CIMT2017国内外五轴联动机床评述

北京机电院机床有限公司 邵 璟

CIMT2017国内外五轴联动机床评述

北京机电院机床有限公司 邵 璟

由中国机床工具工业协会主办的第十五届中国国际机床展览会（CIMT）于2017年4月17～22日在北京国际展览中心举行。依据当前经济形势，展会的主题设定为“新需求·新供给·新动力”，意在严峻挑战中谋求新机遇，迎接新未来。而6天展会的隆重举行，也恰如其分地诠释了展会主题，在13.1万平米的展馆里，来自28个国家和地区的1639家参展商汇聚一堂，在金属切削机床、数控系统、功能部件及配套产品、工业机器人、物流配送系统、柔性线、检查与测量设备、刀具、工夹具、量具及其他相关制造技术及设备等方面展示了各自的新技术、新产品，在依旧严峻的经济形势下不断满足各行各业的需求，提升应对日益激烈的市场变化的能力，与各方一起共同推动社会的进步。

随着科学技术的不断进步，各领域对不同材质的零件结构的复杂多样性要求也不断提高，多轴甚至五轴联动机床越来越成为必不可少的加工设备。从这次展会看，五轴机床的数量很多，基于五轴机床附加的功能也不少。经过多年的发展进步，五轴联动加工机床不仅在结构形式上不断丰富，比如从旋转轴看，主要有双摆头式、工作台双摆转台式、一摆头一转台式等，满足了各领域复杂零件的加工需求；在复合性、高效性等方面也有了长足的发展，比如复合性方面，将车削、磨削、超声加工、激光加工等加工方式与五轴铣削复合，不仅满足了多品种小批量零件的高效加工，而且因不同加工方式的改变和产生，各类材料的零件应用更加广泛，刺激了各行业新技术加速更新。比如高效性方面，通过提高运行速度、配置双主轴或多主轴、配置交换工作台、单机生产单元、多机生产线等措施提高生产效率。

下面就展会中部分典型五轴机床进行简要评述。

一、双摆转台式五轴联动加工中心

双摆转台式五轴联动加工中心的两个旋转轴集成在一起，驱动工作台完成两个方向 的旋转运动。此类机床在五轴机床中占比最大，几乎每个五轴机床厂家都生产。受限于工件质量对旋转轴驱动部件和精度的影响，工作台尺寸和承载能力不能太大。

（1）德国GROB公司展出的五轴机床GA550（见图1、图2）配置卧式主轴，床身采用焊接设计，工作台可以翻转加工，实现最佳排屑效果，隧道概念的使用使得电主轴和刀具可以完全缩入主轴轴套中，从而使整个工作区得到充分利用。GA550是GROB公司的亚洲系列产品之一，在中国推出后，已经在汽车、航空航天、模具工具、能源、医疗等领域有了一定的市场份额。顺应当前的智能制造，在这次展会上，GROB公司随同GA550展出了自主研发的圆形托盘存储系统PSS-R13，可容纳13个托盘存储，结构紧凑，带有双托盘夹爪的托盘交换设备，不仅可以实现在准备工位和托盘架之间装卸托盘，还可以通过其识别工件重量及元件高度，控制软件可组织和可视化生产服务，也可以进行自动化工件管理及调整加工任务优先性。

图1

图2

（2）牧野机床（中国）有限公司在中国首次展出了D800Z五轴立式加工中心（见图3），配置倾斜式双摆转台，受工件重量和倾斜轴（B轴）旋转角度变化的影响小，双轴采用力矩电机驱动，具有更高的精度和动态性能，3个方向的开放式操作门，方便工件装卸和接近主轴操作，配有超级几何智能控制专利（SGI.4）软件，用于高速、小公差复杂三维模型中微小程序段的处理加工，适用于模具和航空航天领域精密零件的高效加工。主要技术参数：工作台直径¢800mm，最大工件尺寸¢1000mm×550mm，最大载重1200kg，三轴行程X/Y/Z：1200/1100/650mm，B轴：-93°～0°，C轴：n×360°，主轴额定功率18.5kW，最高转速14000r/min，最大进给速度X/Y/Z：36m/min，B/C轴：18000°/min。

图3

（3）德国巨浪展出了单主轴双摆摇篮式高速五轴联动立式加工中心MILL FX 800（见图4），即将国产化。MILL FX 800为MILL系列中最小规格，其最大规格X轴行程为6000mm，X轴行程≥4500mm时配置直线电机，MILL系列采用模块化设计和制造，具有丰富的功能配置，可满足用户对不同零件品种和批量的个性化需求，适用于汽车、航空航天、机械制造、医疗器械、精密制造等领域。主要技术参数：工作台直径¢280mm，三轴行程X/Y/Z：800/500/550,转台第四轴：±120°，主轴额定功率22kW，最高转速9000r/min，最大进给速度X/Y/Z：40m/min，最大加速度X/Y/Z：25m/s2，第四轴转速：50r/min，第五轴转速：200r/min，换刀切削-切削时间4.2s。

图4

此外，展会上这类机床还有山崎马扎克的双摆转台五轴联动加工机床VARIAXIS i-700（见图5）、斗山双摆转台五轴联动加工机床VC630/5AX、Mikron的H E M 5 0 0 U、哈斯的U C M-750、日本大隈MU-4000V、哈挺公司的XT630 5AX、EMCO的HYPERTURN 65、台湾丽驰的LU-620、现代威亚的XF6300、北京工研精机的u1000/5ST-500V、北京精雕的JDGR200_A10H和JDGR400_A13S、大连三垒的SVW80C、华鼎的5MC300、苏州上金的DNX系列机床等。

图5

二、一摆头一转台式五轴联动加工中心

此次展会展出的这类机床主要有两类，一类主轴摆动，头尾架旋转，主要用于叶片加工；另一类主轴摆动，工作台旋转。

（1）大连科德生产的适用于大型核电叶片、飞机起落架等大型复杂型面零件加工的国产最大规格叶片加工机床KTurboM3000（见图6、图7），采用自行研制的GNC61总线式数控系统；30°斜床身设计，降低滑枕座重心，提高机床稳定性；A、Z轴双驱，A轴和B轴均由力矩电机驱动，具有更高的精度和动态性能；采用重心双驱动技术，有效抑制机床运行中的振动，提高加工质量和加工效率；工件推拉力可编程在线控制，提高工件加工时的刚性，对大型薄壁零件及细长零件的加工具有明显优势。主要技术参数：最大工件长度（含夹具）：3000mm，最大加工直径：¢700mm，三轴行程X/Y/Z：3550/700/600,B轴：-50°～+50°，A轴：nx360°，主轴额定功率62kW，最高转速10000r/min，最大进给速度X/Y/Z：30m/min，A轴：200r/min，B轴：50r/min，定位精度X/Y/Z：0.010mm，A轴/B轴：10"，重复定位精度X/Y/Z：0.008/0.006/0.006mm，A轴/B轴：8"。

图6

图7

(2)用于中小规格叶片加工的机床展出了北京机电院机床有限公司的XKH400A（见图8）、主要技术参数：最大工件长度（含夹具）：500mm，最大加工直径：¢300mm，三轴行程X/Y/Z：500/300/400,B轴：-40°～+40°，A轴：nx360°，主轴额定功率20.5kW，最高转速15000r/min，最大进给速度X/Y/Z：30m/min，A轴：120r/min，B轴：30r/min。可用于航发叶片的加工。

成都普瑞斯展出的PX500也用于中小规格叶片加工。

图8

图9

（3）宁波海天展出的HPF100（见图9）五轴机床即为主轴摆动，工作台旋转，三轴行程X/Y/Z：1800/1350/1250,A轴：100°，主轴最高转速8000r/min。

三、双摆头式五轴联动加工中心

双摆头多用于龙门五轴联动加工中心。

北一机床展出的XKAS2525WU（见图10）五轴联动横梁移动式龙门，三个直线轴均为直线电机驱动，A/C双摆铣头均为力矩电机驱动，所有大件均采用焊接结构，轻量化设计，实现了高速和高加速。主要技术参数：直线轴快移速度：≥60m/min,加速度≥0.8g，两立柱间距离：3180mm。

图10

图11

此外，山东永华（见图11）、宁波海天等也展出了此类机床。

四、复合五轴联动加工中心

1．车铣复合五轴联动加工中心

山崎马扎克（中国）有限公司的INTEGREX e-500HS（见图12、图13）车铣复合加工中心。最大加工直径¢820mm，最大加工长度1524mm，车削主轴最高转速3300r/min，额定功率30kW，铣削主轴最高转速10000r/min，额定功率37kW，X/Y/Z/W轴行程870/500/1598/1529mm，B轴摆角范围-30°～+210°，刀库容量40把。

图12

图13

展出的同类机床还有斗山超级复合车削中心PMUSMX系列、EMCO的HYPERTURN 65、日本大隈MULTUS U 3000、DMG MORI 的CTX gamma 2000 TC等。

2．铣车复合五轴联动加工中心

（1）科德数控股份有限公司展出了五轴铣车复合立式加工中心KMC1250 UMT（见图14、图15），搭载自行研制的GNC62总线式数控系统，具备完善的五轴加工技术（RTCP、斜面加工等）；床身采用热变形小、吸震性好的人造大理石；Y轴采用四导轨支撑和位于中心的主驱动；摇篮式双摆转台均采用力矩电机驱动。主要技术参数：工作台直径¢1250mm，三轴行程X/Y/Z：1200/1425/1000,A轴：-130°～+130°，C轴：n×360°，主轴额定功率62kW，最高转速12000r/min，最大进给速度X/Y/Z：50m/min，A轴：30r/min，C轴：400r/min，定位精度X/Y/Z：0.008mm，A轴/C轴：16"，重复定位精度X/Y/Z：0.005mm，A轴/C轴：8"。

图14

图15

（2）Mazak山崎马扎克展出的INTEGREX i-V系列中的630V/6（见图16、图17）是主轴摆动（B轴）和工作台旋转（C轴）的铣车复合五轴联动机床，双交换工作台。丝杠为轴心冷却，实现稳定的加工精度；导轨为滚柱导轨，可进行重切削和高精度加工；B轴采用滚子凸轮驱动，可实现高精度定位；C轴为力矩电机驱动，可实现高精度加工；控制系统MAZATROL SmoothX与Windows8操作系统融合；搭载了实现高速、高精度控制的最新硬件和软件；在5轴高精度加工中实现了高速轴进给。适用于多品种变批量大型工件的加工，可满足各行各业的多样化需求。主要技术参数：工件最大尺寸¢1050mm×1000mm，三轴行程X/Y/Z：1425/1050/1050,B轴：-3 0°～+1 2 0°，C轴：n×360°，主轴额定功率30kW，最高转速10000r/min，车削主轴（C轴）额定功率37kW，最高转速550r/min，最大进给速度X/Y/Z：52m/min，换刀切削-切削时间8.5s。

图16

图17

类似结构的展出还有哈默C42UMT高动态五轴五联动铣车复合加工中心、斯达拉格宝美的高精度5轴联动铣车复合中心s191H、威力铭公司采用独创专利DDT双驱动技术的铣车复合5轴加工中心RX10和用于加工棱状高精度零件的5轴联动加工中心508s等。

3．铣车磨复合五轴联动加工中心

DMG MORI展出的DMC 80 FDS duoBLOCK（见图18）是集铣车磨于一体的5轴联动万能加工中心，旋转轴为立卧转换式摆动铣头（B轴）和旋转工作台（C轴）。机床配有用于内圆、外圆和端面磨削的磨削循环以及修磨循环，修磨装置中集成了AE发声传感器，用以检测砂轮与修磨装置接触的初始状态，通过主轴负载检测砂轮与工件的接触初始状态。磨削表面质量＜0.4um，圆度＜5um。直线轴快移速度：60m/min，B轴转速：30r/min，C轴转速：800r/min。

4．超声加工五轴联动加工中心

DMG MORI展出的ULTRASONIC 30 linear（见图19）是具有超声加工及铣削加工能力的五轴机床，可经济地加工形状复杂的先进材料，如陶瓷、玻璃、刚玉、碳化钨甚至复合材料。与传统加工方式不同，超声加工中刀具的旋转运动与附加的振动相互叠加，减小加工力达40%，可用更高的进给速度及更大的进给量进行加工，刀具使用寿命更长，表面质量显著改善。

5．激光加工五轴联动加工中心

激光的应用分为材料去除加工和增材制造，DMG MORI展出的LASERTEC 65 3D（见图20）是集铣削和增材制造于一体的5轴联动复合加工中心，可用于非常复杂的零件的成型与加工、修理损坏和磨损的工件、进行局部或完整喷涂等。激光头通过刀柄与主轴相连，更换快速，集成的堆焊和铣削加工实现了工件的高质量和高精度，并极大地提高了生产效率。激光发生器功率：2000W，堆焊速度：1kg/h，最大工件尺寸：¢500mm×350mm，工作行程：X/Y/Z：650/650/560,A轴：±120°，C轴：n×360°。

图18

图19

图20

6．双主轴五轴联动立式加工中心

(1)德国巨浪公司展出了被认为是最小最快的双主轴五轴联动立式加工中心DZ08FX（见图21），设计紧凑，占地仅需1580mm×2540mm，钢+大理石浇铸的床身结构，具有高刚性和热稳定性，主轴最大转速40000r/min，两主轴间距200mm，配2轴数控转台，台面尺寸2×¢195，第四轴摆动范围±120°，可同时加工两个相同零件，也可集成安装0点快速装夹系统和自动化解决方案，实现工件的五轴多面高效加工。

图21

（2）德国SW公司展出了一台带交换工作台的双主轴五轴联动卧式加工中心BA W02（见图22、图23），床身为SW享有专利的整体框架设计，框中框的三轴单元，Y轴龙门式驱动，纵向轴液压配重补偿，两个独立驱动的摇篮式工作台用于夹具安装，带有断面齿轮锁紧的工作台交换系统，刀具可在加工区侧面直接装卸，快速换刀，切屑-切屑约1.75s。三个直线轴为直线电机驱动，两个旋转轴为力矩电机驱动，快移速度可达120m/min，加速度可达24m/s2，主轴最大速度25000r/min（HSK-A40），两个旋转轴最大转速100r/min，可高速加工非磁性材料，包括钟表制造与汽车制造业中的叶轮在内的高度多样化零件。三轴行程X/Y/Z：200/350/300mm,主轴间距250mm。

图22

图23

图24

类似结构展出的还有VIGEL的不带交换工作台的双主轴五轴联动卧式加工中心VPlatform4 TW 400（见图24）等。

五、结束语

纵观金切机床行业，五轴联动机床正在被大量生产和使用，为各行各业复杂零件的加工提供了支撑，促进了新技术的快速发展。国外五轴机床正在不断融合高速、高精、高效的理念，多种材料的机床主体结构、直驱电机的使用、温升的精确控制、高刚性导轨的应用、车铣磨及超声和激光等不同加工方式的复合、多主轴的配置、交换工作台的选用、智能控制及生产线的集成等都是这种理念不断深化的体现。与国外先进五轴机床制造企业相比，国产五轴机床品种还不够丰富，质量还有待提升，新技术、新工艺的运用还需要加强，特别是关键零部件、数控装置和软件等更需各方共同努力，快速迎头赶上，满足市场日益多样化的需求。

需求是发展的动力，险境中蕴含着勃勃生机，迎接挑战就是迎接机遇！□