CIMT2017國內外五軸聯動機床評述

北京機電院機床有限公司 邵 璟

CIMT2017國內外五軸聯動機床評述

北京機電院機床有限公司 邵 璟

由中國機床工具工業協會主辦的第十五屆中國國際機床展覽會（CIMT）于2017年4月17～22日在北京國際展覽中心舉行。依據當前經濟形勢，展會的主題設定為“新需求·新供給·新動力”，意在嚴峻挑戰中謀求新機遇，迎接新未來。而6天展會的隆重舉行，也恰如其分地詮釋了展會主題，在13.1萬平米的展館里，來自28個國家和地區的1639家參展商匯聚一堂，在金屬切削機床、數控系統、功能部件及配套產品、工業機器人、物流配送系統、柔性線、檢查與測量設備、刀具、工夾具、量具及其他相關制造技術及設備等方面展示了各自的新技術、新產品，在依舊嚴峻的經濟形勢下不斷滿足各行各業的需求，提升應對日益激烈的市場變化的能力，與各方一起共同推動社會的進步。

隨著科學技術的不斷進步，各領域對不同材質的零件結構的復雜多樣性要求也不斷提高，多軸甚至五軸聯動機床越來越成為必不可少的加工設備。從這次展會看，五軸機床的數量很多，基于五軸機床附加的功能也不少。經過多年的發展進步，五軸聯動加工機床不僅在結構形式上不斷豐富，比如從旋轉軸看，主要有雙擺頭式、工作臺雙擺轉臺式、一擺頭一轉臺式等，滿足了各領域復雜零件的加工需求；在復合性、高效性等方面也有了長足的發展，比如復合性方面，將車削、磨削、超聲加工、激光加工等加工方式與五軸銑削復合，不僅滿足了多品種小批量零件的高效加工，而且因不同加工方式的改變和產生，各類材料的零件應用更加廣泛，刺激了各行業新技術加速更新。比如高效性方面，通過提高運行速度、配置雙主軸或多主軸、配置交換工作臺、單機生產單元、多機生產線等措施提高生產效率。

下面就展會中部分典型五軸機床進行簡要評述。

一、雙擺轉臺式五軸聯動加工中心

雙擺轉臺式五軸聯動加工中心的兩個旋轉軸集成在一起，驅動工作臺完成兩個方向 的旋轉運動。此類機床在五軸機床中占比最大，幾乎每個五軸機床廠家都生產。受限于工件質量對旋轉軸驅動部件和精度的影響，工作臺尺寸和承載能力不能太大。

（1）德國GROB公司展出的五軸機床GA550（見圖1、圖2）配置臥式主軸，床身采用焊接設計，工作臺可以翻轉加工，實現最佳排屑效果，隧道概念的使用使得電主軸和刀具可以完全縮入主軸軸套中，從而使整個工作區得到充分利用。GA550是GROB公司的亞洲系列產品之一，在中國推出后，已經在汽車、航空航天、模具工具、能源、醫療等領域有了一定的市場份額。順應當前的智能制造，在這次展會上，GROB公司隨同GA550展出了自主研發的圓形托盤存儲系統PSS-R13，可容納13個托盤存儲，結構緊湊，帶有雙托盤夾爪的托盤交換設備，不僅可以實現在準備工位和托盤架之間裝卸托盤，還可以通過其識別工件重量及元件高度，控制軟件可組織和可視化生產服務，也可以進行自動化工件管理及調整加工任務優先性。

圖1

圖2

（2）牧野機床（中國）有限公司在中國首次展出了D800Z五軸立式加工中心（見圖3），配置傾斜式雙擺轉臺，受工件重量和傾斜軸（B軸）旋轉角度變化的影響小，雙軸采用力矩電機驅動，具有更高的精度和動態性能，3個方向的開放式操作門，方便工件裝卸和接近主軸操作，配有超級幾何智能控制專利（SGI.4）軟件，用于高速、小公差復雜三維模型中微小程序段的處理加工，適用于模具和航空航天領域精密零件的高效加工。主要技術參數：工作臺直徑￠800mm，最大工件尺寸￠1000mm×550mm，最大載重1200kg，三軸行程X/Y/Z：1200/1100/650mm，B軸：-93°～0°，C軸：n×360°，主軸額定功率18.5kW，最高轉速14000r/min，最大進給速度X/Y/Z：36m/min，B/C軸：18000°/min。

圖3

（3）德國巨浪展出了單主軸雙擺搖籃式高速五軸聯動立式加工中心MILL FX 800（見圖4），即將國產化。MILL FX 800為MILL系列中最小規格，其最大規格X軸行程為6000mm，X軸行程≥4500mm時配置直線電機，MILL系列采用模塊化設計和制造，具有豐富的功能配置，可滿足用戶對不同零件品種和批量的個性化需求，適用于汽車、航空航天、機械制造、醫療器械、精密制造等領域。主要技術參數：工作臺直徑￠280mm，三軸行程X/Y/Z：800/500/550,轉臺第四軸：±120°，主軸額定功率22kW，最高轉速9000r/min，最大進給速度X/Y/Z：40m/min，最大加速度X/Y/Z：25m/s2，第四軸轉速：50r/min，第五軸轉速：200r/min，換刀切削-切削時間4.2s。

圖4

此外，展會上這類機床還有山崎馬扎克的雙擺轉臺五軸聯動加工機床VARIAXIS i-700（見圖5）、斗山雙擺轉臺五軸聯動加工機床VC630/5AX、Mikron的H E M 5 0 0 U、哈斯的U C M-750、日本大隈MU-4000V、哈挺公司的XT630 5AX、EMCO的HYPERTURN 65、臺灣麗馳的LU-620、現代威亞的XF6300、北京工研精機的u1000/5ST-500V、北京精雕的JDGR200_A10H和JDGR400_A13S、大連三壘的SVW80C、華鼎的5MC300、蘇州上金的DNX系列機床等。

圖5

二、一擺頭一轉臺式五軸聯動加工中心

此次展會展出的這類機床主要有兩類，一類主軸擺動，頭尾架旋轉，主要用于葉片加工；另一類主軸擺動，工作臺旋轉。

（1）大連科德生產的適用于大型核電葉片、飛機起落架等大型復雜型面零件加工的國產最大規格葉片加工機床KTurboM3000（見圖6、圖7），采用自行研制的GNC61總線式數控系統；30°斜床身設計，降低滑枕座重心，提高機床穩定性；A、Z軸雙驅，A軸和B軸均由力矩電機驅動，具有更高的精度和動態性能；采用重心雙驅動技術，有效抑制機床運行中的振動，提高加工質量和加工效率；工件推拉力可編程在線控制，提高工件加工時的剛性，對大型薄壁零件及細長零件的加工具有明顯優勢。主要技術參數：最大工件長度（含夾具）：3000mm，最大加工直徑：￠700mm，三軸行程X/Y/Z：3550/700/600,B軸：-50°～+50°，A軸：nx360°，主軸額定功率62kW，最高轉速10000r/min，最大進給速度X/Y/Z：30m/min，A軸：200r/min，B軸：50r/min，定位精度X/Y/Z：0.010mm，A軸/B軸：10"，重復定位精度X/Y/Z：0.008/0.006/0.006mm，A軸/B軸：8"。

圖6

圖7

(2)用于中小規格葉片加工的機床展出了北京機電院機床有限公司的XKH400A（見圖8）、主要技術參數：最大工件長度（含夾具）：500mm，最大加工直徑：￠300mm，三軸行程X/Y/Z：500/300/400,B軸：-40°～+40°，A軸：nx360°，主軸額定功率20.5kW，最高轉速15000r/min，最大進給速度X/Y/Z：30m/min，A軸：120r/min，B軸：30r/min。可用于航發葉片的加工。

成都普瑞斯展出的PX500也用于中小規格葉片加工。

圖8

圖9

（3）寧波海天展出的HPF100（見圖9）五軸機床即為主軸擺動，工作臺旋轉，三軸行程X/Y/Z：1800/1350/1250,A軸：100°，主軸最高轉速8000r/min。

三、雙擺頭式五軸聯動加工中心

雙擺頭多用于龍門五軸聯動加工中心。

北一機床展出的XKAS2525WU（見圖10）五軸聯動橫梁移動式龍門，三個直線軸均為直線電機驅動，A/C雙擺銑頭均為力矩電機驅動，所有大件均采用焊接結構，輕量化設計，實現了高速和高加速。主要技術參數：直線軸快移速度：≥60m/min,加速度≥0.8g，兩立柱間距離：3180mm。

圖10

圖11

此外，山東永華（見圖11）、寧波海天等也展出了此類機床。

四、復合五軸聯動加工中心

1．車銑復合五軸聯動加工中心

山崎馬扎克（中國）有限公司的INTEGREX e-500HS（見圖12、圖13）車銑復合加工中心。最大加工直徑￠820mm，最大加工長度1524mm，車削主軸最高轉速3300r/min，額定功率30kW，銑削主軸最高轉速10000r/min，額定功率37kW，X/Y/Z/W軸行程870/500/1598/1529mm，B軸擺角范圍-30°～+210°，刀庫容量40把。

圖12

圖13

展出的同類機床還有斗山超級復合車削中心PMUSMX系列、EMCO的HYPERTURN 65、日本大隈MULTUS U 3000、DMG MORI 的CTX gamma 2000 TC等。

2．銑車復合五軸聯動加工中心

（1）科德數控股份有限公司展出了五軸銑車復合立式加工中心KMC1250 UMT（見圖14、圖15），搭載自行研制的GNC62總線式數控系統，具備完善的五軸加工技術（RTCP、斜面加工等）；床身采用熱變形小、吸震性好的人造大理石；Y軸采用四導軌支撐和位于中心的主驅動；搖籃式雙擺轉臺均采用力矩電機驅動。主要技術參數：工作臺直徑￠1250mm，三軸行程X/Y/Z：1200/1425/1000,A軸：-130°～+130°，C軸：n×360°，主軸額定功率62kW，最高轉速12000r/min，最大進給速度X/Y/Z：50m/min，A軸：30r/min，C軸：400r/min，定位精度X/Y/Z：0.008mm，A軸/C軸：16"，重復定位精度X/Y/Z：0.005mm，A軸/C軸：8"。

圖14

圖15

（2）Mazak山崎馬扎克展出的INTEGREX i-V系列中的630V/6（見圖16、圖17）是主軸擺動（B軸）和工作臺旋轉（C軸）的銑車復合五軸聯動機床，雙交換工作臺。絲杠為軸心冷卻，實現穩定的加工精度；導軌為滾柱導軌，可進行重切削和高精度加工；B軸采用滾子凸輪驅動，可實現高精度定位；C軸為力矩電機驅動，可實現高精度加工；控制系統MAZATROL SmoothX與Windows8操作系統融合；搭載了實現高速、高精度控制的最新硬件和軟件；在5軸高精度加工中實現了高速軸進給。適用于多品種變批量大型工件的加工，可滿足各行各業的多樣化需求。主要技術參數：工件最大尺寸￠1050mm×1000mm，三軸行程X/Y/Z：1425/1050/1050,B軸：-3 0°～+1 2 0°，C軸：n×360°，主軸額定功率30kW，最高轉速10000r/min，車削主軸（C軸）額定功率37kW，最高轉速550r/min，最大進給速度X/Y/Z：52m/min，換刀切削-切削時間8.5s。

圖16

圖17

類似結構的展出還有哈默C42UMT高動態五軸五聯動銑車復合加工中心、斯達拉格寶美的高精度5軸聯動銑車復合中心s191H、威力銘公司采用獨創專利DDT雙驅動技術的銑車復合5軸加工中心RX10和用于加工棱狀高精度零件的5軸聯動加工中心508s等。

3．銑車磨復合五軸聯動加工中心

DMG MORI展出的DMC 80 FDS duoBLOCK（見圖18）是集銑車磨于一體的5軸聯動萬能加工中心，旋轉軸為立臥轉換式擺動銑頭（B軸）和旋轉工作臺（C軸）。機床配有用于內圓、外圓和端面磨削的磨削循環以及修磨循環，修磨裝置中集成了AE發聲傳感器，用以檢測砂輪與修磨裝置接觸的初始狀態，通過主軸負載檢測砂輪與工件的接觸初始狀態。磨削表面質量＜0.4um，圓度＜5um。直線軸快移速度：60m/min，B軸轉速：30r/min，C軸轉速：800r/min。

4．超聲加工五軸聯動加工中心

DMG MORI展出的ULTRASONIC 30 linear（見圖19）是具有超聲加工及銑削加工能力的五軸機床，可經濟地加工形狀復雜的先進材料，如陶瓷、玻璃、剛玉、碳化鎢甚至復合材料。與傳統加工方式不同，超聲加工中刀具的旋轉運動與附加的振動相互疊加，減小加工力達40%，可用更高的進給速度及更大的進給量進行加工，刀具使用壽命更長，表面質量顯著改善。

5．激光加工五軸聯動加工中心

激光的應用分為材料去除加工和增材制造，DMG MORI展出的LASERTEC 65 3D（見圖20）是集銑削和增材制造于一體的5軸聯動復合加工中心，可用于非常復雜的零件的成型與加工、修理損壞和磨損的工件、進行局部或完整噴涂等。激光頭通過刀柄與主軸相連，更換快速，集成的堆焊和銑削加工實現了工件的高質量和高精度，并極大地提高了生產效率。激光發生器功率：2000W，堆焊速度：1kg/h，最大工件尺寸：￠500mm×350mm，工作行程：X/Y/Z：650/650/560,A軸：±120°，C軸：n×360°。

圖18

圖19

圖20

6．雙主軸五軸聯動立式加工中心

(1)德國巨浪公司展出了被認為是最小最快的雙主軸五軸聯動立式加工中心DZ08FX（見圖21），設計緊湊，占地僅需1580mm×2540mm，鋼+大理石澆鑄的床身結構，具有高剛性和熱穩定性，主軸最大轉速40000r/min，兩主軸間距200mm，配2軸數控轉臺，臺面尺寸2×￠195，第四軸擺動范圍±120°，可同時加工兩個相同零件，也可集成安裝0點快速裝夾系統和自動化解決方案，實現工件的五軸多面高效加工。

圖21

（2）德國SW公司展出了一臺帶交換工作臺的雙主軸五軸聯動臥式加工中心BA W02（見圖22、圖23），床身為SW享有專利的整體框架設計，框中框的三軸單元，Y軸龍門式驅動，縱向軸液壓配重補償，兩個獨立驅動的搖籃式工作臺用于夾具安裝，帶有斷面齒輪鎖緊的工作臺交換系統，刀具可在加工區側面直接裝卸，快速換刀，切屑-切屑約1.75s。三個直線軸為直線電機驅動，兩個旋轉軸為力矩電機驅動，快移速度可達120m/min，加速度可達24m/s2，主軸最大速度25000r/min（HSK-A40），兩個旋轉軸最大轉速100r/min，可高速加工非磁性材料，包括鐘表制造與汽車制造業中的葉輪在內的高度多樣化零件。三軸行程X/Y/Z：200/350/300mm,主軸間距250mm。

圖22

圖23

圖24

類似結構展出的還有VIGEL的不帶交換工作臺的雙主軸五軸聯動臥式加工中心VPlatform4 TW 400（見圖24）等。

五、結束語

縱觀金切機床行業，五軸聯動機床正在被大量生產和使用，為各行各業復雜零件的加工提供了支撐，促進了新技術的快速發展。國外五軸機床正在不斷融合高速、高精、高效的理念，多種材料的機床主體結構、直驅電機的使用、溫升的精確控制、高剛性導軌的應用、車銑磨及超聲和激光等不同加工方式的復合、多主軸的配置、交換工作臺的選用、智能控制及生產線的集成等都是這種理念不斷深化的體現。與國外先進五軸機床制造企業相比，國產五軸機床品種還不夠豐富，質量還有待提升，新技術、新工藝的運用還需要加強，特別是關鍵零部件、數控裝置和軟件等更需各方共同努力，快速迎頭趕上，滿足市場日益多樣化的需求。

需求是發展的動力，險境中蘊含著勃勃生機，迎接挑戰就是迎接機遇！□