮件发送给指定接收人。北京安德建奇数字设备股份有限公司展出的AG系列线切割机通过“Teamview”互联网软件平台实现加工中心信息采集、远程操作与监控功能.用户可以在得到授权的远程终端上实时监控加工中心的加工状态,可如临其境地对加工中心加工工艺参数实时进行设置和修改。瑞士 GF加工方案向用户推荐“智能制造一体化解决方案”,将五轴加工中心、线切割加工中心、自动工具库等组成柔性化加工系统。日本FANUC公司的机,床配置A轴及工业机器人,组成PCD刀具自动加工系统.实现PCD刀具的自动交换、刀具尺寸自动检测及自动线切割修整,实现无人自动加工。

(2)往复走丝电火M切割加工中心

本届展会展出的往复走丝电火花线切割加工中心均具有多次切割功能,俗称“中走丝”加工中心。本届展会往复走丝电火花线切割加工中心在外观上的提升最为明显,同时在版冲电源结构、加工中心主机特别是LVV轴结构等方面有向单向走丝电火花线切割技术靠近的趋势。

运丝系统的创新

运丝系统的稳定性对线切割加工表面质量的影响很大。本次参展的加工中心中,大多配置了各具特色的运丝张力控制系统。江苏冬庆数控加工中心有限公司、苏竹I市宝玛数控设备有限公司都实现了双向恒张力控制,正反双向运丝的平稳性都得到了保障;江苏三星机械制造有限公司加工中心的排丝方式仍然采用有别于传统的后置式丝茼排丝方式,釆取运丝茼不移动,转由排丝架移动排丝的方式;泰州市江洲数控加工中心制造有限公司将运丝电机置于储丝茼下方的支撑座内,与传统的偏置放置比较,运行振动小,运丝更加平稳。

主机外观及结构的改进

参展加工中心中已经没有传统音叉式结构的往复走丝电火花线切割加工中心,全部都是T型床身、C型结构、十字滑台的加工中心.加工中心在工作台的承重与何精度保持性上有很大提高




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