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國內外部分高精度臥式加工中心

2024-7-30 來（lái）源：機床協會作者（zhě）：-

【編者按】CCMT2024（第十三屆中國數控機床展覽會）已於4月12日圓（yuán）滿落（luò）幕。展會期間（jiān），主（zhǔ）辦方中國（guó）機床工具工業協會有關分會組織人員針（zhēn）對本專業領域展品進行評述（shù），現（xiàn）編發部分（fèn）文（wén）章，供業界參考。文章觀點僅代表作者本人。

本屆參展的加工中心類產品，延續了CIMT2023展會的五（wǔ）軸五（wǔ）聯（lián）動、雙（多）主軸、複合功能（車銑/銑車結合）多能、高效的（de）技術特點，並在這（zhè）些技術特點的基礎上有進一步的（de）完善（shàn）和發展，同時也隨著市場需（xū）求、社會責任要求等發展趨勢，呈現出人性化（huà）、節能減（jiǎn）排、萬物互聯等新概念、新氣象。總結（jié）加工中心類展品主要（yào）體現在：高速度、高精度，環保化（huà）、節能化，智能化、可擴展，高效率、專業化等。

一（yī）、高速度、高精度

隨（suí）著電主軸、直線電機、靜壓導軌技術的不斷（duàn）發展及穩定（dìng）和成熟，為加（jiā）工中心類產品主軸轉（zhuǎn）速及三軸快移速度的提升奠定了技術基礎，高（gāo）速（sù）加工中心三軸快（kuài）移速度最快可以達到120m/min，主軸普遍在10000r/min以上，有的達到30000r/min。

滾珠絲杠中空冷卻、專（zhuān）用溫控熱交換（huàn）係統、熱位移自動補償等（děng）與環境及機床溫升相關的感知及分析補償技術也逐步趨近成熟，熱對稱設計、重心（xīn）推動等設（shè）計理念的普及（jí），減少機床功能部件運動的扭曲，使得加工中心產品在高精度的發展道路上行穩致遠。目前中空冷卻技術（含螺杆、線軌、傳動座、主軸等），溫度聚（jù）集（jí）點采集和發熱部位檢測實施補償技術（shù），在本屆展會中已經普遍（biàn）運用，使得熱（rè）變位在中高端產品中得到了有效控製，機床的定位（wèi）精度/重（chóng）複定位精度都得到了顯著的提升。

恒輪機床（常（cháng）州）有限公司（sī）（Heller）參展的HF 5500機（jī）型，在提供高精度、高動態性能五（wǔ）軸聯動加工的同時，集成了車削加工、滾齒（chǐ）加工、刮齒加工（gōng）等功能，滿足客戶在各（gè）種領域的加工需求，帶托盤更換裝置或（huò）工作台裝載功能，通過工件或托（tuō）盤（pán）自動（dòng）化實現自動化（huà）。NC旋轉工作台配有反向（xiàng）軸（zhóu）承和AB運動係統（tǒng），具有（yǒu）最低的質量慣性矩，可實現快速定（dìng）位。根據筆者與其現場工程師溝通，HELLER機床在組裝（zhuāng）時，通過鑄（zhù）件調整基本精度要求達到0.01mm以內，再（zài）反複通過墊片調（diào）整，實現最終的高精度。為了減少螺（luó）釘偏轉帶來的鎖緊力不足等問題，關鍵鎖緊部位（如線軌滑塊）都采（cǎi）用了半圓墊片，為了減少三軸熱變形可能帶來螺杆的扭曲，其螺杆組設計結構采用傳動端固定，尾端采用滾針軸承進行支（zhī）撐，采用光（guāng）柵尺實施閉環補償（cháng），進而減少扭曲力矩，保證精度的（de）穩定性。此機床X/Y/Z軸行程900/950/930mm，快速位移達65m/min，可加工工件（直徑/高度）φ900/870mm，標配定位精度（dù）0.004mm，重複定（dìng）位精度0.002mm，如客戶定製，最高可壓（yā）縮至定位精（jīng）度（dù）0.002mm，重複定位精度0.001mm，帶支撐軸承的旋轉（zhuǎn）數控轉台（tái）和帶高動態扭矩驅動的AB運動軸作為（wéi）標配，單工作台選配機型可（kě）配車轉（zhuǎn）台，可實現銑車複合功能。

HELLER參展（zhǎn）HF係列光機及（jí）關鍵位置鎖緊（jǐn）方式

中（zhōng）國通（tōng）用技術（集團）控股有限（xiàn）責（zé）任（rèn）公司展出的GMC125u/t五坐標加工（gōng）中心采用臥式叉式單擺結構，實現五軸（zhóu）聯動。整體床（chuáng）身（shēn）底座、單立柱式結構，拖板帶動擺頭移（yí）動，整（zhěng）機熱對稱設計，同時對（duì）機床熱特性和熱源分（fèn）布（bù）建立熱補償模型，對（duì）機床熱變形進行補償，提（tí）升熱穩定性。X、Y、Z坐標運動導（dǎo）軌采用重載（zǎi）滾柱直線導軌，立柱（zhù）導軌采用三導軌支撐結構，工作（zuò）台回轉運動驅（qū）動形式采用（yòng）主從電機（jī），雙（shuāng）向（xiàng）消除間隙，豎直軸（zhóu）采用氮氣平衡機構，配置容量為120把矩陣式機器人刀庫（kù），拓展性強（qiáng），便（biàn）於實現車間級中央刀庫自動管理，通過功能模塊組合實現（xiàn）機床的五坐標加工及五軸聯動車銑複合加工功能，快速響應用戶不斷變化的需求。此機床工作（zuò）台尺寸1250mm×1250mm，承重為2500kg，加工最大零（líng）件的回轉直徑φ1400mm，X/Y/Z軸（zhóu）定位/重複定位精度（dù）為0.006/0.003mm，A/B軸定位（wèi）/重複定位精度為6″/4″。

通用技術GMC125u/t五坐標加工中心

北京博魯斯潘精密機床有限公（gōng）司展出的HMC60L-5i雙主軸五軸聯動高速精密（mì）加工中心，采用雙主軸+雙搖籃式交換工作台（tái）係統，擁有17個（gè）數控軸，可切換A1/A2、C1C2/C3C4，在加工的同時，同步進行上下料，主要（yào）用於民用飛機渦輪渦扇、汽輪機渦輪渦扇批量高效製造或汽車鋁合金發動機缸體、變速箱殼（ké）體、轉向節等汽車零部件精密加工。此機床X/Y/Z軸行程630/600/600mm，主軸轉速選配17000r/min，雙主軸間（jiān）距600mm，A/U軸最大轉速50r/min，X/Y/Z快移速度120m/min，X/Y/Z軸定位/重複定位精度0.005/0.003mm，A/C/U軸定位/重複定（dìng）位精度5″/4″，交換工作台定位精度4″，重複（fù）定位精（jīng）度2.5″，刀庫容量112把。

博魯斯潘HMC60L-5i雙主軸五軸聯動高速精密加工中心

二、環保化、節能化

本（běn）屆展會，可以看到很多機床展（zhǎn）商在（zài）加（jiā）工中心設計過程中，充分考慮了機床全生命周（zhōu）期與環境、能源消（xiāo）耗相（xiàng）關（guān）的因素，如微量潤滑，油脂（zhī）潤滑，切（qiē）削液淨化、工作停止（zhǐ）減少耗能（néng）、能（néng）量回收等技術，在CIMT2023和本屆CCMT2024展會上初露頭（tóu）角（jiǎo）。

北京北一機床有限責任公司北一大隈推出的MBR-5000H-e采用熱親和概念（Thermo-Friendly Concept），通過在傳（chuán）動係統和（hé）主（zhǔ）軸中植（zhí）入溫度檢測（cè）裝置，對熱位（wèi）移進行補償，實施環境熱位移控製，在室（shì）溫變化時保持加工尺寸的高穩定性，也實現了在機床啟動時或再次開（kāi）始加工（gōng）時的尺寸高穩定性，縮短了為使熱位移（yí）穩定的暖機運轉（zhuǎn）時間，標稱在室溫變化8℃條件下內實現經時加工尺寸變化0.008mm以下。結合TAS-S技術的延伸，開發了“ECO怠速停止”，在精度保持穩定狀態下，停（tíng）止冷卻裝置（zhì）及其他外圍非工作設備，可以減少大約20%左右能源的消耗；通過引入SERVONAVI（伺服控製優化）提（tí）高加速度（dù），縮短加工時間，通（tōng）過預讀NC程序，對軸移動指令進行幹涉，在碰撞發生前暫停軸移動功能避（bì）免撞機，通過“加工導航”功能，對振動、反凸轉等自動抑製，在保證加工穩定的前提下，可提升加工（gōng）效率10以上；通過加（jiā）強加工室（shì）清潔，可抑製切屑堆積，並減少清潔機內切屑的頻率。“免（miǎn）清洗水箱”去除了影響加工的切削液雜質（淤（yū）泥），大大減少了水箱（xiāng）清潔次數。此（cǐ）機床進給速度（dù）：60m/min，X/Y/Z 軸行程760/760/760mm，主軸最高轉速15000r/min，工作台最大載重，500kg，托盤尺寸：500mm×500mm。

山崎馬紮克（中國）有限公司展出的HCN5000L+FMS是（shì）由HCN-5000L臥式加工中（zhōng）心和FMS（12P）組成，HCN5000L有（yǒu）多種主軸類型選配（pèi），以最佳切削條件實現各種材料進行加工，X軸線性導軌（guǐ）安裝麵采（cǎi）用帶高（gāo）度差的立柱傾斜式結構，在（zài）維（wéi）持高剛性的同（tóng）時，減輕了立柱重量（liàng）；一（yī）定時間內不操（cāo）作機床時，機內照明與CNC背光同時熄滅，傳感（gǎn）器在檢測到操作人員接近後，機內燈光會自動點亮的功能，加工結束經過一定時間後，排屑器會自動停止運行以減少功（gōng）率消耗；通過使用潤（rùn）滑（huá）脂對主軸（zhóu）、滾柱導（dǎo）軌、滾珠絲杠（gàng）進行潤滑，大幅減少了潤滑（huá）油的消耗量，還減少了潤滑油（yóu）混入導致切（qiē）削液（yè）劣化的現象和廢棄處（chù）理的頻率。機床（chuáng）和柔性製造（zào）單元的搭配（pèi），提供了豐富的（de）自動化功能，從單機到（dào）加工生產線，實現適（shì）合不同生產形態的自動化，具備高效率、高柔（róu）性和高度擴展性。此機床X/Y/Z軸行程730/730/800mm，快速進給速度達到60m/min，標配為1°×360定位分度工作台，可擴（kuò）展0.0001°×3600000定位的NC旋轉工作台。

山崎馬紮克展HCN5000L臥式加（jiā）工中心+ FMS

三、智能化、可擴（kuò）展

隨著國（guó）家推動製造業不斷向“智能製造”升級換（huàn）代，加工（gōng）中心作為智能製造單元的重要組成部分，不僅機床本身依托日益強（qiáng）大的（de）數控係（xì）統功能（néng），實現自動檢測、自動補償（cháng）、自動（dòng）控製、自動（dòng）管理、狀態監控、3D仿真（zhēn）、RTCP自動標定等功能，智能化水平日臻完（wán）善。

伴（bàn）隨著機（jī）器人技術的完善及成本降低，加（jiā）工（gōng）中（zhōng）心的自動化水（shuǐ）平（píng）和自動化應用場景普及（jí）率（lǜ）得（dé）到大幅提高，從參展的加工中心展品（pǐn）可以看到，大部分展（zhǎn）品在整體設計時就預留設備的自動化軟件和硬件的布局接口，隻要客戶（hù）需要，就（jiù）可以組（zǔ）成柔性單元（yuán）或整條柔（róu）性生產線。如通用技術集團展（zhǎn）出的MDH50臥式加工中心（xīn）柔性製造單元，哈斯自動數控機械（上海）有限公司展出的VF-2SSYT-V+PALLETPOOL加工中心單元，格勞博機床（中國（guó））有限公（gōng）司展出的緊湊型（xíng）機器人單元GRC-R12和五軸聯動通用加工中心G150組（zǔ）成的產線等。

格勞博機床（chuáng）（中國）有限公司展出的五軸聯動通用車銑複合加工中心G550T，“隧道（dào）”設計可使電主軸和刀具完全縮入機床尾部，在軸任（rèn）何位置（zhì）利用最大（dà）長度刀具加工大（dà）尺寸工（gōng）件，保證可達（dá）到同類機床中最長Z軸行程；三（sān）個直線軸的獨特布局將導軌與工作點之間的距離降至最小，使機床具有最佳穩定性，A軸旋轉可達230°的車銑工（gōng）作台能提供幾乎無限的加工潛力，不僅最大（dà）程度提（tí）供了加工自由度，還（hái）使“一次裝夾完整加工”變得更精（jīng）確高效，驅動設計（jì）基於Y軸兩個對稱分布的滾珠（zhū）絲杠（gàng）與配重補償來實（shí）現，A/B軸上的扭矩電機可進行動態無損的（de）車（chē）銑複合加工，選裝冷卻設計確保了（le）工件、刀具（jù）和機床準確的溫控，在能達到非常高加工精度的同（tóng）時，還具（jù）備（bèi）最佳柔性與可（kě）操作性。此款機（jī）床X/Y/Z軸行程800/1020/970mm，進給速度65/50/80m/min，加速度7/10/6m/s²，托盤尺寸630×630mm，載重600kg，換刀時間2.7s。

格勞博（bó）還展出了自主開（kāi）發生產的緊湊型機器人單元GRC-R12和（hé）五軸聯動通用加工中（zhōng）心G150組成的產線，實現從生產規劃，監控和分析（xī），到工（gōng）件加工過程的可視化、透明化批量柔性（xìng）生產（chǎn），自動化工件搬運處理，最大（dà）工件重（chóng）量2.5kg，最大工件高度85mm，每個抽屜最大承重100kg，可用抽屜尺寸（cùn）600×400mm，最（zuì）多抽屜6個。

格（gé）勞博G550T車銑複合加工（gōng）中心

機器人單元GRC-R2+G50

瑞士斯達拉格公司參展的Heckert_T55五軸加工中心以熱（rè）對稱設計理念為基礎，其理念不僅體現在框架總成的力傳遞，其機身的排（pái）屑也落（luò）在居中的排屑器內，配置（zhì）高速搖籃機構（gòu），其搖籃機構位於機床工作（zuò）台兩側，兩側為同步驅動，可進（jìn）行高（gāo）動態聯動加工。托盤采用（yòng）凹麵（下凹6µm）設計（jì），保證平穩，托盤中（zhōng）配置13路液壓夾緊裝（zhuāng）置，為形狀複（fù）雜，切削力大的工件裝（zhuāng）夾提供更多裝夾設計的靈活性，900r/min的高速轉台（tái）能擴展（zhǎn）用（yòng）戶的加工能力，在傳統五軸加工的（de）基礎上，方便實現車削、車銑和滾齒加工，在動態（tài）性能、穩（wěn）定性和精度方麵均有獨到之處（chù）。同時占地空間最小化，模塊化設計可實現機床的靈活配置，方便與托盤庫，機器人等進行聯機作業，此款機床（chuáng）X/Y/Z軸進給速（sù）度80m/min，加速度7/10/6 m/s²，托盤（pán）尺寸500×630mm，載重700kg，轉台最高轉速（sù）為900r/min，換刀時間3.6s，托盤交（jiāo）換時（shí）間11.5s。

斯達拉格T係列結構

斯達拉格Heckert_T55五軸加工中心（xīn）

四、高效率、專業化

隨著電動汽車、能源、航空、航天等行業的快速發展，這些（xiē）行業特定的需求就成為（wéi）機床（chuáng）廠家的（de）研發、製造、銷售推廣的重點目標。加工葉片、葉輪等典型零件的加（jiā）工中心（五軸（zhóu）聯動加工中心）展品大量湧現，針對新能源汽車一體化壓鑄零件、整體副車（chē）架、電池外殼、複合材料結構及其它輕切高速加工對象的加工中心產品層出不窮。因為加工（gōng）標（biāo）的確定，為適應標的市場的高效率加工中心應運而生（shēng），雙主軸和多主軸的（de）設計、10000-30000r/min的電主軸、提供和控製高運行（háng）速度和加速驅動（dòng）的伺服驅動係統和數控係統、適合高速運行的機床（chuáng）結構、實現多種工藝和工序集成，同時實現車削，銑削、磨削等功能的複合機床（chuáng）也應運而（ér）生。

埃斯維機床（蘇州）有限公（gōng）司本（běn）次參展的（de）BA space3臥式加工中心，據介紹為中國首發（fā），為單主軸雙工作台，采用SW專利（lì）整體框架式床身結構，配備直線電機及兩軸旋轉頭實現五軸加工，X軸龍門式驅動（dòng），大尺寸工作空間，主要用來（lái）加工新能源（yuán）車零件，比如電池殼體（tǐ）及前後車身結（jié）構件，滿足市場上對新能源汽車零件（jiàn）中更大尺寸零件加工的需求。X/Y/Z軸行程為3000/1800/875mm，快移速度可達到120m/min，加速度10/16/20m/s²，A/C軸行程為±105°/±135°，主軸最高轉速17500r/min，加（jiā）速到最高轉（zhuǎn）速時間小於0.65s。

埃斯維BA space3臥（wò）式加工中心（xīn）

科德數控股份有限公司KTBM120六軸五聯動葉盤加工中心，采用平床（chuáng）身立柱移動的總體布局，水（shuǐ）平床身兩側使用（yòng）大傾斜角度螺旋排屑，動柱直（zhí）線導（dǎo）軌配有6個（gè）滑塊，確保機床的（de）銑削（xuē）主軸到（dào）床（chuáng）身擁有最高的穩定性和（hé）最佳的力學傳遞；加工（gōng）點在（zài）擺頭中心軸、轉（zhuǎn）台（tái）中（zhōng）心軸附近，受力方向在工件軸附近，具有良好的受力條件；45°擺頭A軸、轉台B軸、工件（jiàn）軸C軸、X軸、Y軸、Z軸均采用直驅技術，工件軸C軸（zhóu）不參與聯動，其餘（yú）五軸（zhóu）實現五軸聯動，全閉環控製；機床刀（dāo）庫標配72把（bǎ）雙排圓盤式刀庫，圓盤刀庫通（tōng）過直（zhí）線軸和旋（xuán）轉軸伺服驅（qū）動。工件最大回轉直徑1200mm，工件最（zuì）大厚度270mm，工件最大重量（liàng）500kg，X/Y/Z軸行程500/500/900mm+換刀行（háng）程（chéng），工件軸回轉範（fàn）圍n×360°，轉台B軸回轉範圍為±85°（±180°可選），擺（bǎi）動A軸回轉範（fàn）圍±180°。

科德數控KTBM120六軸五聯動葉盤加工中心

五、結束語

通過以上分析和具體案例，筆者針對國內外加工中心的近幾年的發展趨勢及（jí）存在的差距總結如下：

1. 高速、高精度方麵，國外品牌的產（chǎn）品大都形成了獨到的設計（jì）理念。如斯達拉格完全堅（jiān）持“熱對稱“設計理念，保證加（jiā）工（gōng）區域在（zài）熱對稱的中間（jiān），減少環境的影（yǐng）響；HELLER盡（jìn）最大努力提（tí）升機械裝（zhuāng）配的（de）精（jīng）度，減少摩擦/扭曲力的產生，采（cǎi）用光柵尺（chǐ）對熱變形（xíng）實施補償；格勞博則（zé）采用獨特設計，保證工作點與導軌距離（lí）最（zuì）小，提升切削時的剛（gāng）性以提（tí）升實際使用過程（chéng）的加工精度（dù）。目前為止，國內廠家較少形成自（zì）己獨有的設（shè）計理念（niàn），正處於不斷對外來及（jí）新生技術學習和探索階段（duàn）；在速度技術（shù）參數上對比，國外產品更關注加速度的提（tí）升，對實現高效加工更具備實際意義；精度（dù）參數（定位精度和重複定位精（jīng）度）的對比，從參展機床提供數（shù）據看，國內機床和國外機床差異不大，國內大（dà）部分高（gāo）精度機床都采用（yòng）了中空冷卻（què），確實可以提升（shēng）熱穩定性方麵的精度，但是測量值為短期內機床運（yùn）行測得，長時間連續高速運轉的精度保（bǎo）持性，國內與先進國際品牌機床比還存（cún）在（zài）一定差距（jù）；國內（nèi）機床品牌完成由通用技（jì）術到特有技術的轉化，生產出具有獨到（dào）技（jì）術的產品，任重道遠。

2. 在智能化方麵（miàn），自動檢測、自動補償、自動控製、自動管（guǎn）理、狀態監控、3D仿真、RTCP自動標（biāo）定等功能等方麵，FAUNC、西門子、華中數控及自行開發係統的（de）OKUMA在展品中都（dōu）有提及，但這些功能在國內展品的（de）介紹中並不多；與機（jī）器人、托盤有序組合形成自動化產線的功能擴（kuò）展方麵，國內展商提到的並不多；國（guó）外幾（jǐ）家機床廠商的設計從場（chǎng）地布（bù）置、單元組合可能性、接口的配置等做了詳盡的考慮（lǜ）。筆（bǐ）者認為，國外加工中心產品設（shè）計在具（jù）體操作上的人（rén）性化，及產線布局柔性化的模塊理（lǐ）念（niàn），也可以說“平台”的概（gài）念，還是值得我們認真學習的。

3. 無論是國外還是國內的機床產品，在市場的引導下都會走向專業化，專（zhuān）業化意味產品、生（shēng）產的組織（zhī）結構，甚至工藝都是一致的，可以根據特定的產品類型，特定的工藝來進行（háng）機床結構的設計布局，實現高效率和高質量的加工需求。在這點上，因為哪裏有需求，哪裏就有市場，國內和（hé）國外機床廠家是（shì）看不出差距的，誰獲得信息的速（sù）度更快（kuài），組織管（guǎn）理更加靈活，誰的適應能力就（jiù）更強。

總的來說，國內數控機床產品在高速高精度、環保節能、模塊化設計等方（fāng）麵還存在一定弱勢，要想達到國際先進，以（yǐ）至領先水平，還有很長的路要（yào）走，我們需要不斷提高技術水平（píng）和產品品質，甚至是設計理念（niàn），以適應市場需求和（hé）國（guó）際競爭。

受個人知識麵和水平（píng）所限，文中觀點難免片麵，不當之處（chù）請同行斧正（zhèng）。

來源（yuán）：協會銑床分會（廖（liào）文傑（jié））責編：梅峰

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