CIMT2015之五軸聯動加工中心展品評述
2015-12-24 來源：沈機集團昆明機床股份有限公司 作者：何春樹
在春暖花開，象征著美好，寄托著希望的四月。以“新常態•新發展”為主題的第14屆中國國際機床展覽會（CIMT）于2015年4月20~25日在北京中國國際展覽中心如期舉辦。本屆展會展出面積達13.1萬平方米，匯聚了28個國家和地區的1554家知名機床工具制造商，其中，境內展商780家，境外展商774家，展出面積各占50%。全球業界的著名企業攜各自的最新成果相聚這里同臺競技。這是展示世界先進制造技術和機床工具產品的盛會，也是推動中外技術交流和我國機床制造水平進步的重要平臺。
當前，世界經濟復蘇緩慢，中國經濟步入新常態。新常態下的中國經濟，已告別了過去幾十年的高速增長，步入了更加注重追求質量和效益的時代，這是我國經濟前所未有的新時代，機遇和挑戰并存。機床工具行業也迎來新發展的戰略轉型機遇，將從過去的高速度向高品質、高效益轉移。CIMT2015從機床展品的集成化、信息化、智能化詮釋了新的發展階段下機床工具制造業新的環境特征，以及機床制造業如何貼近用戶需求而獲得新的發展動力，展會主題“新常態•新發展”也將賦予新的內涵。
結合展會主題及機床制造業新的發展環境，五軸聯動加工中心無疑是最吸引眼球及先進制造的代表，展出的五軸聯動加工中心從結構型式分為五軸聯動臥式加工中心、五軸聯動立式加工中心、龍門型五軸聯動加工中心等，下面就具有代表性的五軸聯動加工中心展品做介紹。
1五軸聯動臥式加工中心
1.1 浙江日發精密機械股份有限公司展出的的i-TANK1300TH五軸臥式加工中心（配置A擺頭）
i-TANK1300TH及加工的工件
該機床為整體對稱結構，動立柱、正掛主軸箱。機床床身、立柱、主軸箱等大件均為優質球墨鑄鐵，整體優化設計確保機床高剛性、高穩定性，直接重心驅動保證了機床的高精度。其結構特點為：
X軸為整體底座式對稱封閉箱型結構，布置網格加強筋，分配多點支承，為工作臺滑座的移動、工作臺回轉及切削受力時提供強有力的支承，兩側直接成形的排屑槽使高效加工得以實現；
? Z軸為前（導軌）低后高（導軌）結構，有效保證立柱運動時重心的穩定性及機床熱穩定性；
? Y軸立柱為下部加寬的龍門型對稱結構，保證了擺頭體上下移動時重心的穩定性及A軸擺動強力切削時的整體剛性；
? 大尺寸高精度滾珠直線導軌確保機床快速移動；
? 直線軸絕對光柵和回轉軸圓光柵精準反饋，使機床具有較高的精度及精度穩定性；
? B軸360°/-360°連續任意回轉，加之A擺頭+80°/-95°的連續擺動，保證了工件一經裝夾后的無死角加工。
1.2沈機集團昆明機床股份有限公司的KHC160-5A五軸聯動臥式加工中心（配置A擺頭）
該機床為刨臺式布局，前、后床身連接呈“T”字型結構。動立柱、正掛主軸箱。機床由床身、立柱、工作臺、主軸系統、進給系統、液壓系統、潤滑系統、冷卻系統、刀庫、排屑裝置、安全防護裝置、數控系統等部件組成，機床整體結構緊湊、熱變形小、剛性高、精度高而穩定。是特種加工材料鈦合金、鋁合金、薄壁航空件、發動機缸體等行業的首選設備，機床為中航工業成都飛機工業（集團）有限責任公司訂購。
其結構特點如下：
? 工作臺沿前床身導軌橫向移動（X坐標），主軸箱沿立柱上下移動（Y坐標），立柱沿后床身縱向移動（Z坐標），工作臺回轉（B坐標），A軸擺動（A坐標）。
? 前、后床身、立柱、主軸箱、A擺頭傳動箱體、滑座及工作臺等大件均為優質鑄鐵，并經多次時效處理。建立了虛擬樣機有限元模型，動態模擬裝配，保證大型移動部件輕量化。前后床身為封閉的箱中箱結構，并布置加強筋，合理分配多點支承，使機床具有足夠的剛度；立柱為雙壁門式鑄件，縱橫布置加強筋，其前后敞開，便于散熱。A擺銑頭傳動箱體與主傳動箱聯接，A擺銑頭傳動箱體、主軸傳動箱正掛在立柱導軌上。
? 主傳動采用交流伺服電機，通過兩級齒輪變速，擴大主軸調速范圍，增大主軸扭矩。氣缸推動滑移齒輪實現高、低檔變速，驅動A擺銑頭使主軸獲得30~4000r/min的轉速。
? 擺頭主軸采用氮化鋼，經過多次熱處理及精加工。主軸前支承采用四個高速、高精度、萬能組配向心角接觸球軸承，主軸后支承采用超精密單列圓柱滾子軸承。主軸軸承轉速高、精度高、剛性好，能長期保持主軸旋轉精度，確保強力切削。
? X、Y、Z坐標導軌采用進口滾珠直線導軌，剛性好，具有很好的動態和靜態承載性能及超強的運動平穩性，以保證在要求較高的幾何精度與表面質量條件下具有高的切削效率。并具有較好的抗震性、較小的振度幅度，延長機床使用壽命。
? X、Y、Z坐標進給機構均通過伺服電機、齒形帶輪減速與預載滾珠絲桿雙螺母副連接，絲桿螺母結構為間隙可調的雙螺母結構。各進給傳動機構結構緊湊、傳動精度高，能保證各移動部件的平穩性。
B坐標360°連續任意分度，進給機構采用蝸輪、蝸桿副傳動結構，可調整消除傳動間隙，保證較高的傳動精度。采用進口軸承支承，精度高、運動平穩、抗振性好，能長期保持精度。工作臺采用液壓夾緊，其夾緊、松開變動量小、夾緊穩定、可靠。
A擺銑頭通過伺服電機、齒形帶輪減速及兩個斜齒輪驅動蝸輪、蝸桿副回轉，A擺回轉采用兩個剛度好、精度高的軸向徑向軸承分別支承在轉軸兩邊，弧齒錐齒輪軸還裝有兩個向心角接觸球軸承，增強支承剛性。A擺銑頭回轉采用液壓夾緊機構。
平衡機構采用帶貯能器液壓平衡裝置，保證主軸箱沿立柱上、下平穩移動，性能可靠。
機床液壓系統由液壓箱集中供油，采用大容量油溫冷卻機控制油溫，提高液壓元件的使用壽命和液壓系統的工作可靠性。
整機采用簡潔、時尚、流線形全封閉式防護罩，設計理念新穎，符合人體工學要求，易于維護。整機防護門設有安全聯鎖裝置，確保操作人員及機床運行安全。各直線軸設有伸縮式防護罩，防護罩內配置除霧裝置，對使用大流量的冷卻液非常有利。
機床配有完備的排屑系統，通過鏈板式排屑裝置將鐵屑輸送到排屑小車，排屑濾網可靠、便于帶出鐵屑，并帶有清洗口，方便清理。
機床帶有集中潤滑系統，通過定時定量潤滑泵將潤滑油輸送至導軌、滾珠絲桿螺母副等各潤滑點，潤滑系統具備末端壓力檢測功能。
位置檢測反饋系統，X、Y、Z三個直線軸采用德國HEIDENHAIN 公司直線絕對光柵尺直接檢測，A、B軸采用德國HEIDENHAIN公司圓光柵直接檢測，主軸采用德國HEIDENHAIN公司分離編碼器間接測量、反饋。
機床配置雷尼紹RMP60工件找正測量系統及NC4激光刀具檢測系統，具有刀具長度、半徑補償功能，RTCP補償功能。
2五軸聯動立式加工中心
2.1漢川數控機床股份有限公司的HVMC500F5高速五軸聯動立式加工中心（配置搖籃式工作臺）
該機床為整體式床身，X、Y、Z伺服進給坐標采用交流伺服電機驅動，運動平穩，其精密滾珠絲桿副由專用軸承支承。主軸采用高速、高精度主軸軸承，主軸油循環冷卻。滾珠直線導軌及滾珠絲桿副采用集中自動稀油潤滑。配置的機內對刀儀直接與系統連接，減少輔助時間。各類零件、復雜模具等多品種工件經一次裝夾，可自動高效、高精度的連續完成鏜、銑、鉆、鉸、擴孔等工藝，廣泛用于模具、機車、造船、印刷、紡織等行業。
機床結構特點：
卓越的基礎大件結構設計：與眾不同的側墻寬度、床身厚度，確保搖籃工作臺安裝的穩定性及方便性，極大地提高了整機的精度穩定性。
圓滑枕結構及四條導軌布局客服了由于滑枕自重及加高速工時受切削力影響而產生的偏載力矩和變形，保證加工精度HVMC500F5高速五軸聯動立式加工中心的穩定性。
高精度軸承及電機，A、C軸采用力矩電機直接驅動，保證坐軸的動態響應性能并實現無間隙驅動，A、C軸支承采用進口高精度軸向-徑向轉臺專用軸承，確保轉臺高速切削下的高剛性和高精度。
2.2德國奧美特公司展出的GS1400/5-FDT五軸聯動立式加工中心（配置搖籃式工作臺）
該機床是奧美特獨特結構設計理念（ASGK）之佳作，其獨特的外觀、栩栩如生的加工工序躍然于操作顯示屏、加工區域噴淋冷卻、在工作臺上直接進行油霧收集等獨到的設計讓人流連忘返。機床床身作為承受靜態載荷的基礎部件采用優質灰鑄鐵EN-GJL300（GG30），承受動態載荷的Y軸側墻、X軸橫梁、Z軸主軸箱采用球墨鑄鐵EN-GJS500（GGG50）。其結構特點如下：
箱中箱結構：Y軸雙框側墻作為支承的基礎結構，支撐嵌入其中兩個X軸載體（橫梁）和整體Z軸系統（主軸箱）。
直線軸X、Y、Z配置8面及雙層設計的直線導軌，分別由2根滾珠絲桿和2個伺服電機驅動，保證機床有較好的動態性能和精密切削時的精度。而且熱穩定性好。
龍門框架側墻設計與傳統的“橫梁安裝在頂部”相比，機床剛性增強2.3倍，側墻內置4導軌（Y軸移動）保證刀具中心點（TCP）始終沒有位置偏差，無需RTCP附加補償，減少刀具磨損，大幅度增加了刀具使用壽命。
旋轉工作臺（A、C軸）采用直接回轉驅動的扭矩電機驅動，A軸兩個扭矩電機分別嵌入安裝在兩側墻內，消除了驅動部件的摩擦和機械間隙，達到較高的擺動速度和旋轉速度、較高的承載能力（最大承重3000kg）、高的精度、較好的穩定性。
直線軸X、Y、Z均采用雙伺服電機驅動，達到極高的定位精度和更高的快速移動速度及加速度。
GS1400/5-FDT主要技術參數如下：
3立臥轉換五軸聯動加工中心
3.1大連三壘機器股份有限公司展出的SH W-100立臥轉換五軸聯動加工中心（配置立臥轉換主軸頭）
該機床為工作臺滑座橫向移動（Z軸），主軸箱溜板縱向移動（X軸），主軸箱上下移動（Y軸）。采用三點支承，三個支承地腳呈等腰三角形結構分布，安裝調試方便，確保精度穩定性。床身設計為縱、橫布局的T字型整體結構，抗震性提高15%，結構緊湊。B軸采用雙行星齒輪減速機結構，在有效消除反向間隙的同時實現聯動狀態下的大扭矩切削，B軸配置海德漢圓光柵，實現精確進給。 C軸采用CTT高精度蝸輪蝸桿副傳動，雙蝸桿結構設計既保證了較高的進給分度精度，又可在長時間運行磨損的情況下快速調整，恢復精度，C軸配置海德漢圓光柵，用于精確分度。立臥轉換是通過B擺在-10°~180°擺動范圍內實現。
機床結構特點如下：
? 電主軸轉速達10000r/min，功率高達43kW，扭矩達250Nm(根據用戶需求轉速可達24000r/min)，適合于模具類零件加工。
? 直線軸快速移動達60m/min，加速度達0.5g，既滿足了五軸類加工零件所需的高動態響應性，又最大程度的縮短了非加工時間。
? 數控C軸轉臺為德國進口數控回轉工作臺，采用德國米漢納GGG高等級鑄鐵，具有非常高的剛性，獨特的夾緊技術具有夾緊速度快、扭矩大、制動性強等特點，連續回轉C軸可參與聯動加工，20r/min的回轉速度保證了聯動加工的高效性。
配置進口機械手刀庫，刀對刀換刀時間僅為3.3秒，減少加工輔助時間，提高加工效率。
配置海德漢數控系統適用于多功能輪廓加工的五軸控制，可實現最優秀的3D輪廓加工，自適應進給速率控制，動態碰撞檢測，具備強大的管理、測量和監測功能。
4龍門型五軸聯動加工中心
4.1山東永華機械有限公司展出的YHMC-GB6555SF5高速橋式五軸加工中心（配置A/C擺頭）
橋式五軸龍門加工中心是大型特種材料高精密加工的首選設備，廣泛應用于航空航天、模具制造、船舶發動機等行業的大、中型復雜零部件的加工。機床外觀簡潔高雅、造型新穎、A/C頭擺動靈活、動作準確。為山東省重大專項產品。
機床結構特點如下：
兩側墻材質選用礦物鑄造材料，提高機床整體剛性、抗震性、降低機床熱變形，提升機床在強力切削條件下的精度保持性、可靠性。
橫梁為沿兩側墻前后移動（X軸），橫梁采用“拱形散熱”筋板結構，實現高剛性大跨距橫梁的輕量化，有效控制了大跨距橫梁的靜、動態變形量。
滑枕座沿橫梁左右移動（Y軸），滑枕座為封閉結構，有效避免機床強力切削時滑枕傾覆現象的發生。
滑枕沿滑枕座上下移動（Z軸），Z軸采用滾動導軌塊結構，有效提升Z軸快速進給，優化了滑枕抗震性、切削剛性，保證了對冷硬模具鋼、鈦合金等特殊材料的硬銑加工時工件的高精度、高表面質量。
雙驅同步控制技術的良好應用保證了高加速度情況下機床運動的平穩性、可靠性。
4.2濟二機床集團有限公司展出的XHSV2720×80五軸聯動定梁高速龍門移動鏜銑加工中心
該機床引進國外先進技術設計的龍門框架結構的動立柱、定橫梁，工作臺固定在地基上，龍門框架立柱在兩個床身導軌上移動，橫梁安裝在兩個立柱上，橫梁上安裝滑枕式A/C擺動銑頭（主軸），組成了龍門框架式對稱結構，具有較高的熱對稱性，整機剛性高、穩定性好，具有高速、高效、高精、高動態響應、高可靠性、高的動、靜特性，適用于航空、航天、高鐵、地鐵等領域大型復雜鋁合金、鈦合金、復合材料結構件的高速、高效加工。
XHSV2720×80五軸聯動定梁高速龍門移動鏜銑加工中心
機床結構特點：
龍門框架沿床身縱向移動（X1、X2軸），滑座沿橫梁作橫向移動（Y軸），滑枕沿滑座上下移動（Z軸）。
機床大件：滑座、滑枕（主軸箱）、擺頭體為優質球墨鑄鐵；床身、工作臺、立柱采用優質鑄鐵，經時效處理，采用有限元分析設計，得到足夠的剛度和減振性能的最優組合。床身為封閉的箱型結構，并布置加強筋，合理分配多點支承，為機床高速移動、強力切削提供足夠的剛度保障；立柱為大截面、縱橫布局加強筋結構、具有足夠的抗彎、抗扭強度。
機床導軌：X、Y、Z軸線導軌采用進口大規格重載滾珠直線導軌副，具有承載大、精度高、動態響應性好、精度保持性好等特點。
直線進給機構：龍門框架移動（X1、X2、Y軸）進給機構采用雙電機+高扭矩、低背隙行星減速器+雙小齒輪+進口高精度齒條的傳動結構，具有任意拼接長度、自動消除間隙、傳動精度高、易于調整、維護等特點。
液壓系統：機床液壓系統由單獨的液壓站集中供油，為主軸松拉刀、主軸變速、部分潤滑、冷卻等供油，液壓箱內的液壓油及恒溫油分別由各自的油泵供油，采用大容量油溫冷卻機控制油溫，提高液壓元件的使用壽命和液壓系統的可靠性性、穩定性。
X、Y、Z導軌采用集中定時定量潤滑脂潤滑，按預定的時間周期對各潤滑點自動供油，使運動副保持適量的潤滑油膜，潤滑充分可靠，保證各運動坐標的性能要求。
機床配置封閉式操作艙，便于操作和觀察，安全性高。
機床導軌防護：機床X、Y導軌采用不銹鋼伸縮式防護罩，有效防止鐵屑及冷卻液飛濺對導軌的侵蝕，提高使用壽命。
A/C擺頭：A/C軸液壓制動、無間隙機械傳動，C軸n×360°正、反向連續旋轉。
5 小結
本屆展會上的五軸聯動加工中心從結構型式區分主要為：五軸聯動臥式、五軸聯動立式、龍門式五軸、立臥轉換五軸；從切削性能區分主要為：五軸聯動鏜銑加工中心、五軸聯動車銑復合、五軸聯動雕銑機、五軸聯動模具加工機。實現五軸聯動的主要功能部件為擺動工作臺和A/C擺頭，擺動工作臺基本用于臥式五軸、A/C擺頭大部分用于立式五軸，實現五軸聯動機床精確、高效切削的主要部件為滾珠直線導軌、直線電機、力矩電機、高速精密切削刀具，實現精準位置反饋的部件為高精度直線光柵、圓光柵，控制系統主要為西門子、法拉克、海德漢等。然而這些部件及系統主要靠進口，并且很多技術的應用經常被限制和制約、有些控制系統中的功能模塊直接對我國進行封鎖。這是我國機床工具制造業從制造大國向制造強國發展過程中的主要瓶頸，加之中國機床消費市場表現為“需求總量明顯減少，需求結構加速升級”，而且趨勢日益明顯。導致制造業于近兩年處于低谷、甚至茫然，于是本屆展會以主題“新常態、新發展”在呼吁制造業應有新構想、新轉型來開啟行業未來。
制造業應從單純的“制造商”轉變到“方案提供商+系統服務商”。新技術、新材料和新工藝的不斷涌現，將給金屬切削機床帶來巨大的危機與挑戰，“新常態”下的大環境和產業政策必將引發新的產業革命。機床的集成化、信息化、智能化已成為發展的方向和趨勢，傳統產業和互聯網結合的洪流不可阻擋，機床行業也將無疑被卷入到互聯網革命浪潮中，實現制造業數字化、智能化將在機床行業掀起新一輪競爭。社會化、專業化生產中沒有任何一家企業可以提供智能制造所需的全部產品，只有以企業的跨界、融合來實現共贏，以開放的平臺促進不同行業、企業的融合。以協會、聯盟，甚至跨界的形式進行交流、促進，為市場和用戶提供完整的解決方案。跨界、融合、共贏以成為大趨勢，智能化集成會更為廣泛，這將成為“新發展”下的“新常態”，只有主機廠和配套商、集成商共同打造一個好的“生態環境”，該“環境”中的企業才能更好生存、發展，為轉型升級奠定堅實基礎。轉型升級路漫漫，值得上下求索。
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