第三次工業(yè)革命時(shí)代的機(jī)床制造技術(shù)創(chuàng)新——CIMT2013加工中心評(píng)述

本刊特約撰稿/Special Reporter of MT & MT 徐正平/XU Zhengping

第13屆中國(guó)國(guó)際機(jī)床展（CIMT2013）于4月22-27日在北京新國(guó)際展覽中心隆重舉行。本屆展會(huì)展出加工中心247臺(tái)，其中立式128臺(tái)，臥式50臺(tái)，五軸聯(lián)動(dòng)41臺(tái)。

國(guó)產(chǎn)大型五面體加工中心的林立，是我國(guó)機(jī)床制造業(yè)技術(shù)進(jìn)步的標(biāo)志，早期的CIMT展會(huì)上，臺(tái)灣高明、亞葳展出的小龍門乃屬稀罕之物；而今沈陽(yáng)、大連、三一、新瑞等高檔龍門爭(zhēng)奇斗艷，確實(shí)使國(guó)人揚(yáng)眉吐氣。此外，國(guó)產(chǎn)臥加與五軸聯(lián)動(dòng)展品越來(lái)越多，制作也越來(lái)越精，這亦意味著我國(guó)制造能力與市場(chǎng)需求的雙雙提升。

1 智能制造是技術(shù)創(chuàng)新的推手

世界進(jìn)入21世紀(jì)后，據(jù)認(rèn)是進(jìn)入了第三次工業(yè)革命的時(shí)代。先進(jìn)制造業(yè)是這個(gè)時(shí)代的象征之一，而智能化又是先進(jìn)制造業(yè)的重要組成部分，它是集信息技術(shù)、光電技術(shù)、通信技術(shù)、傳感技術(shù)等為一體，推動(dòng)著機(jī)床制造的不斷進(jìn)步，從展會(huì)中也能窺見一斑。

在E2館DMG-MORI SEIKI展臺(tái)，陳列著一臺(tái)DIXI 210龍門五軸加工中心，主軸箱中裝有B、C驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，銑頭可立臥連續(xù)回轉(zhuǎn)。在Y軸上，置有Φ1 700 mm的C軸回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，轉(zhuǎn)速12 r/min，承重8 t，機(jī)床X×Y×Z三向行程為1 800 mm×2 100 mm×1250 mm，主傳動(dòng)44 kW。

DIXI是瑞士精密坐標(biāo)鏜床的供應(yīng)商，以加工高端精密機(jī)床著稱，它們被日本森精機(jī)收購(gòu)后，如今3家又合在一起，此款機(jī)床由DIXI設(shè)計(jì)，在DMG的弗朗頓工廠裝配，并向中國(guó)出售了1臺(tái)。

DMG弗朗頓廠長(zhǎng)Mr.Alfred Geissler和DIXI主管設(shè)計(jì)Mr.Tobias Steiner在展品旁和筆者介紹時(shí)（圖1），重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了這臺(tái)機(jī)床采用了空間誤差補(bǔ)償技術(shù)（Volumetric Compensation）。一般數(shù)控機(jī)床的調(diào)試，通常都用激光干涉儀，對(duì)X、Y、Z這三根直線軸進(jìn)行運(yùn)動(dòng)軌跡測(cè)試，若有誤差就補(bǔ)償絲桿螺距?，F(xiàn)在該機(jī)床的三維行程空間內(nèi)，設(shè)定了6 000個(gè)受激光控制的點(diǎn)（圖2），而機(jī)床主軸裝上紅寶石測(cè)頭，當(dāng)其與這些點(diǎn)在空間相遇時(shí)，激光就能測(cè)得空間位置偏差并予以補(bǔ)償糾正（圖3）。這項(xiàng)技術(shù)由西門子公司發(fā)明，日本MAZAK也予采用。

圖1 本文作者在DMG展臺(tái)

圖2 激光受控位置

圖3 空間誤差補(bǔ)償

圖4 熱變形控制

DIXI 210另一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)是熱變形控制系統(tǒng)，以保證機(jī)床的穩(wěn)定工作精度。在機(jī)床的主軸、滾珠絲杠、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、變速箱等多處（圖4中的藍(lán)色區(qū)域），具有大流量率的大型冷卻裝置，所設(shè)的熱量控制點(diǎn)由傳感系統(tǒng)把關(guān)，一旦超過(guò)設(shè)定溫度范圍，就發(fā)指令給空調(diào)系統(tǒng)，讓溫度回調(diào)正常（圖4）。

由于采取了這些措施，而且導(dǎo)軌采用傳統(tǒng)的人工刮研，故機(jī)床的精度比原來(lái)提高3倍，各軸的定位精度為4 μm。

大連科德數(shù)控展出的各種加工中心，其定位精度能達(dá)到5 μm，重復(fù)定位精度為3 μm，甚至還可更高，這主要是該公司的機(jī)床反饋，采用專利產(chǎn)品激光光柵尺，故精度特別高。

日本安田公司YASDA展出的YBM6J高精度臥式坐標(biāo)加工中心，帶有“機(jī)體溫度控制裝置”，在機(jī)床的底座、立柱、工作臺(tái)等處，用內(nèi)冷卻液進(jìn)行循環(huán)冷卻并通過(guò)溫度傳感系統(tǒng)，保證溫差變化在±0.2 ℃左右。這臺(tái)臥加在現(xiàn)場(chǎng)演示調(diào)頭鏜技術(shù)，其定位精度可達(dá)到2.0 μm和3.0 μm。

德國(guó)海德漢在展會(huì)上介紹智能控制技術(shù)比較全面，主要功能有：

集成的自適應(yīng)進(jìn)給控制功能（AFC-Adaptive Feed Control）。數(shù)控系統(tǒng)可按照主軸功率負(fù)載大小，自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)給速率。當(dāng)AFC工作時(shí)，進(jìn)給速率調(diào)節(jié)不是來(lái)自倍率調(diào)節(jié)旋鈕，而是來(lái)自主軸功率和其他工藝數(shù)據(jù)。這樣既可提高加工效率，同時(shí)也加強(qiáng)了刀具監(jiān)控，以防刀具斷裂或磨損而受到損傷。

自動(dòng)校準(zhǔn)和優(yōu)化機(jī)床精度（Kinematic Opt）

該功能是自動(dòng)校準(zhǔn)多軸機(jī)床精度的有效工具。當(dāng)插入海德漢測(cè)頭后，探測(cè)循環(huán)可全自動(dòng)測(cè)量機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸，無(wú)論這個(gè)旋轉(zhuǎn)軸用在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，還是用在擺動(dòng)銑頭上，測(cè)量和補(bǔ)償過(guò)程全自動(dòng)，即可長(zhǎng)時(shí)間保證高精度的多軸加工（圖5）。

圖5 海德漢精度校正

智能顫紋控制（ACC-Active Chatter Control）

在數(shù)控加工過(guò)程中，由于主軸或切削力的變化，工件上會(huì)產(chǎn)生顫紋，海德漢數(shù)控系統(tǒng)的顫紋控制功能可以大幅減小工件表面的顫紋，并且能提高切削率25%以上，以降低機(jī)床載荷，并提高刀具使用壽命。

智能制造不僅表現(xiàn)在精度控制方面，同樣也反映在安全防護(hù)方面。以往開發(fā)的自適應(yīng)控制，對(duì)工件毛坯體積進(jìn)行設(shè)定，一旦出現(xiàn)與刀具干涉就馬上報(bào)警；另一種是扭矩設(shè)定，凡超出主傳動(dòng)扭矩就停機(jī)報(bào)警；還有聽聲納，當(dāng)測(cè)到刀片斷裂聲時(shí)，也可使機(jī)床停機(jī)。

日本大隈公司OKUMA介紹的MμLTμS BⅢ智能化復(fù)合加工中心，獨(dú)創(chuàng)了一種“防撞”功能，加工導(dǎo)航引索功能可以將加工參數(shù)導(dǎo)航到最佳的加工條件，防熱變形功能可以將熱位移控制在10 μm以下。而日本中村留公司的機(jī)床，除裝有規(guī)避碰撞的3D干涉檢測(cè)功能外，還具有所謂“氣囊”防撞技術(shù)，即在萬(wàn)一發(fā)生相碰撞的瞬間，其絲杠有即時(shí)反轉(zhuǎn)功能，使刀具與工件雙雙后退，以免更大損傷。

瑞士GF阿奇夏米爾集團(tuán)的智能加工，一切都是環(huán)繞提高工藝水平所進(jìn)行的。隨著越來(lái)越高的機(jī)床動(dòng)態(tài)特性和用戶對(duì)工件質(zhì)量和精度更高的期望，實(shí)時(shí)控制切削工藝就顯得十分重要。GF阿奇夏米爾米克朗系列機(jī)床的智能加工模塊可以幫助用戶控制銑削工藝，以獲得更高的性能、更高的質(zhì)量和安全性。

譬如說(shuō)主軸，振動(dòng)可由不同元件所引起。從同心度和刀具動(dòng)平衡值開始到刀夾系統(tǒng)形式（熱縮刀柄、液壓膨脹刀柄和多棱夾緊刀柄）、主軸錐柄形式（HSK、DIN）和錐柄尺寸（HSK 32、40、63），再到主軸本身（電動(dòng)機(jī)、軸承）等，系統(tǒng)中都存在固有振動(dòng)，這也與主軸的轉(zhuǎn)速有關(guān)。

圖6 米克朗智能加工中心

為此，GF米克朗機(jī)床主軸中都裝有內(nèi)置的稱為APS（高級(jí)工藝控制系統(tǒng)）的徑向加速度傳感器，可以測(cè)量實(shí)時(shí)振動(dòng)。這些振動(dòng)可以在控制系統(tǒng)中以圖形的方式顯示。利用設(shè)定的程序，可以將振動(dòng)記錄下來(lái)，當(dāng)達(dá)到了限定值時(shí)，會(huì)向操作員發(fā)出告警信號(hào)或停止加工（圖6）。

此外米克朗對(duì)機(jī)床的動(dòng)態(tài)進(jìn)給也研究得很深，尤其是對(duì)加速度的研究。他們發(fā)現(xiàn)除了公差，對(duì)于加工時(shí)間影響很大的重要參數(shù)是機(jī)床的動(dòng)態(tài)量。定義機(jī)床動(dòng)態(tài)特性時(shí)常被引用的量是速度（V=s/t）和加速度（a=v/t）。加速度越高，機(jī)床到達(dá)其編程進(jìn)給速度的時(shí)間就越快。最大可達(dá)速度和加速度由整體傳動(dòng)鏈（電動(dòng)機(jī)、放大器、傳送帶、滾珠絲杠、編碼器、標(biāo)尺）和機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)以及載荷分配決定。在使用傳統(tǒng)的滾珠絲杠傳動(dòng)裝置時(shí)，配上工藝軟件，米克朗高速銑床各個(gè)軸上的加速度可達(dá)到14 m/s2。

該公司還有兩項(xiàng)專利智能軟件，一是高級(jí)工藝控制系統(tǒng)（APS），它能將振動(dòng)降低到最小水平，以延長(zhǎng)主軸的使用壽命，減少刀具的磨損和提高工件的表面質(zhì)量。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)保證了批量生產(chǎn)或單件加工中自始至終的加工質(zhì)量，并可降低生產(chǎn)者的總成本。

另一項(xiàng)是操作員輔助系統(tǒng)（OSS），使用者可以自行定義工件重量、材料和刀具路徑等。通過(guò)輸入刀具路徑，OSS就能夠在了解運(yùn)動(dòng)軌跡（長(zhǎng)直線路徑或方向快速變化的短路線運(yùn)動(dòng)）的情況下，進(jìn)一步自動(dòng)優(yōu)化機(jī)床動(dòng)態(tài)特性。

2 綠色制造將漸成機(jī)床發(fā)展的主流

所謂第三次工業(yè)革命，這是由互聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)通信技術(shù)與新能源的交匯所引發(fā)的，它將針砭前兩次工業(yè)革命所帶來(lái)的時(shí)弊去改進(jìn)、去創(chuàng)新，尤其是針對(duì)環(huán)境污染及資源浪費(fèi)問(wèn)題，因此綠色環(huán)保勢(shì)必定是今后發(fā)展的一大趨向。

就像航空和汽車制造業(yè)那樣，機(jī)床的輕量化國(guó)際上已關(guān)注很久了，西班牙和意大利等許多廠商在研發(fā)零部件材料方面也取得很大進(jìn)展，這次西班牙的達(dá)諾巴特在高端論壇上也作了發(fā)言。我國(guó)在機(jī)床輕量化結(jié)構(gòu)單元特征研究與靜態(tài)性能分析等方面成績(jī)卓著，大連機(jī)床和大連理工合作，論文也已在《制造技術(shù)與機(jī)床》月刊上發(fā)表過(guò)。

德馬吉-森精機(jī)及AG等都致力于節(jié)能減排機(jī)床的開發(fā)，在這方面馬扎克（MAZAK）的介紹比較詳細(xì)。

MAZAK提出，為了機(jī)床能對(duì)地球更友善，他們?cè)O(shè)計(jì)的高效主軸電動(dòng)機(jī)采用抑電消費(fèi)，LED的照明系統(tǒng)節(jié)電效果也較好；為了省電，液壓?jiǎn)卧獮殚g歇式運(yùn)行，以減少功率消耗，而主軸的冷卻單元，采用的是低噪聲逆變控制器，既降噪又省電；在潤(rùn)滑及冷卻細(xì)節(jié)，MAZAK也不放過(guò)，盡量減少氣體和油料的使用量，主軸軸承部位及導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)面都采用油脂潤(rùn)滑，并杜絕水和油混合使用。

在展會(huì)上，MAG亞太區(qū)總裁李黎先生向大家介紹了該公司開發(fā)的一套據(jù)稱是顛覆傳統(tǒng)方法的切削冷卻系統(tǒng)——“超低溫液氮冷卻切削技術(shù)”，他說(shuō)：“這一技術(shù)的推廣使用將對(duì)機(jī)床和刀具行業(yè)產(chǎn)生革命性的沖擊，高效和高壽命將使機(jī)床和刀具的消費(fèi)量降低，同時(shí)也會(huì)降低地球資源的消耗”。

金切機(jī)床在切削過(guò)程中所產(chǎn)生的切削熱，會(huì)導(dǎo)致刀具加工超硬材料時(shí)變得磨損快，故刀具消耗量也大，刀具消耗成本甚至可能超過(guò)機(jī)床的成本。而超低溫液氮冷卻切削技術(shù)的推出，可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)主軸中心和刀柄中心在刀片切削刃部的微孔中噴出液氮，刀具切削產(chǎn)生的熱量被液氮?dú)饣ㄒ旱姆悬c(diǎn)為零下320℃）的瞬間帶走，尤其是在超硬材料加工和復(fù)合材料加工上會(huì)有更好的效果，切削速度可以大大提高，刀具壽命也可以大大延長(zhǎng)。

該技術(shù)對(duì)于環(huán)境也友好，通常機(jī)床的冷卻液或冷卻油不僅污染環(huán)境，同時(shí)需要回收處理，油霧處理不好甚至?xí)霈F(xiàn)燃燒起火等不安全狀況，而氮?dú)馐前踩珰怏w，自然排放到空氣中沒有任何污染，也不需回收。

無(wú)獨(dú)有偶，日本牧野（MAKINO）從節(jié)能環(huán)保角度發(fā)明了一種水霧冷卻系統(tǒng)，它比油霧冷卻更進(jìn)了一步，因?yàn)橛挽F多少對(duì)環(huán)境有些影響，而水對(duì)人體、對(duì)環(huán)境沒有任何壞處。

這套水霧冷卻系統(tǒng)的原理是，采用高壓空氣和高濃稀釋的方式，將進(jìn)水進(jìn)行處理，最終達(dá)到高壓、高濃度和用量少的效果，對(duì)切削刀具冷卻，以實(shí)現(xiàn)高效率冷卻并起到節(jié)能環(huán)保之目的，故稱得上擁有完美平衡冷卻和潤(rùn)滑的特點(diǎn)。其參數(shù)如下：噴咀直徑Φ3.2 mm，長(zhǎng)徑比L/D=20，主軸轉(zhuǎn)速12 000 r/min，進(jìn)給量0.4 mm/r，水霧噴射量≤18 ml/h。

圖7 采用新穎潤(rùn)滑的牧野L2

牧野還在他們的L2臥加上（圖7），推出了一種微量精確潤(rùn)滑裝置，可以使?jié)櫥瑒┑氖褂昧拷档狡胀?rùn)滑系統(tǒng)的5%以下，節(jié)能減排、環(huán)保效果顯著。

此裝置包括氣量調(diào)節(jié)閥、水氣分離器、電磁閥、氣動(dòng)潤(rùn)滑泵（包括儲(chǔ)油箱）、油氣混合裝置、進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥及油氣流出口等部件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輕巧，工作可靠穩(wěn)定。

微量潤(rùn)滑噴油系統(tǒng)將壓縮氣體與極微量潤(rùn)滑液混合汽化,大大減少刀具磨損，提高加工質(zhì)量。該裝置適用于加工不銹鋼、鋁合金、銅合金等有色金屬以及特殊工藝和環(huán)保要求的黑色金屬加工的切削、攻絲、銑、鏜孔等需要潤(rùn)滑的地方，也可用于加工導(dǎo)管閥座、凸輪軸孔等特殊孔系的精準(zhǔn)潤(rùn)滑。

3 創(chuàng)新是機(jī)床發(fā)展的不懈動(dòng)力

發(fā)展是硬道理，當(dāng)今科技發(fā)明日新月異，同樣反映在機(jī)床創(chuàng)新上面。對(duì)專業(yè)觀眾來(lái)說(shuō)，可能更關(guān)心的是結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。

今年的MAZAK展臺(tái)上再次展出了柔性制造系統(tǒng)（圖8），但這條FMS是混線，與上屆展出的單線不同。所謂單線，即機(jī)床的品種規(guī)格基本相同；而混線即是多種機(jī)床搭配。

圖8 MAZAK-FMS

這條線由1臺(tái)高精度臥式加工中心HCN6800-II 和1臺(tái)Mazak第五代車銑復(fù)合加工中心INTEGREX i 630V以及帶有12個(gè)工作托盤的單層自動(dòng)物流系統(tǒng)組成，可進(jìn)行24 h無(wú)人化、自動(dòng)化加工。這一完美結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單工件及復(fù)雜曲面工件的高精度、高效率加工，能靈活應(yīng)對(duì)產(chǎn)品周期短的高柔性生產(chǎn)需求，為生產(chǎn)帶來(lái)革命性變化。網(wǎng)絡(luò)接口可與用戶的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)加工程序、加工信息相互傳遞，從而使整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享，使數(shù)據(jù)處理傳輸高速化。

MAZAK FMS的模塊化設(shè)計(jì)及可拓展性是該系統(tǒng)的又一大創(chuàng)意。FMS內(nèi)的各加工單元、自動(dòng)物流傳輸線、托盤庫(kù)、自動(dòng)排屑系統(tǒng)等均由總控臺(tái)控制，同時(shí)這些單元之間又可獨(dú)立運(yùn)行。加工中心與FMS系統(tǒng)各模塊可以靈活組合，具有極強(qiáng)的可拓展性。當(dāng)客戶的產(chǎn)品品種、產(chǎn)量等生產(chǎn)情況發(fā)生變化時(shí)不需要重新采購(gòu)新的FMS，只需很小一部分投資，通過(guò)對(duì)原有FMS進(jìn)行拓展即可輕松解決問(wèn)題。

廣東東莞環(huán)球機(jī)械WIM展出的五軸鉆銑復(fù)合機(jī)床（圖9），其結(jié)構(gòu)非常新穎特殊，這是在臥鏜基礎(chǔ)上將滑枕改成可進(jìn)行A軸回轉(zhuǎn)（+15°～-25°），同時(shí)還在滑枕前端附加了一個(gè)支架頭，可對(duì)工件進(jìn)行深孔鉆削加工。這臺(tái)專利產(chǎn)品尤為適合模具行業(yè)需要復(fù)合角度加工的零件，并有多種規(guī)格可供用戶選擇。

圖9 環(huán)球五軸鏜銑床

圖10 英賽五面加工中心

意大利英賽貝拉爾蒂股份公司以制造重型機(jī)床聞名于世。以往該公司的龍門加工中心在選用導(dǎo)軌時(shí)均采用靜壓導(dǎo)軌，而近年來(lái)開發(fā)的Atlas 1高速龍門加工中心，則采用了線性滾動(dòng)導(dǎo)軌（圖10）。英賽稱這種設(shè)計(jì)新概念為FDC(柔性設(shè)計(jì)概念)，即機(jī)床能作靈活配置，如可配置五軸聯(lián)動(dòng)頭，兩軸CNC萬(wàn)能機(jī)械頭，其技術(shù)參數(shù)可選45 kW/1 300 N·m/6 000 r/min，對(duì)于兩軸CNC萬(wàn)能銑頭采用電主軸時(shí)的參數(shù)為40 kW/280 N·m/1 500 r/min或60 kW/80 N·m/24 000 r/min。

這類機(jī)床在具有高剛性的前提下，又具有較高定位精度，完全可與靜壓導(dǎo)軌相媲美。在滑枕內(nèi)的機(jī)械主軸參數(shù)為60 kW/2 000 N·m/4 000 r/min，此時(shí)滑枕的最大伸出長(zhǎng)度為1 500 mm，機(jī)床還可以配有自動(dòng)附件頭庫(kù)和自動(dòng)換刀庫(kù)，高速龍門加工中心滑枕的最大行程可達(dá)2 000 mm，最大進(jìn)給速度可達(dá)40 000 mm/min。

牧野的臥式加工中心，其工作臺(tái)設(shè)計(jì)經(jīng)常翻花樣，在上一屆機(jī)床展上，他們把搖籃式轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)了個(gè)90°，繞B軸搖擺。這次展出的一臺(tái)L2立加，其搖籃式轉(zhuǎn)臺(tái)由兩個(gè)小搖籃組成，不僅可以大搖擺，還可單獨(dú)各自搖擺，故排屑效果特別好（圖11）。

圖11 牧野工作臺(tái)

牧野另一臺(tái)臥加，其轉(zhuǎn)臺(tái)是沿45°方向回轉(zhuǎn)的，這是考慮到裝拆工件方便，因?yàn)楫?dāng)臥式主軸處于加工垂直裝夾的工件位置時(shí)，工作臺(tái)另一端就處于水平狀態(tài)，因此工件就不需垂直裝卸了。

圖12 威力銘刀庫(kù)

瑞士館的威力銘-馬科黛爾，他們展出的308S五軸加工中心，其環(huán)形刀庫(kù)居然安置在機(jī)床的頂部，由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)上下。這種“抓取”型上層刀庫(kù)，除全面保護(hù)加工環(huán)境使其不受干擾（切屑、油、粉塵）外，還可通過(guò)刀庫(kù)安全門進(jìn)行后臺(tái)手動(dòng)更換刀具。由于刀具的更換是在刀庫(kù)底部進(jìn)行，故這種設(shè)計(jì)既節(jié)約空間，又便于操作，更減少裝刀時(shí)間。該刀庫(kù)最大可容納28把刀具，刀柄錐度為HSK-E32（圖12）。

德國(guó)GROB公司的GA550系列五軸臥式加工中心，其機(jī)床布局是主軸X、Z向運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)Y向垂直運(yùn)動(dòng)，但該圓形工作臺(tái)能作兩軸聯(lián)動(dòng)，B為360°，A為240°，工作狀態(tài)頗像人的手抓住工件去撫摸刀具那樣。機(jī)床定位精度0.006 mm，重復(fù)精度0.004 mm（ISO230-2），加工零件的表面粗糙度能達(dá)到1.6 μm（圖13）。

圖13 GROB臥加

復(fù)合加工當(dāng)然也是我們所關(guān)注的重點(diǎn)，瑞士斯達(dá)拉格集團(tuán)寶美公司(BUMOTEC)的S-191車銑插磨復(fù)合加工中心（圖14），是這次展會(huì)的靚點(diǎn)之一。該機(jī)床7軸數(shù)控，5軸聯(lián)動(dòng)，以銑削功能為主，兼?zhèn)鋸?qiáng)大車削、插削、磨削、槍鉆和旋風(fēng)車銑等加工功能。S-191裝刀主軸和工件主軸均采用轉(zhuǎn)速高、功率大的電主軸技術(shù)，配備一系列控制主軸恒溫及振功等功能的相關(guān)裝置，保證其高速運(yùn)行時(shí)的安全性及可靠性，核心的恒溫控制系統(tǒng)是寶美S-191的一大法寶。主軸功率15 kW，轉(zhuǎn)速達(dá)36 000 r/min；加裝氣動(dòng)超高速主軸，轉(zhuǎn)速最高達(dá)150 000 r/min，可以驅(qū)動(dòng)Φ0.8～80 mm直徑的砂輪，并且這些砂輪可以直接放入刀庫(kù)中。

圖14 S-191車、銑、插、磨加工中心

S-191采用直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)線性軸，快移速度達(dá)到62 m/min，直線電動(dòng)機(jī)是將電能直接轉(zhuǎn)變成直線機(jī)械運(yùn)動(dòng)的推力裝置，從而省去了通常電動(dòng)機(jī)的一些傳動(dòng)環(huán)節(jié)，使機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)鏈縮短為零，故沒有內(nèi)部機(jī)械摩擦，最大限度避免了傳統(tǒng)滾珠絲杠產(chǎn)生的間隙問(wèn)題，具有很高的動(dòng)態(tài)性能、移動(dòng)速度和軸加速度，精度更高。X/Y/Z行程為400 mm/200 mm/410 mm，3個(gè)旋轉(zhuǎn)軸(A，C和B）也都是力矩電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，快速分度達(dá)90 000°/min，免維護(hù)。S-191的智能化背主軸可以伸縮及立臥轉(zhuǎn)換，即在臥式和立式位置上都可以加工，這樣無(wú)論工件的正面還是反面加工都和裝刀主軸都不會(huì)產(chǎn)生干涉問(wèn)題。背主軸C和正主軸A通孔直徑最大Φ65 mm，功率15 kW，轉(zhuǎn)速6 000 r/min。單件加工時(shí)候可以裝配Φ140 mm卡盤。主機(jī)配備FANUC 31i-A5尖端納米級(jí)數(shù)控系統(tǒng)。

4 看不懂的未來(lái)機(jī)床

數(shù)控機(jī)床自上世紀(jì)50年代初誕生以來(lái)，迄今己有60多年了。那么這個(gè)數(shù)字控制的理念會(huì)不會(huì)發(fā)生變化呢？W3館中的貝加萊工業(yè)自動(dòng)化（上海）有限公司，總經(jīng)理肖維榮先生早在10多年前就斷言：“新一代開放的PLC將融合CNC并將最終替代它?！倍袼鼒?jiān)信這個(gè)觀點(diǎn)，因?yàn)镃NC完全可以變成PLC或工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中的一個(gè)模塊。

支撐其觀點(diǎn)的原委有3條：其一，這是迎合復(fù)合加工技術(shù)的需求，因?yàn)楝F(xiàn)代的機(jī)械制造業(yè)，產(chǎn)品的關(guān)聯(lián)技術(shù)越來(lái)越復(fù)雜，都會(huì)集成有CNC功能的運(yùn)動(dòng)控制。從更加廣泛的意義上講，即使一臺(tái)機(jī)器設(shè)備也不是獨(dú)立的，而將是一條生產(chǎn)線上的一部分。雖然我們看到的獨(dú)立的CNC機(jī)床依然存在，然而越來(lái)越多的CNC功能將被非機(jī)床機(jī)械所集成。

其二，是開放性需求。首先，信息化、數(shù)字化是制造業(yè)在產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)管理乃至企業(yè)管理的基本需求。向第三方設(shè)備開放接口并交互操作是要求CNC設(shè)備具備的條件。

其三，是個(gè)性化與大批量生產(chǎn)的需求。在現(xiàn)代化加工過(guò)程中，每一批訂單甚至每一臺(tái)機(jī)器都有客戶的個(gè)性化要求，這就意味著每一批訂單甚至每一臺(tái)設(shè)備的自動(dòng)化方案都要進(jìn)行定制。故一成不變的CNC系統(tǒng)自然是不能滿足要求的。獨(dú)立且封閉的CNC系統(tǒng)終將會(huì)退出舞臺(tái)。

其四，是迎合PLC為主的程控系統(tǒng)的發(fā)展需求。當(dāng)今以PLC為代表的程控系統(tǒng)，其功能之強(qiáng)大已經(jīng)使可編程邏輯控制器幾乎模糊了其本來(lái)的含義。程控系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成平臺(tái)，運(yùn)動(dòng)控制就是這個(gè)平臺(tái)的一個(gè)子系統(tǒng)。通用運(yùn)動(dòng)控制(Generic Motion Control)是面向機(jī)器全局運(yùn)動(dòng)控制的子系統(tǒng)，控制器可以靈活地由PC，PLC，HMI或驅(qū)動(dòng)器擔(dān)任，而控制對(duì)象也不局限于伺服電動(dòng)機(jī)，可以是液壓控制軸、異步電動(dòng)機(jī)、直線電動(dòng)機(jī)、扭矩電動(dòng)機(jī)，也不僅僅局限于定位控制，而是將傳統(tǒng)的邏輯、定位與同步控制、CNC插補(bǔ)、機(jī)器人、實(shí)時(shí)通信等融為一體，在一個(gè)架構(gòu)下實(shí)現(xiàn)機(jī)器的無(wú)縫連接。

故總結(jié)起來(lái)，數(shù)控系統(tǒng)在向多功能、個(gè)性化和開放性發(fā)展，逐漸成為了程控系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)。也就是說(shuō)，數(shù)控系統(tǒng)不再單單是數(shù)控系統(tǒng)，而是制造業(yè)自動(dòng)化的一部分，如果僅僅是數(shù)控系統(tǒng)，會(huì)變得沒有前途。

提起第三次工業(yè)革命，很多人會(huì)與3D打印聯(lián)在一起，甚至認(rèn)為第三次工業(yè)革命就是3D打印。

3D打印技術(shù)有很多種，大致有激光粉末成型法、熔融塑料成型法、光敏樹脂成型法等幾種，技術(shù)原理是無(wú)論何種成型法，都是采取原料加層方法形成3D物體，每次打印一層材料只有0.1～0.2 mm厚，與2維打印機(jī)相比，3D打印機(jī)多了一維，即Z軸，通過(guò)X-Y-Z軸的運(yùn)動(dòng)，將原料逐層堆積而成，如熔融塑料成型法，噴嘴噴出熔融的塑料絲，承物平臺(tái)作3維運(yùn)動(dòng)，即可堆積出3D實(shí)物（等于一層層粘上去）。

在這次展會(huì)中，香港寶力機(jī)械展出了兩臺(tái)三維打印快速成型機(jī)，在現(xiàn)場(chǎng)打印塑料零件。E4館英國(guó)雷尼紹RENISHAW公司，用一個(gè)櫥窗展出了許多金屬零件，甚至是鈦合金（圖15）。

雷尼紹的快速成型技術(shù)，也是包含了激光熔融、真空鑄造以及注塑成型等多項(xiàng)技術(shù)。激光熔融是全數(shù)字快速成型制造工藝，利用激光聚焦能量將金屬粉末熔化制成三維實(shí)體。

圖15 雷尼紹3D打印展品

圖16 作者和梁訓(xùn)瑄會(huì)長(zhǎng)

湊巧得很，筆者在展會(huì)期間的不同場(chǎng)合，遇上了梁訓(xùn)瑄（圖16）、于成廷和吳柏林等三位協(xié)會(huì)領(lǐng)導(dǎo)，并向他們討教了對(duì)增材制造的看法。他們不約而同地回答我說(shuō)，這是一項(xiàng)值得關(guān)注的新穎技術(shù)，但能否稱得上是機(jī)床，目前還不好說(shuō)，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)化術(shù)語(yǔ)亦尚未下定義，因此不妨留心關(guān)注。我國(guó)在這方面的研究成果也不少，高端金屬零件也能打印出來(lái)。

有趣的是于4月23日下午，在DMG-MORI SEKI新聞發(fā)布會(huì)上，森精機(jī)總裁在回答有關(guān)3D打印問(wèn)題時(shí)，其回答亦是所見略同，認(rèn)為這項(xiàng)新技術(shù)值得肯定，但沒表態(tài)要花大力氣去研發(fā)。

圖17 軌道銑磨車SF03-FFS-MOR-CHINA

當(dāng)然，在新的工業(yè)革命時(shí)期，憑借人的智慧，創(chuàng)新是無(wú)窮的，機(jī)床或?qū)⒆兊米屓藗冊(cè)絹?lái)越看不懂了。奧地利研制出的鐵道銑磨車（圖17），前面車輪是銑刀盤，把磨損的導(dǎo)軌銑平，后面的輪子上裝有砂輪，可將銑平后的軌導(dǎo)再修毛剌及磨光。

德國(guó)茲默曼Zimmermann則更為夸張，他們?cè)谡箷?huì)上貼出奧特曼機(jī)床的廣告（圖18），機(jī)器人的雙手可抓著兩個(gè)該公司獨(dú)創(chuàng)的A、B、C三軸聯(lián)動(dòng)銑頭，可隨心所欲地進(jìn)行任意加工。

圖18 奧托曼機(jī)床030

發(fā)展是硬道理，如果瞻望加工中心的前景，筆者始終認(rèn)為大隈公司的總結(jié)是相當(dāng)精辟的，他們說(shuō)今后的加工中心是SPACE CENTER，當(dāng)然這個(gè)SPACE不是指太空，而是5個(gè)詞頭的縮寫：

高速——SPEED，高效——POWER，高精度——ACCURACY，通訊-——COMMUNICATION，環(huán)?！狤COLOGY。

展海拾貝，只能掛一漏萬(wàn)；水平有限，難免謬誤成堆，歡迎大家不吝指正。最后愿我們一起努力，共同為中國(guó)機(jī)床的夢(mèng)想成真，繪上重彩一筆。