从JIMTOF2008日本机床展看机床的最新发展动向
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全球性汽车产业不景气的阴霆仍然笼罩着日本国内市场,JIMTOF 2008 (2008年日本国际机床展)正是在此背景下举办的。与上届展会(2006年)相比,观展人如曾加了10%左右。由于展会时间由8天缩减为6天,工作人员担心观展人数也将相应减少,但没想到出现了9万观众到场观展的盛况,在周五和周六,会场内更是挤得水泄不通。
全球性汽车产业不景气的阴霆仍然笼罩着日本国内市场,JIMTOF 2008 (2008年日本国际机床展)正是在此背景下举办的。
与上届展会(2006年)相比,观展人如曾加了10%左右。由于展会时间由8天缩减为6天,工作人员担心观展人数也将相应减少,但没想到出现了9万观众到场观展的盛况,在周五和周六,会场内更是挤得水泄不通。
由于日本国内制造业的订单数量得不到保障,前景不甚明朗,因此在设备投资上也趋于保守。但是,国内制造业靠先进的生产技术支撑,为了维持其先进水平,就必须收集最新的技术信息。此次展会的盛况正凸显出国内制造业者对先进技术的旺盛需求。本文着重介绍在此次展会上备受瞩目的最新机床及应用技术。

CNC复合加工机床、五轴数控加工中心

如今,国内制造业必须面向国际市场,通过缩短生产周期、合并加工工序等有效手段来合理使用生产设备,提高产能。CNC复合加工机床、五轴数控加工中心作为此次展会的重点机型,正是对应这种需求的生产设备,因此受到了极大关注。

图1 一次装夹切削大型零件的CNC复合加工机床(山崎马扎克)

图2 加工钻管内径等大型零件的CNC复合加工机床(森精机)

图3 用棒料加工小型零件的CNC复合加工机床(山崎马扎克)

图5 增加了车削功能的五轴数控加工中心(澳柯玛)

图7 装备了“热友好功能”的大型五轴加工中心(澳柯玛)

图8 高速铣削铝合金航空零件的大型五轴加工中心(牧野铁床)

图10 立铣加工螺旋齿轮的五轴加工中心(三井精机)

图12 加工航天航空、能源装备相关零件的大型五轴加工中心(三菱重工)

图14 采用五轴控制和直线驱动系统的五轴加工中心(DMG)

图15 低成本和多品种的CNC机床(美国哈斯)

图17 小型加工中心(兄弟工业)

图19 小直径刀具刀尖R研磨装置(MAGNETFINISH)

图21 超微细精密切削加工中心(沙迪克)

图22 每分钟16万转的超高速精密主轴(中西)

图24 面向超微细形状零件加工的电子束焊接机(三菱电机)
以往,CNC复合加工机床大多用于一次装夹的切削加工(图1)和深井钻探用管内径加工(图2)等大型零件的切削加工。而在此次展会上,展出了很多面向中小型零件加工的机床,并且演示了从棒料加工成多种形状的零件(图3)。由此看来,在零件加工方面,工序合并化的趋势正在加快。图4所示为增加了车削功能的由五轴加工中心构成的CNC 复合加工机床,它能对直径730mm、高500mm的较大型零件进行车削加工。

图4 增加了车削功能的五轴数控大型CNC复合加工机床(东芝机械)
图5所示为同样具有回转功能的五轴数控加工中心在一次装夹中完成对大型零件的车削和铣削加工。之前介绍了从大型到小型的五轴加工中心的很多机种,下面介绍可用于切削大型航空零件、具有钦合金切削识别功能和高扭矩动力轴等特殊设计的五轴加工中心的展示情况(图6)。为了达到高精度加工的目标,就必须控制大型机床的温度,但这在实际操作中很难实现。装备了“热友好功能”的大型五轴加工中心(图7)能在48小时内室温变化幅度为9 ℃的环境下,将尺寸变化控制在以往变化幅度的1/3~1/4之内。所谓“热友好”,是通过采用简单热变形的机械结构、尽量减少温度场分布和能正确进行热位秘井卜偿的系统等三项技术来实现的。由此说明,该机床已经实现了机床主体的热位移对应构造设计开发和环境热变形位移的控制技术。

图6 可切削大型航空零件的大型五轴数控加工中心(新日本工机)
在此次展会上,航空零件取代了以前的模具零件成为关注的焦点。图8展示的是大型五轴加工中心对航空零件(铝合金)进行高速铣削的情况。由于航空零件要从整块毛坯切削出所需形状,因此要求机床具备高效率、高精度的特点。图9所示的五轴加工中心是在门式结构基础上加上了倾斜漩转轴,其所有驱动轴(X、Y、Z轴)都采用了“双滚珠丝杠”、“双随动系统”和“双光栅尺”,力求加工轴具有很高的随动性、响应性、加工速度和精度。图10 展示了如何在五轴加工中心上用立铣刀铣削加工过去在滚齿机上用滚刀加工的螺旋齿轮。虽然用加工中心加工比用专用机床加工耗时略长,但能达到精简生产设备的效果。

图9 在门式结构基础上进行倾卿旋转加工的五轴加工中心(北村机械)

图11 五轴加工中心及其加工样品(山崎马扎克)
图11展示的也是五轴加工中心及其加工样品,该机床能在同一程序中完成复杂形状零件的切削。图12 是大型五轴加工中心演示情况,该机床能加工航天航空、能源装备等相关零件。图13 是五轴控制装置以及通过数控转台和迷你驱动装置进行五轴控制加工的清况。

图13 通过五轴控制装置进行数控加工(三菱电机)

各种机床的现场演示

除上述CNC 机床以外,下面介绍其他受到关注的机床及其加工样品。在此次展会上,来自欧美和周边诸国的参展商很多,他们分别以各自的技术特色受到关注。例如,图14展示的五轴加工中心采用了高性能五轴控制系统和直线电机驱动系统,具有独特的功能,吸引了很多客户。另外,图15是因低成本和机种类型丰富而引人注目的CNC 机床生产商展示情况,其产品有利于降低零件的加工成本。

图16 直线电机驱动的硬车削专机(KUMMER)
用立铣刀对淬硬钢进行高速铣削的加工技术已经普及。图16为采用“硬车削”技术,对以前需要磨削加工的淬硬钢轴类工件进行精车的情况。对拥有直线电机驱动的硬车削专机的介绍,让人感到淬硬钢的硬车削加工正走向正规化。图17展示的是在全球零件生产线上大量采用的小型加工中心,该机床的传送灵敏性等功能得到了很大提高,并使用了机器人自动化系统。图18是在立式内圆磨床砂轮轴热套座上安装的砂轮,以及由机器人控制的自动交换系统的现场演示。由于具有高精度、高稳定的特点,磨削用砂轮和热套座组合的使用范围正逐步扩大,备受瞩目。

图18 机器人控制的立式内圆磨自动交换系统(冈本工机)
图19是能对直径0.2mm以上小直径立铣刀及钻头等的刀尖R进行研磨、可提高沟槽部位表面粗糙度和精度的装置,它将赋予刀具高的切削性能。由于石墨电极的低能耗化,使减少电极的放电加工得以实现,CNC 放电加工正朝着削减电极数量、实现高效率和高精度的方向发展。图20展示了采用石墨电极低能耗电源装置的CNC 电加工机床的演示情况,可以说,我们已经迎来了放电加工的新时代。

图20 采用石墨电极低能耗电源装置的CNC电加工机床(沙迪克)

未来的生产技沁超微细精密切削技术

在电子工程、为巨讯、医疗等领域,零件的高性能和集约化不断进步,因此,微细直径立铣刀和相应的切削技术备受关注。立铣刀的微细直径范围已小至0.1mm 以下,且出现了最小直径为20µm 的CBN立铣刀等。图21是超微细精密切削加工中心的现场演示情况,以及圆锥形断面内径精确到纳米的切削加工样品。如今,切削加工已经可以精确到纳米级,这是为了满足超微细精密切削加工的市场需求取得的重大进展。

图23 反射板、导光板、非球面模具超精加工用五轴数控机床(长獭产业)
图22展示了每分钟16万转、且振动精度和Z方向热变位可控制在1µm以下的超高速精密主轴,这种主轴对于充分发挥高精密机床和微小直径刀具的特性是不可或缺的。图23是同时配备了五轴控制、最小分辨率1nm以及油静压导轨的超精密微细加工机床,适用于导光板和非球面透镜用模具的超精加工。图24 为面向微细形状零件加工的电子束焊接机,由于在真空中进行焊接,使实现变质层极少的精密焊接成为可能。
按照惯例,在IMTS(美国芝加哥制造技术展览会)之后举办的JIMTOF 虽然在观展人数上会超过前者,但由于美国市场和日本市场的差异,所展示的新技术和新产品的内容会有所不同。但是,此次JIMTOF的展出内容却与IMTS很相似,大型机床的展示占据了很大比例,这是以往没有过的情况。由此可以推测,机床展示内容已由从前主要以模具制造为目标转变主要面向航空器、建设机械等其他领域了。
这次展会同样吸引了很多来自韩国、中国、泰国等邻国和欧美国家的观众,大家都积极收集最新的技术资料。日本的CNC 机床、切削刀具以多沙卜围器具等的最新技术动向备受世界关注,同时,面向日本市场的海外机床厂商的技术研发也盛况空前。
本文作者:黄宁秋(译)
原载:《工具展望》2009年第6期
上载于:2012-5-21 19:21:54

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