第十三屆中國數(shù)控機(jī)床展覽會(huì)特種加工機(jī)床評(píng)述

　　引用論文:
 

　　CCMT2024特種加工機(jī)床評(píng)述組*. 第十三屆中國數(shù)控機(jī)床展覽會(huì)特種加工機(jī)床評(píng)述[J]. 電加工與模具，2024(3)：15-24.
 

　　DOI: 10.3969/j.issn.1009-279X.2024.03.002
 

　　1評(píng)述背景
 

　　由中國機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)主辦的第十三屆中國數(shù)控機(jī)床展覽會(huì)(CCMT2024)于2024年4月8日至12日在上海新國際博覽中心隆重舉辦。本屆展會(huì)以“聚焦——數(shù)字·互聯(lián)·智造”為主題，展出總面積達(dá)20萬平方米，吸引了全球28個(gè)國家和地區(qū)近2 000家機(jī)床工具制造廠商參展，充分體現(xiàn)了全球機(jī)床工具行業(yè)正以更堅(jiān)定的步伐、更清晰的方向，邁向更加廣闊的未來。眾多世界知名機(jī)床工具制造商展示了最新技術(shù)和產(chǎn)品，其中特種加工機(jī)床(包括電加工機(jī)床、激光加工機(jī)床、增材制造機(jī)床等)參展廠商近60家、展示產(chǎn)品130多臺(tái)(套)。展會(huì)期間，中國機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)特種加工機(jī)床分會(huì)和中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)特種加工分會(huì)邀請(qǐng)專家組成評(píng)述組，通過現(xiàn)場觀摩、資料收集以及與參展廠商的技術(shù)交流，并結(jié)合特種加工機(jī)床的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)和市場需求，撰寫了本評(píng)述報(bào)告。
 

　　2展品種類
 

 

　　1   電加工機(jī)床
 

　　本屆展會(huì)期間，有12家國內(nèi)外廠商展出23臺(tái)數(shù)控電火花成形機(jī)床、1款電火花專用CAM軟件和3臺(tái)(套)自動(dòng)化單元，參展產(chǎn)品在性能的成熟度、可靠性、穩(wěn)定性和功能的自動(dòng)化等方面均有提升；有6家國內(nèi)外廠商展示了6臺(tái)單向走絲電火花線切割機(jī)床，18家企業(yè)展出了37臺(tái)具有多次切割功能的往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)床(俗稱“中走絲”機(jī)床)，機(jī)床的加工性能、自動(dòng)化水平、產(chǎn)品外觀質(zhì)量等方面都有了長足進(jìn)步。
 

　　1.1   數(shù)控電火花成形機(jī)床
 

　　(1)新品新技術(shù)特點(diǎn)突出。與2023年在北京舉辦的中國國際機(jī)床展覽會(huì)相比，本屆展會(huì)展出的幾款新產(chǎn)品呈現(xiàn)了新的技術(shù)特點(diǎn)。
 

　　(2)自動(dòng)化和產(chǎn)線化明顯。近年來，以電火花成形機(jī)床為主體的自動(dòng)化單元和產(chǎn)線逐漸成為熱點(diǎn)。本次展會(huì)有10家企業(yè)展示了配置自動(dòng)升降工作液槽、快換精密夾具、ATC刀庫和機(jī)械手等單元部件的電火花成形機(jī)床，為以后形成自動(dòng)化加工單元或組成自動(dòng)化產(chǎn)線打下基礎(chǔ)。與此同時(shí)，制造商越發(fā)重視機(jī)床設(shè)計(jì)，比如對(duì)床身和重要部件采用有限元技術(shù)分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)；采用高剛性、低熱膨脹系數(shù)的鑄造材料，以減少因熱變形造成的精度波動(dòng)。閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)已成為大多數(shù)中高端機(jī)型的標(biāo)配，定位精度較高。部分參展廠商引入人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和CAM等技術(shù)，在自動(dòng)監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制及易于編程等方面提高了機(jī)床的自動(dòng)化、智能化水平。
 

　　(3)加工性能指標(biāo)不斷提高。參展展品能針對(duì)用戶實(shí)際需求，通過大量工藝試驗(yàn)優(yōu)化工藝參數(shù)、工藝路線和控制策略，有效提高加工精度、降低加工表面粗糙度。
 

　　(4)數(shù)控系統(tǒng)功能日趨完善。近年來，我國特種加工機(jī)床企業(yè)在數(shù)控系統(tǒng)方面積極創(chuàng)新研發(fā)，自主創(chuàng)新能力也得到提升。本次展會(huì)上，國內(nèi)參展機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)大多數(shù)基于Windows操作系統(tǒng)而自主研發(fā)或合作開發(fā)，具有數(shù)控軸聯(lián)動(dòng)、三維搖動(dòng)加工、螺距補(bǔ)償、自動(dòng)回加工起始點(diǎn)、原軌跡回退、自動(dòng)調(diào)取加工參數(shù)和抬刀自適應(yīng)等控制功能，人機(jī)界面友好，易于操作。
 

　　1.2   電火花微小孔加工機(jī)床
 

　　(1)結(jié)構(gòu)形式和配置更趨科學(xué)合理。經(jīng)過多年的優(yōu)化改進(jìn)，電火花微小孔加工機(jī)床的結(jié)構(gòu)形式趨向于工作臺(tái)固定的雙轉(zhuǎn)軸牛頭式結(jié)構(gòu)，并配置了高精度旋轉(zhuǎn)頭和電極扶持器。
 

　　(2)控制功能和加工性能日趨完善。從展品來看，多軸數(shù)控電火花小孔加工機(jī)床控制功能和加工性能日趨完善，能更好地滿足用戶需求。
 

　　(3)加工范圍和應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步拓展。隨著新型發(fā)動(dòng)機(jī)葉片簸箕孔、化纖噴絲板噴孔等異形孔的加工需求大幅度增加，各廠商在電火花小孔加工機(jī)床上開發(fā)了相應(yīng)的功能模塊以及相應(yīng)的工藝數(shù)據(jù)庫和專家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了異形孔的高效率高質(zhì)量加工。
 

　　1.3   數(shù)控電火花線切割機(jī)床
 

　　1.3.1   單向走絲電火花線切割機(jī)床
 

　　(1)高精度及高加工性能。采用低熱變形礦物質(zhì)床身、AI熱位移補(bǔ)償技術(shù)以及通過保護(hù)罩內(nèi)空氣流通和冷卻工作液在床身內(nèi)循環(huán)等手段均衡調(diào)節(jié)機(jī)床內(nèi)部溫度，減小由于溫度的變化而導(dǎo)致的機(jī)械變形，并配置高精度伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)和高分辨率位移傳感器，從而獲得機(jī)床高精度和高加工性能。
 

　　(2)連續(xù)無人加工實(shí)現(xiàn)高運(yùn)轉(zhuǎn)效率。不斷完善和優(yōu)化自動(dòng)穿絲技術(shù)，可進(jìn)行大厚度穿絲和水中穿絲。將型芯在任意指定位置焊接在型腔中的“加工型芯熔合技術(shù)”和將型芯切割為料渣的“無芯加工技術(shù)”的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)型腔的高效連續(xù)自動(dòng)加工。
 

　　(3)自動(dòng)化產(chǎn)線管理提高可用性。由多臺(tái)機(jī)床、檢測設(shè)備、料庫、機(jī)械手等組成自動(dòng)化生產(chǎn)線，通過車間管理軟件進(jìn)行集中監(jiān)控和管理，實(shí)時(shí)監(jiān)測加工過程、放電狀態(tài)以及自動(dòng)化流程，對(duì)偏離標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警及采取對(duì)應(yīng)措施。甚至將物聯(lián)網(wǎng)管理納入產(chǎn)線內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)任務(wù)管理與動(dòng)態(tài)調(diào)度、進(jìn)度監(jiān)控與信息提取、數(shù)控編程與工藝參數(shù)優(yōu)化支持、加工程序傳送和質(zhì)量信息采集與分析等多維度綜合管理。
 

　　1.3.2   往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)床
 

　　(1)加工性能指標(biāo)提升。近年來，在大電流切割、納秒級(jí)脈沖電源、細(xì)絲切割、加工狀態(tài)實(shí)時(shí)檢測及自適應(yīng)控制技術(shù)等方面取得了較大進(jìn)步，表面粗糙度和加工效率有了進(jìn)一步提升，最佳加工表面粗糙度可達(dá)Ra 0.4 µm。
 

　　(2)新技術(shù)應(yīng)用更受重視。將主機(jī)精度、消除電極絲張力變化及抖動(dòng)對(duì)切割表面質(zhì)量的影響作為重點(diǎn)研究方向，并及時(shí)移植到產(chǎn)品上。機(jī)床結(jié)構(gòu)部件采用礦物質(zhì)材料，提高機(jī)床精度的穩(wěn)定性和保持性；進(jìn)一步優(yōu)化張力控制系統(tǒng)，保證在不同工件材料、不同厚度和不同加工狀態(tài)情況下電極絲張力的穩(wěn)定性，從而獲得較高的加工精度，切割150 mm厚工件的腰鼓度≤3 µm。
 

　　(3)自動(dòng)化水平明顯提升。近年來自動(dòng)穿絲、工作液槽自動(dòng)升降技術(shù)在“中走絲”機(jī)床上得到廣泛應(yīng)用，已有多臺(tái)“中走絲”機(jī)床與機(jī)器人組成的產(chǎn)業(yè)化自動(dòng)生產(chǎn)線在用戶單位落地使用，明顯地提升了“中走絲”機(jī)床的自動(dòng)化技術(shù)水平。
 

　　(4)快速應(yīng)對(duì)市場新需求。如今，在大型壓鑄、塑膠模具加工和3D金屬打印件基板切割以及核電、航空航天等領(lǐng)域大尺寸零件加工中應(yīng)用“中走絲”機(jī)床的場景越來越多。制造廠家快速響應(yīng)市場新需求，開發(fā)出大行程、重載并能加工高厚度零件的“中走絲”機(jī)床。
 

　　2   激光加工及增材制造機(jī)床
 

　　本屆展會(huì)激光加工及增材制造機(jī)床的展商近30家、展品近50臺(tái)。整體來看，國內(nèi)激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展越發(fā)有活力，激光工藝軟件及其CAM軟件的自主研發(fā)逐漸成為主流，光纖激光器功率技術(shù)與相配的光學(xué)元器件技術(shù)不斷突破，激光加工裝備的工藝能力、光機(jī)電協(xié)同控制、模塊化和智能化不斷進(jìn)步，特別是大功率激光加工裝備的發(fā)展勢頭喜人，進(jìn)一步向自動(dòng)化、智能化、定制化方向發(fā)展。
 

　　2.1   激光切割機(jī)床
 

　　隨著超快激光器的快速發(fā)展，激光切割機(jī)床可對(duì)難加工材料如陶瓷、藍(lán)寶石和玻璃等進(jìn)行高精度加工，擴(kuò)展了激光切割在微電子和消費(fèi)電子行業(yè)的應(yīng)用。三維激光切割機(jī)和超大功率激光切割機(jī)的出現(xiàn)，部分替代了傳統(tǒng)的火焰切割、等離子切割、高壓水切割等傳統(tǒng)切割工藝。從本屆展會(huì)激光切割機(jī)床的技術(shù)參數(shù)和技術(shù)特點(diǎn)來看，高動(dòng)態(tài)特性和萬瓦級(jí)激光器成為激光切割機(jī)床的標(biāo)配，機(jī)床的智能化趨勢明顯。大功率激光切割在切割速度、應(yīng)用成本、能量轉(zhuǎn)換效率和材料適應(yīng)性等方面具備綜合優(yōu)勢，此次展出的激光切割設(shè)備普遍配置了20、30、40 kW級(jí)激光器，部分切割機(jī)可配置80 kW激光器。得益于先進(jìn)的結(jié)構(gòu)形式與新材料的應(yīng)用，激光切割機(jī)床普遍采用直驅(qū)直聯(lián)的驅(qū)動(dòng)方式，在動(dòng)態(tài)特性方面表現(xiàn)優(yōu)異，使機(jī)床可實(shí)現(xiàn)較高的轉(zhuǎn)速、線速度、加速度或高頻動(dòng)作，進(jìn)一步提高其加工效率。
 

　　2.2   管材激光切割機(jī)床
 

　　管材激光切割機(jī)床專用于切割圓管、方管等。從眾多展品的技術(shù)參數(shù)和技術(shù)特點(diǎn)來看，加工精度不斷提高，模塊化、自動(dòng)化、智能化方面進(jìn)步顯著。廠商針對(duì)管材切割應(yīng)用場景，開發(fā)了高柔性的半自動(dòng)/全自動(dòng)上料模塊、半自動(dòng)/全自動(dòng)下料模塊、伺服托料模塊、生產(chǎn)監(jiān)控模塊、上下游數(shù)據(jù)交換模塊和管材內(nèi)壁除渣模塊等，并可根據(jù)客戶要求定制全自動(dòng)管材切割產(chǎn)線。
 

　　2.3   激光精密加工機(jī)床
 

　　隨著超快激光技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，皮秒、飛秒等超快激光加工憑借其超越衍射極限的加工精度和極高能量密度等特點(diǎn)在硬質(zhì)合金、金剛石、陶瓷、藍(lán)寶石、半導(dǎo)體材料及各種纖維復(fù)合材料等難加工材料的高精度、高效率加工中占有越來越重要的地位，在醫(yī)學(xué)、微納加工和航空航天等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。
 

　　2.3.1   水導(dǎo)激光加工機(jī)床
 

　　水導(dǎo)激光加工是先將大功率脈沖激光束耦合至水射流，后作用于工件表面進(jìn)行加工，在保證加工精度的同時(shí)無需進(jìn)行激光聚焦和距離控制。水導(dǎo)激光加工適用于無錐度孔的制備，水射流可降低脈沖激光加工對(duì)材料的熱損傷、提高切割邊緣的均勻性、有效避免激光燒蝕后的熔融物附著于加工表面。水導(dǎo)激光加工機(jī)床的核心技術(shù)在于水射流水柱的直徑和長度。近年來，水導(dǎo)激光加工機(jī)床的應(yīng)用領(lǐng)域逐步向精密精工領(lǐng)域靠攏，隨之而來，水柱直徑不斷縮小、水柱長度不斷增加、光路同步控制性能不斷增強(qiáng)。目前市面上的水導(dǎo)激光加工機(jī)床，其制備微孔和深孔的能力不斷提升，配合運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)任意錐度的制孔。
 

　　2.3.2   五軸超快激光加工機(jī)床
 

　　為滿足日益增長的三維異形構(gòu)件加工需求，五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床與超快激光加工系統(tǒng)的集成可在發(fā)揮超快激光精密加工能力的基礎(chǔ)上增大加工范圍，適用于曲面、復(fù)雜型面零部件的鉆孔、焊接、切割、微結(jié)構(gòu)加工和紋理加工。從展品來看，刀具加工是五軸超快激光加床的主要應(yīng)用方向，而五軸聯(lián)動(dòng)加工系統(tǒng)與超快激光加工系統(tǒng)的集成、專用CAM軟件和面向不同應(yīng)用場景開發(fā)的功能模塊則是各廠家五軸超快激光加工機(jī)床的核心技術(shù)。
 

　　2.4   激光增材制造機(jī)床
 

　　激光增材制造技術(shù)為輕量化、超強(qiáng)韌、耐極端載荷和超強(qiáng)散熱等新型結(jié)構(gòu)制造提供了新的解決方案，受益于該技術(shù)的優(yōu)勢特點(diǎn)，激光增材制造機(jī)床備受制造業(yè)青睞。觀摩展出的激光增材制造裝備發(fā)現(xiàn)，激光選區(qū)熔化技術(shù)(SLM)仍是主流增材制造技術(shù)，更多的激光光束與智能化監(jiān)測控制系統(tǒng)的集成成為激光增材制造機(jī)床的發(fā)展趨勢。其中，多光束技術(shù)提高了工件成形速度、增加了材料沉積率、改善了表面質(zhì)量；智能化監(jiān)測系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測成形過程中的缺陷、溫度變化和材料性能，有助于提升產(chǎn)品質(zhì)量和一致性。
 

　　4結(jié)束語
 

　　特種加工機(jī)床作為工業(yè)母機(jī)的重要品類，是精密加工的關(guān)鍵設(shè)備，其技術(shù)進(jìn)步與市場需求息息相關(guān)。從CCMT2024來看，隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新和市場的不斷擴(kuò)大，國內(nèi)外廠商推出了各具特色的電火花加工、激光加工等特種加工機(jī)床，不乏創(chuàng)新技術(shù)和亮點(diǎn)，能滿足不同行業(yè)的加工需求。特別是，高功率激光、超短脈沖激光、納秒激光等新激光技術(shù)的發(fā)展，提高了加工的速度、精度和質(zhì)量，使激光加工的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展；激光增材制造技術(shù)從宏觀到微觀層面都充分發(fā)揮出構(gòu)件優(yōu)化設(shè)計(jì)優(yōu)勢，進(jìn)一步促進(jìn)了多尺度結(jié)構(gòu)、復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在航空航天和高端裝備等領(lǐng)域的應(yīng)用。CCMT2024賦予行業(yè)信心，相信在智能制造和高質(zhì)量發(fā)展的大背景下，隨著工業(yè)領(lǐng)域從傳統(tǒng)制造向高端制造轉(zhuǎn)型，特種加工裝備的前景廣闊，必將迎來更為廣泛的應(yīng)用。
 

　　評(píng)述組成員
 

　　吳強(qiáng)(組長)、盧飛星、張寶華、伏金娟、榮佑民、顧琳、丁連同、盧智良、徐均良、王應(yīng)、王曉娟。