國內(nèi)外部分高精度臥式加工中心
2024-7-30 來源：機床協(xié)會 作者：-
【編者按】CCMT2024（第十三屆中國數(shù)控機床展覽會）已于4月12日圓滿落幕。展會期間，主辦方中國機床工具工業(yè)協(xié)會有關(guān)分會組織人員針對本專業(yè)領(lǐng)域展品進行評述，現(xiàn)編發(fā)部分文章，供業(yè)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(chǎn)品，延續(xù)了CIMT2023展會的五軸五聯(lián)動、雙（多）主軸、復(fù)合功能（車銑/銑車結(jié)合）多能、高效的技術(shù)特點，并在這些技術(shù)特點的基礎(chǔ)上有進一步的完善和發(fā)展，同時也隨著市場需求、社會責任要求等發(fā)展趨勢，呈現(xiàn)出人性化、節(jié)能減排、萬物互聯(lián)等新概念、新氣象。總結(jié)加工中心類展品主要體現(xiàn)在：高速度、高精度，環(huán)保化、節(jié)能化，智能化、可擴展，高效率、專業(yè)化等。
一、高速度、高精度
隨著電主軸、直線電機、靜壓導(dǎo)軌技術(shù)的不斷發(fā)展及穩(wěn)定和成熟，為加工中心類產(chǎn)品主軸轉(zhuǎn)速及三軸快移速度的提升奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，高速加工中心三軸快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、專用溫控熱交換系統(tǒng)、熱位移自動補償?shù)扰c環(huán)境及機床溫升相關(guān)的感知及分析補償技術(shù)也逐步趨近成熟，熱對稱設(shè)計、重心推動等設(shè)計理念的普及，減少機床功能部件運動的扭曲，使得加工中心產(chǎn)品在高精度的發(fā)展道路上行穩(wěn)致遠。目前中空冷卻技術(shù)（含螺桿、線軌、傳動座、主軸等），溫度聚集點采集和發(fā)熱部位檢測實施補償技術(shù)，在本屆展會中已經(jīng)普遍運用，使得熱變位在中高端產(chǎn)品中得到了有效控制，機床的定位精度/重復(fù)定位精度都得到了顯著的提升。
恒輪機床（常州）有限公司（Heller）參展的HF 5500機型，在提供高精度、高動態(tài)性能五軸聯(lián)動加工的同時，集成了車削加工、滾齒加工、刮齒加工等功能，滿足客戶在各種領(lǐng)域的加工需求，帶托盤更換裝置或工作臺裝載功能，通過工件或托盤自動化實現(xiàn)自動化。NC旋轉(zhuǎn)工作臺配有反向軸承和AB運動系統(tǒng)，具有最低的質(zhì)量慣性矩，可實現(xiàn)快速定位。根據(jù)筆者與其現(xiàn)場工程師溝通，HELLER機床在組裝時，通過鑄件調(diào)整基本精度要求達到0.01mm以內(nèi)，再反復(fù)通過墊片調(diào)整，實現(xiàn)最終的高精度。為了減少螺釘偏轉(zhuǎn)帶來的鎖緊力不足等問題，關(guān)鍵鎖緊部位（如線軌滑塊）都采用了半圓墊片，為了減少三軸熱變形可能帶來螺桿的扭曲，其螺桿組設(shè)計結(jié)構(gòu)采用傳動端固定，尾端采用滾針軸承進行支撐，采用光柵尺實施閉環(huán)補償，進而減少扭曲力矩，保證精度的穩(wěn)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0.004mm，重復(fù)定位精度0.002mm，如客戶定制，最高可壓縮至定位精度0.002mm，重復(fù)定位精度0.001mm，帶支撐軸承的旋轉(zhuǎn)數(shù)控轉(zhuǎn)臺和帶高動態(tài)扭矩驅(qū)動的AB運動軸作為標配，單工作臺選配機型可配車轉(zhuǎn)臺，可實現(xiàn)銑車復(fù)合功能。
HELLER參展HF系列光機及關(guān)鍵位置鎖緊方式
中國通用技術(shù)（集團）控股有限責任公司展出的GMC125u/t五坐標加工中心采用臥式叉式單擺結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)五軸聯(lián)動。整體床身底座、單立柱式結(jié)構(gòu)，拖板帶動擺頭移動，整機熱對稱設(shè)計，同時對機床熱特性和熱源分布建立熱補償模型，對機床熱變形進行補償，提升熱穩(wěn)定性。X、Y、Z坐標運動導(dǎo)軌采用重載滾柱直線導(dǎo)軌，立柱導(dǎo)軌采用三導(dǎo)軌支撐結(jié)構(gòu)，工作臺回轉(zhuǎn)運動驅(qū)動形式采用主從電機，雙向消除間隙，豎直軸采用氮氣平衡機構(gòu)，配置容量為120把矩陣式機器人刀庫，拓展性強，便于實現(xiàn)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(lián)動車銑復(fù)合加工功能，快速響應(yīng)用戶不斷變化的需求。此機床工作臺尺寸1250mm×1250mm，承重為2500kg，加工最大零件的回轉(zhuǎn)直徑φ1400mm，X/Y/Z軸定位/重復(fù)定位精度為0.006/0.003mm，A/B軸定位/重復(fù)定位精度為6″/4″。
通用技術(shù)GMC125u/t五坐標加工中心
北京博魯斯潘精密機床有限公司展出的HMC60L-5i雙主軸五軸聯(lián)動高速精密加工中心，采用雙主軸+雙搖籃式交換工作臺系統(tǒng)，擁有17個數(shù)控軸，可切換A1/A2、C1C2/C3C4，在加工的同時，同步進行上下料，主要用于民用飛機渦輪渦扇、汽輪機渦輪渦扇批量高效制造或汽車鋁合金發(fā)動機缸體、變速箱殼體、轉(zhuǎn)向節(jié)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(zhuǎn)速選配17000r/min，雙主軸間距600mm，A/U軸最大轉(zhuǎn)速50r/min，X/Y/Z快移速度120m/min，X/Y/Z軸定位/重復(fù)定位精度0.005/0.003mm，A/C/U軸定位/重復(fù)定位精度5″/4″，交換工作臺定位精度4″，重復(fù)定位精度2.5″，刀庫容量112把。
博魯斯潘HMC60L-5i雙主軸五軸聯(lián)動高速精密加工中心
二、環(huán)保化、節(jié)能化
本屆展會，可以看到很多機床展商在加工中心設(shè)計過程中，充分考慮了機床全生命周期與環(huán)境、能源消耗相關(guān)的因素，如微量潤滑，油脂潤滑，切削液凈化、工作停止減少耗能、能量回收等技術(shù)，在CIMT2023和本屆CCMT2024展會上初露頭角。
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），通過在傳動系統(tǒng)和主軸中植入溫度檢測裝置，對熱位移進行補償，實施環(huán)境熱位移控制，在室溫變化時保持加工尺寸的高穩(wěn)定性，也實現(xiàn)了在機床啟動時或再次開始加工時的尺寸高穩(wěn)定性，縮短了為使熱位移穩(wěn)定的暖機運轉(zhuǎn)時間，標稱在室溫變化8℃條件下內(nèi)實現(xiàn)經(jīng)時加工尺寸變化0.008mm以下。結(jié)合TAS-S技術(shù)的延伸，開發(fā)了“ECO怠速停止”，在精度保持穩(wěn)定狀態(tài)下，停止冷卻裝置及其他外圍非工作設(shè)備，可以減少大約20%左右能源的消耗；通過引入SERVONAVI（伺服控制優(yōu)化）提高加速度，縮短加工時間，通過預(yù)讀NC程序，對軸移動指令進行干涉，在碰撞發(fā)生前暫停軸移動功能避免撞機，通過“加工導(dǎo)航”功能，對振動、反凸轉(zhuǎn)等自動抑制，在保證加工穩(wěn)定的前提下，可提升加工效率10以上；通過加強加工室清潔，可抑制切屑堆積，并減少清潔機內(nèi)切屑的頻率。“免清洗水箱”去除了影響加工的切削液雜質(zhì)（淤泥），大大減少了水箱清潔次數(shù)。此機床進給速度：60m/min，X/Y/Z 軸行程760/760/760mm，主軸最高轉(zhuǎn)速15000r/min，工作臺最大載重，500kg，托盤尺寸：500mm×500mm。
山崎馬扎克（中國）有限公司展出的HCN5000L+FMS是由HCN-5000L臥式加工中心和FMS（12P）組成，HCN5000L有多種主軸類型選配，以最佳切削條件實現(xiàn)各種材料進行加工，X軸線性導(dǎo)軌安裝面采用帶高度差的立柱傾斜式結(jié)構(gòu)，在維持高剛性的同時，減輕了立柱重量；一定時間內(nèi)不操作機床時，機內(nèi)照明與CNC背光同時熄滅，傳感器在檢測到操作人員接近后，機內(nèi)燈光會自動點亮的功能，加工結(jié)束經(jīng)過一定時間后，排屑器會自動停止運行以減少功率消耗；通過使用潤滑脂對主軸、滾柱導(dǎo)軌、滾珠絲杠進行潤滑，大幅減少了潤滑油的消耗量，還減少了潤滑油混入導(dǎo)致切削液劣化的現(xiàn)象和廢棄處理的頻率。機床和柔性制造單元的搭配，提供了豐富的自動化功能，從單機到加工生產(chǎn)線，實現(xiàn)適合不同生產(chǎn)形態(tài)的自動化，具備高效率、高柔性和高度擴展性。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定位分度工作臺，可擴展0.0001°×3600000定位的NC旋轉(zhuǎn)工作臺。
山崎馬扎克展HCN5000L臥式加工中心+ FMS
三、智能化、可擴展
隨著國家推動制造業(yè)不斷向“智能制造”升級換代，加工中心作為智能制造單元的重要組成部分，不僅機床本身依托日益強大的數(shù)控系統(tǒng)功能，實現(xiàn)自動檢測、自動補償、自動控制、自動管理、狀態(tài)監(jiān)控、3D仿真、RTCP自動標定等功能，智能化水平日臻完善。
伴隨著機器人技術(shù)的完善及成本降低，加工中心的自動化水平和自動化應(yīng)用場景普及率得到大幅提高，從參展的加工中心展品可以看到，大部分展品在整體設(shè)計時就預(yù)留設(shè)備的自動化軟件和硬件的布局接口，只要客戶需要，就可以組成柔性單元或整條柔性生產(chǎn)線。如通用技術(shù)集團展出的MDH50臥式加工中心柔性制造單元，哈斯自動數(shù)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）有限公司展出的緊湊型機器人單元GRC-R12和五軸聯(lián)動通用加工中心G150組成的產(chǎn)線等。
格勞博機床（中國）有限公司展出的五軸聯(lián)動通用車銑復(fù)合加工中心G550T，“隧道”設(shè)計可使電主軸和刀具完全縮入機床尾部，在軸任何位置利用最大長度刀具加工大尺寸工件，保證可達到同類機床中最長Z軸行程；三個直線軸的獨特布局將導(dǎo)軌與工作點之間的距離降至最小，使機床具有最佳穩(wěn)定性，A軸旋轉(zhuǎn)可達230°的車銑工作臺能提供幾乎無限的加工潛力，不僅最大程度提供了加工自由度，還使“一次裝夾完整加工”變得更精確高效，驅(qū)動設(shè)計基于Y軸兩個對稱分布的滾珠絲杠與配重補償來實現(xiàn)，A/B軸上的扭矩電機可進行動態(tài)無損的車銑復(fù)合加工，選裝冷卻設(shè)計確保了工件、刀具和機床準確的溫控，在能達到非常高加工精度的同時，還具備最佳柔性與可操作性。此款機床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。
格勞博還展出了自主開發(fā)生產(chǎn)的緊湊型機器人單元GRC-R12和五軸聯(lián)動通用加工中心G150組成的產(chǎn)線，實現(xiàn)從生產(chǎn)規(guī)劃，監(jiān)控和分析，到工件加工過程的可視化、透明化批量柔性生產(chǎn)，自動化工件搬運處理，最大工件重量2.5kg，最大工件高度85mm，每個抽屜最大承重100kg，可用抽屜尺寸600×400mm，最多抽屜6個。
格勞博G550T車銑復(fù)合加工中心
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對稱設(shè)計理念為基礎(chǔ)，其理念不僅體現(xiàn)在框架總成的力傳遞，其機身的排屑也落在居中的排屑器內(nèi)，配置高速搖籃機構(gòu)，其搖籃機構(gòu)位于機床工作臺兩側(cè)，兩側(cè)為同步驅(qū)動，可進行高動態(tài)聯(lián)動加工。托盤采用凹面（下凹6µm）設(shè)計，保證平穩(wěn)，托盤中配置13路液壓夾緊裝置，為形狀復(fù)雜，切削力大的工件裝夾提供更多裝夾設(shè)計的靈活性，900r/min的高速轉(zhuǎn)臺能擴展用戶的加工能力，在傳統(tǒng)五軸加工的基礎(chǔ)上，方便實現(xiàn)車削、車銑和滾齒加工，在動態(tài)性能、穩(wěn)定性和精度方面均有獨到之處。同時占地空間最小化，模塊化設(shè)計可實現(xiàn)機床的靈活配置，方便與托盤庫，機器人等進行聯(lián)機作業(yè)，此款機床X/Y/Z軸進給速度80m/min，加速度7/10/6 m/s²，托盤尺寸500×630mm，載重700kg，轉(zhuǎn)臺最高轉(zhuǎn)速為900r/min，換刀時間3.6s，托盤交換時間11.5s。
斯達拉格T系列結(jié)構(gòu)
斯達拉格Heckert_T55五軸加工中心
四、高效率、專業(yè)化
隨著電動汽車、能源、航空、航天等行業(yè)的快速發(fā)展，這些行業(yè)特定的需求就成為機床廠家的研發(fā)、制造、銷售推廣的重點目標。加工葉片、葉輪等典型零件的加工中心（五軸聯(lián)動加工中心）展品大量涌現(xiàn)，針對新能源汽車一體化壓鑄零件、整體副車架、電池外殼、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)及其它輕切高速加工對象的加工中心產(chǎn)品層出不窮。因為加工標的確定，為適應(yīng)標的市場的高效率加工中心應(yīng)運而生，雙主軸和多主軸的設(shè)計、10000-30000r/min的電主軸、提供和控制高運行速度和加速驅(qū)動的伺服驅(qū)動系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)、適合高速運行的機床結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)多種工藝和工序集成，同時實現(xiàn)車削，銑削、磨削等功能的復(fù)合機床也應(yīng)運而生。
埃斯維機床（蘇州）有限公司本次參展的BA space3臥式加工中心，據(jù)介紹為中國首發(fā)，為單主軸雙工作臺，采用SW專利整體框架式床身結(jié)構(gòu)，配備直線電機及兩軸旋轉(zhuǎn)頭實現(xiàn)五軸加工，X軸龍門式驅(qū)動，大尺寸工作空間，主要用來加工新能源車零件，比如電池殼體及前后車身結(jié)構(gòu)件，滿足市場上對新能源汽車零件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(zhuǎn)速17500r/min，加速到最高轉(zhuǎn)速時間小于0.65s。
埃斯維BA space3臥式加工中心
科德數(shù)控股份有限公司KTBM120六軸五聯(lián)動葉盤加工中心，采用平床身立柱移動的總體布局，水平床身兩側(cè)使用大傾斜角度螺旋排屑，動柱直線導(dǎo)軌配有6個滑塊，確保機床的銑削主軸到床身擁有最高的穩(wěn)定性和最佳的力學傳遞；加工點在擺頭中心軸、轉(zhuǎn)臺中心軸附近，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(zhuǎn)臺B軸、工件軸C軸、X軸、Y軸、Z軸均采用直驅(qū)技術(shù)，工件軸C軸不參與聯(lián)動，其余五軸實現(xiàn)五軸聯(lián)動，全閉環(huán)控制；機床刀庫標配72把雙排圓盤式刀庫，圓盤刀庫通過直線軸和旋轉(zhuǎn)軸伺服驅(qū)動。工件最大回轉(zhuǎn)直徑1200mm，工件最大厚度270mm，工件最大重量500kg，X/Y/Z軸行程500/500/900mm+換刀行程，工件軸回轉(zhuǎn)范圍n×360°，轉(zhuǎn)臺B軸回轉(zhuǎn)范圍為±85°（±180°可選），擺動A軸回轉(zhuǎn)范圍±180°。
科德數(shù)控KTBM120六軸五聯(lián)動葉盤加工中心
五、結(jié)束語
通過以上分析和具體案例，筆者針對國內(nèi)外加工中心的近幾年的發(fā)展趨勢及存在的差距總結(jié)如下：
1. 高速、高精度方面，國外品牌的產(chǎn)品大都形成了獨到的設(shè)計理念。如斯達拉格完全堅持“熱對稱“設(shè)計理念，保證加工區(qū)域在熱對稱的中間，減少環(huán)境的影響；HELLER盡最大努力提升機械裝配的精度，減少摩擦/扭曲力的產(chǎn)生，采用光柵尺對熱變形實施補償；格勞博則采用獨特設(shè)計，保證工作點與導(dǎo)軌距離最小，提升切削時的剛性以提升實際使用過程的加工精度。目前為止，國內(nèi)廠家較少形成自己獨有的設(shè)計理念，正處于不斷對外來及新生技術(shù)學習和探索階段；在速度技術(shù)參數(shù)上對比，國外產(chǎn)品更關(guān)注加速度的提升，對實現(xiàn)高效加工更具備實際意義；精度參數(shù)（定位精度和重復(fù)定位精度）的對比，從參展機床提供數(shù)據(jù)看，國內(nèi)機床和國外機床差異不大，國內(nèi)大部分高精度機床都采用了中空冷卻，確實可以提升熱穩(wěn)定性方面的精度，但是測量值為短期內(nèi)機床運行測得，長時間連續(xù)高速運轉(zhuǎn)的精度保持性，國內(nèi)與先進國際品牌機床比還存在一定差距；國內(nèi)機床品牌完成由通用技術(shù)到特有技術(shù)的轉(zhuǎn)化，生產(chǎn)出具有獨到技術(shù)的產(chǎn)品，任重道遠。
2. 在智能化方面，自動檢測、自動補償、自動控制、自動管理、狀態(tài)監(jiān)控、3D仿真、RTCP自動標定等功能等方面，F(xiàn)AUNC、西門子、華中數(shù)控及自行開發(fā)系統(tǒng)的OKUMA在展品中都有提及，但這些功能在國內(nèi)展品的介紹中并不多；與機器人、托盤有序組合形成自動化產(chǎn)線的功能擴展方面，國內(nèi)展商提到的并不多；國外幾家機床廠商的設(shè)計從場地布置、單元組合可能性、接口的配置等做了詳盡的考慮。筆者認為，國外加工中心產(chǎn)品設(shè)計在具體操作上的人性化，及產(chǎn)線布局柔性化的模塊理念，也可以說“平臺”的概念，還是值得我們認真學習的。
3. 無論是國外還是國內(nèi)的機床產(chǎn)品，在市場的引導(dǎo)下都會走向?qū)I(yè)化，專業(yè)化意味產(chǎn)品、生產(chǎn)的組織結(jié)構(gòu)，甚至工藝都是一致的，可以根據(jù)特定的產(chǎn)品類型，特定的工藝來進行機床結(jié)構(gòu)的設(shè)計布局，實現(xiàn)高效率和高質(zhì)量的加工需求。在這點上，因為哪里有需求，哪里就有市場，國內(nèi)和國外機床廠家是看不出差距的，誰獲得信息的速度更快，組織管理更加靈活，誰的適應(yīng)能力就更強。
總的來說，國內(nèi)數(shù)控機床產(chǎn)品在高速高精度、環(huán)保節(jié)能、模塊化設(shè)計等方面還存在一定弱勢，要想達到國際先進，以至領(lǐng)先水平，還有很長的路要走，我們需要不斷提高技術(shù)水平和產(chǎn)品品質(zhì)，甚至是設(shè)計理念，以適應(yīng)市場需求和國際競爭。
受個人知識面和水平所限，文中觀點難免片面，不當之處請同行斧正。
來源：協(xié)會銑床分會（廖文杰） 責編：梅峰
投稿箱：
如果您有機床行業(yè)、企業(yè)相關(guān)新聞稿件發(fā)表，或進行資訊合作，歡迎聯(lián)系本網(wǎng)編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
如果您有機床行業(yè)、企業(yè)相關(guān)新聞稿件發(fā)表，或進行資訊合作，歡迎聯(lián)系本網(wǎng)編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
更多相關(guān)信息
業(yè)界視點
| 更多
行業(yè)數(shù)據(jù)
| 更多
- 2025年5月 新能源汽車銷量情況
- 2025年5月 新能源汽車產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年5月 基本型乘用車（轎車）產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年5月 軸承出口情況
- 2025年5月 分地區(qū)金屬切削機床產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年5月 金屬切削機床產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年4月 新能源汽車銷量情況
- 2025年4月 新能源汽車產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年4月 基本型乘用車（轎車）產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年4月 軸承出口情況
- 2025年4月 分地區(qū)金屬切削機床產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年4月 金屬切削機床產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年1月 新能源汽車銷量情況