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行業動態
從CIMT2021部分鉆削中心展品看相關技術發展趨勢

來源: 時間:2021-06-15 15:13:54 瀏覽次數:

第十七屆中國國際機床展覽會(CIMT2021)于2021年4月12-17日在北京成功舉行。筆者僅對展出的部分鉆削中心進行評述探討。

展品主要特點為:機床結構布局,類似立式加工中心,多數為十字滑臺式,也有龍門式(1臺);電機與傳動部件采用直聯式,響應快,振動小;主軸錐柄BT30;主軸采用陶瓷軸承,轉速進一步提升,大多主軸轉速在12000-24000r/min;主電機功率一般為3.7-5.5kW,個別型號也有7.5 kW和10.1kW;三軸(X、Y、Z)滾動導軌和滾珠絲杠,響應速度快,運動平穩,利于實現高速運動,快速進給48-60m/min;三軸(X、Y、Z)行程基本在500/400/350mm,個別型號為1000/600/350mm(龍門式);工作臺尺寸(620-700)mm×(400-600)mm,個別1200mm×600mm(龍門式),負荷250-400kg;定位精度0.005-0.008mm,重復定位精度0.003-0.006mm;基本上采用轉塔式刀庫,刀數在16-21把,個別14把;換刀動作通過Z軸的升降同時完成,節約換刀時間,換刀時間分別為0.7-1.6s(T-T),1.3-2.4s(C-C)。數控系統采用發那科、三菱的較多,有些產品配置了自行開發的系統。筆者也了解到,境內很多企業與華中數控緊密合作,開發了自己的數控系統。機床全重2250-3500kg,個別款型(龍門式)6000kg;占地面積1600mm×2600mm,個別款型(龍門式)2760mm×2600mm。

1.部分展品介紹

(1)深圳市創世紀機械有限公司(簡稱臺群精機)

展品為T-500B 高速鉆攻機。

該機床鑄件采用對稱結構、熱平衡設計方法,改善結構熱變形,有利于提高機床熱穩定性。大型立柱,大跨距底座,六點支撐結構,提高了高速位移時的剛性及抗振性,有利于加工過程的良好穩定性。機床大傾斜排屑角度,有效提升排屑效果,加快切削液的回流速度。底座與寬型立柱基座采用米漢納(Meehanite)鑄鐵,其特殊的金相結構和嚴格的制程控制,使其具有良好力學性能(強度、剛度等),不易扭曲變形。

低慣量主軸電機與低慣量主軸采用直聯式驅動。響應速度快,降低高速攻牙時皮帶傳動所造成的誤差,延長刀具壽命;主軸采用陶瓷滾珠軸承,延長主軸使用壽命。主軸從0加速到15000 r/min只要0.8s,大幅提升主軸應答能力,縮短在剛性攻牙過程中所需大量加減速動作的反應時間;攻牙時可以達到4000r/min(加速時間只要0.3s),大幅提高攻牙效率。




X、Y、Z三軸為滾動直線導軌;消除間隙的滾珠絲杠;采用伺服電機,三軸加速度達到1.5/1.2/1.1G,短距離移動時更能縮短定位時間。快移速度48m/min,節省了加工時間,提高加工效率。

轉塔式刀庫,刀具交換裝置由凸輪式驅動機構,通過Z軸移動完成換刀過程,換刀速度快。

主要參數:工作臺尺寸 620mm×400mm,行程(X/Y/Z)500/400/320mm,主軸錐孔BT30,主軸轉速50-24000r/min,快速進給60m/min(面訪數據,樣本為48m/min),主電機功率3.7/5.5kW,刀庫容量21把,換刀時間分別為1.2s(鄰刀)和2.0s(遠刀),定位精度0.006mm,重復定位精度0.004mm,工作臺最大負荷250kg。

(2)舒能數控機床有限公司(簡稱舒能數控)

展品為SNSK T600高速鉆攻中心。

該機強度高,剛性、減震性、耐磨性好,基礎零部件可在較長時間內保持較好初始精度。

主軸電機與主軸采用直聯式,低噪音,低震動,主軸響應速度快,便于實現高速切削,高精度線性滾動導軌和滾珠絲杠。

三軸快速進給48m/min,三軸工作進給24m/min,主電機功率3.7/5.5 kW,刀庫容量16把,定位精度0.008mm,重復定位精度0.006mm,工作臺最大負荷300kg。

(3)深圳市興富祥科技有限公司(Henfux)

展品為HSVTP -500T高速鉆攻中心。

該產品床身、箱體等主要鑄件采用米漢納鑄鐵并經時效處理,結構堅固且不易變形。 主電機和主軸采用直聯式,響應快,振動小。高速主軸采用陶瓷軸承,主軸轉速20000 r/min。

X、Y、Z各軸均采用直線滾動導軌,預拉伸的滾珠絲杠,以消除熱變形的誤差。高剛性結構設計,提供足夠的穩定性,適用于高速運動和加工,高速進給48m/min。

采用轉塔刀庫,刀庫座采用鑄造鋁合金,重量輕,韌性好,不易折斷、變形。運動慣量小,有利于換刀時的快速運動。

主要參數:工作臺尺寸650mm×400mm,行程(X/Y/Z)500/400/330mm,主軸錐孔BT30,主軸轉速20000r/min,快速進給48m/min,切削速度30 m/min,主電機功率2.2/3.7 kW,刀庫容量16把,換刀時間1.3s,定位精度0.008/300mm,重復定位精度0.005/300mm,工作臺最大負荷250kg。

(4)南通中南智能科技有限公司(簡稱中南智能)

展品為T6鉆攻中心。

該產品為床身寬幅跨距結構,滑臺移動平穩,可承受重切削。電機與主軸采用直聯式,采用3.7/5.5KW高轉矩電機,主軸錐孔為BT30,主軸轉速20000r/min。

X、Y、Z三軸采用高強度重切削線性滾動導軌及預拉伸方式處理的滾柱絲杠,有利于提高移動效率,減少熱變形。三軸快速進給48m/min。

轉塔式前置刀庫,容量16把。滿足不同需求。

緊湊的外型尺寸設計,縮小了占地面積,提高廠房的空間利用率。

主要參數:工作臺尺寸700mm×400mm,行程(X/Y/Z)600/400/320mm,主軸錐孔BT30,主軸轉速20000r/min,快速進給48m/min,主電機功率3.7/5.5kW,刀庫容量16把,定位精度0.008mm,重復定位精度0.005mm,工作臺最大負荷250kg。

(5)廣東潤星科技有限公司(簡稱潤星科技)

展品為HS-500T高速鉆攻加工中心。

該產品床身、立柱等主要零件通過機床動力分析和有限元分析,幾何結構優化,抗振性、熱穩定性較好。采用高強度鑄鐵,更加堅固;樹脂砂工藝鑄造,變形小,外形美觀。

主軸與主電機及 X、Y、Z 三軸驅動系統均采用直聯式傳動,響應快,振動小。精密滾珠絲杠及滾珠導軌,提高啟動速度,確保傳動效率。快速進給達60m/min。

采用伺服驅動轉塔式刀庫,雙機械滾輪機構完成換刀,換刀時間短。

主要參數:工作臺尺寸650mm×400mm,行程(X/Y/Z)500/400/300mm,主軸錐孔BT30,主軸轉速24000r/min,快速進給48m/min,切削速度1-20m/min,主電機功率3.7/5.5 kW,刀庫容量21把,換刀時間分別為1.6s(T-T)和2.4s(C-C),定位精度±0.005/300mm,重復定位精度±0.003/300mm,工作臺最大負荷300kg。

(6)山東蒂德精密機床有限公司(簡稱蒂德精機)

展品為VT60B龍門式高速鉆攻中心。

該機床身等支撐件采用人造花崗巖,熱穩定性、抗振性能均較好。因鑄成后基本不再加工,加工殘余應力小。

機床總體布局為龍門式,工作臺沿床身做Y向運動。滑座在橫梁上做橫向X軸運動,主軸箱在滑座上做Z軸的上下移動,有效避免了運動部件的懸伸,具有更高的剛性和精度。

主電機與主軸采用直聯驅動,主軸響應快,振動小。絲杠由大扭矩交流伺服電機通過直聯驅動,保證機床高動態性。采用預拉伸靜音精密絲杠,定位精度高,利于實現快速定位。X、Y、Z三軸采用高剛性線性導軌支撐,可承受較重負荷,快速移動。

主要參數:工作臺尺寸1200mm×600mm,行程(X/Y/Z)1000/600/350mm,主軸錐孔BT30,主軸轉速12000r/min,快速進給60m/min,主電機功率3.7/7.5kW,轉塔式刀庫容量21把,定位精度0.008/全長,重復定位精度0.005/全長,工作臺最大負荷400 kg。

(7)兄弟機械商業(上海)有限公司(Brother)

2款展品,分別為SPEEDIO S500×2 緊湊型加工中心和SPEEDIO W100×d1。下面以SPEEDIO S500×2為例介紹。

該機以長期積累的技術數據為基礎,分析、設計產品的結構,從而改善機床剛性、抗振性、重切削能力。高加減速、低慣量主軸電機與主軸采用直聯式,振動小。高加減速主軸電機的采用,使主軸能在短時間內啟動和停止,反應迅速。

采用高性能電機實現中高速切削時的高效率,低速切削時的高負荷。下圖分別為標準式樣的溝槽加工(切削量150cc/min,材質S45C,刀具Ф16端銑刀)和高扭矩的大孔徑加工(孔徑Ф40mm,材質S45C)。

三軸采用滾動導軌和滾珠絲杠,阻尼小、響應快;Z軸加速度2.2G,Z軸升降的高加速、高響應,能實現較少的循環時間,提高生產效率。

改良了無傳感器的熱變位修正系統,實現了更穩定的修正。

刀庫動作優化,利用無停頓的ATC代碼(G100),在Z向不停止的狀態下,完成刀具的交換。且在Z向移動更換刀具的同時進行X、Y軸和附加軸的定位,換刀時間0.7s(T-T)、1.3s(C-C)。不僅使刀具交換時間大幅縮短,還進一步壓縮了其他非加工時間。

采用高效率電機、節能泵、LED燈等節能裝置,減少電能的消耗;優化空氣回路,調節送氣時間,在保證粉塵去除能力的同時,減少空氣消耗量,從而減少了CO2的排放,更有利于“碳達標”。

主要參數:工作臺尺寸600mm×400mm,行程(X/Y/Z)500/400/300mm,主軸錐孔BT30,主軸轉速10000r/min,快速進給(X/Y/Z)50/50/56m/min,切削速度1-30000mm/min,主電機功率10.1/7.1kW,刀庫容量14把,刀具最大長度250mm,刀具最大直徑110mm,刀具最大重量3kg,換刀時間分別為0.7s(T-T)和1.3s(C-C),各軸雙向定位精度0.006-0.02mm,各軸雙向重復定位精度0.004mm,工作臺最大負荷250kg;機床占地1560mm×2223mm×2794mm,機床重量2250kg。

2.發展趨勢

從本屆展會的部分展品來看,鉆削中心形成以下發展趨勢:

(1)結構布局多樣化,采用熱補償技術,廣泛采用預拉伸絲杠。

(2)新材料的推廣和使用。陶瓷(軸承)、人造花崗巖、米漢納鑄鐵在支撐件和主要鑄件的應用,體現了材料對機床性能的積極影響。嚴格講,米漢納鑄鐵并非“新”材料,國內稱之為密烘鑄鐵,它由美國米漢納公司享有專利。指在鐵水中加入孕育劑(如:矽化鈣等),使金相組織更細密,既有灰鑄鐵的減震性又有球墨鑄鐵的高強度和耐磨性特點。相當于250灰鐵,屬于孕育鑄鐵。從原材料選擇,熔爐設備的設計與操作,造模方法與澆、冒口設計,爐前鐵水管治,清箱及后處理,鑄件檢驗步驟,提供確實的且數據化管理方法,保證鑄件的均質性,無瑕疵,達到合格的物理、力學性能等,各環節有嚴格的制程要求,需經過有關方面的認證才能標注。如果我們的材料制造過程也能實現上述的過程控制,也一定能生產出高質量材料,從而使機床性能得到有力提升。

(3)機床設計中引入節能減排的理念。采用節能器件,優化過程控制,從而減低能耗和CO2排放。這方面有些境外企業做得較好。

(4)伺服轉塔刀庫。由于特殊結構和工作原理,換刀時間將更短,0.7s(T-T),1.3s(C-C)。并且換刀時各坐標可同步運動。

(5)可帶APC,可搭載回轉工作臺加工空間分布的孔系,配合物流系統及(或)機器人組建生產線。

(6)高生產效率。通過優化主軸及相關部件、刀具、切削參數提高材料切除率,主軸轉速24000r/min;利用點位加工的特點,注重采用具有高加減速性能的電機,提高快移速度、加速度,減少輔助時間,速度已到60m/min,加速度(X/Y/Z)1.5/1.2/1.1G,境外有的產品Z軸加速度達2.2G。

(7)位置精度的評定方法更多的采用VDI或ISO標準,使結果更可靠;定位精度更高,500行程0.006mm,重復定位0.004mm。原JIS標準的評定方法使用較少了。

(8)某些廠家開始自主或合作研發數控系統。

(9)應用范圍更加廣泛。除機械行業外,在手機、PC機、通訊設備等領域的應用日益廣泛,加工對象不再拘泥于金屬。

近年來,隨著社會需求的不斷擴大和加深,此類機床得到迅猛發展,生產企業不斷增多,生產規模逐年擴大,特點更加明顯,功能進一步優化。今后,此類機床將繼續保持點位加工、小規格(占地和行程)、鉆銑負荷輕、速度快,即:“點、小、輕、快”的基本特征。

(來源:中國機床工具工業協會cmtba)

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