IMTS2000国际机床展一瞥

       IMTS2000美国国际机床展览会，于2000年9月6日至12日在芝加哥的麦考密会展中心举行。来自世界各地的1400余家参展商参加了这次盛会，展览面积超过130,000m2，共接待观众114,675人，其中海外来宾10,515人。

　　IMTS2000的规模，约是北京国际机床展CIMT的2倍多，主要展品有金切机床、锻压设备、电加工机床、齿轮加工机床、激光加工设备、检测仪器、数控系统及软件、功能部件、配套件及刀具工具等，展品琳琅满目、观众目不暇接。

　　在这次展览会上，高速高效仍是机床发展的主流。电主轴、直线电动机已普遍使用，主轴转速在40,000r/min以上、进给速度60m/min也不是凤毛麟角：环保机床随着干切削技术的不断成熟也崭露头角：而IT信息技术进入机床领域，互联网的作用越来越大，使远程通信、远程诊断、远程监控与操作等变成了现实。这些成果日本的Mazak、日立精机，德国的DMG，美国的Artran、Cincinnati等公司都在现场作了演示。对于这样一个偌大的展览会，鉴于笔者的时间和精力所限，只能择其部分作简要介绍。

　　1 机床发展的结构创新

　　几年以前，卧式加工中心的双立柱正挂箱中箱结构，成为增加刚性、适应高速加工的一个典范。而今，加工中心的斜床身结构也显山露水。

　　瑞士Liechti公司的Turbomill 1200立式加工中心很有新意，其立柱设计成和铅垂线成20°交角，也就是主轴轴线向操作者站位前倾20°角，而工作台还是与主轴轴线垂直的，这种设计的目的是便于切屑处理和切削液排放。

　　德国DMG公司的DMP60也采用斜床身结构，主轴轴线和工作台水平台面成45°交角(图1)，工作台除了有C轴回转功能外，还有A轴45°翻转功能，可使台面翻转成与主轴轴线垂直。该机床主轴转速达18000r/min，进给速度为100m/min，加速度1.5g。

　　这次展览会的热点之一要数美国Cincinnati公司展出的Z3万能铣头(图2)，它是由德国DS公司开发成功而Cincinnati独家采用的，主要用于加工超薄壁飞机铝合金构件。Z3铣头的运动原理是在主轴箱内安置三根空间成60°的导轨，铣头通过连杆在导轨上滑动。为了增加强度与刚度，这三根连杆的刚度是传统设计的4倍。如果连杆是等距离滑动，Z轴就直线进给：如果是不等距滑动，铣头就摆动空间角度，切削空间曲面。

　　Z3铣头的主轴转速范围为7500～40000r/min，供用户任选，进给速度为50m/min，加速度1g。

　　德国Anger公司的正面铣结构也十分独特(图3)，其形式犹如一台卧式加工中心，但这卧式主轴的位置，恰恰是装夹工件的位置，工件不仅能纵向(Y轴)、横向(X轴)、垂向(Z轴)运动，还可绕X、Y轴作A、B轴回转。在机床的正面上方有9根排成一行的立式主轴，这些主轴只能旋转不能作轴向运动，也不能换刀：而在工件下方，有一根向上的主轴，可以换刀。机床主轴转速2000～20000r/min，主传动功率为1.5～23kW。

　　展览会上，德国Hessapp公司的DVT150立式车床也独具匠心，在同一机床的横梁上安装2个滑座，其中1个按倒置立车设计，滑座上布置主轴用以装夹工件，转塔头置于工件下方：另1个按正置立车设计，转塔头在滑座上，工件在下方。机床左右两侧有工件传送装置，由倒置主轴卡盘抓取并夹持工件进行加工，之后送到正置主轴上继续加工，全部加工完后送到卸料传送装置送出。

　　机床造型，无疑是制造商争妍斗艳的舞台之一，当今的侧重点是，不仅要外观流畅美观，也要密封严实，更要考虑到安装方便。

　　德国Boehringer公司的NG 200双头双刀架卧式车床和管状外型设计，受到了众多观众的好评。该机色彩协调，造型别致，切削与排屑全都在机内完成(图4)。

　　日本Mazak公司介绍了概念性未来机床尤如太空飞行器，这是一种无公害机床。粉尘、油污、噪声等全都封闭于密封罩之中，绝对不给操作者带来任何危害。

　　2 数控平台式铣削系统

　　90 年代初期，欧洲对如何选用刚性机床(专机)和柔性机床(加工中心)曾作过一番比较。由于当时专机年生产能力约8万件左右，因此如果加工中心的制造能力可超过它，选用柔性机床就是合适的。随着数控机床高速化的不断发展，加工中心年制造能力18～22万件也能够达到了，因此90年代中后期，柔性机床有了大发展。如德国Höller-Hille的“啄木鸟”式加工中心(形容进给速度非常快)市场形势就相当好。

　　然而，对于某些超大规模的生产领域，如汽车、摩托车、家电、轻工产品等，其年产量往往超过几十万乃至百万以上，而且零件经常作相似改形，对此，数控平台技术也就应运而生。这种组合式数控化专机，在IMTS2000上也崭露头角。

　　美国Masco公司将这种数控平台称之为敏捷生产系统(Agile Production System)，其代表模块Agile Max陈列在展览会上(图5)。这种6轴回转式数控平台，其设计宗旨就是最大限度地提高产量和应变灵活性。由于不再靠数台加工中心排成一列来进行生产，所以大大节省了所占场地。平台的设计基本上要满足配置各种形式的主轴，还应具有适应未来产品加工的应变能力，在加工过程中要注意消除工件的弯曲和热变形。

　　著名的蒂森集团Thyssenkrupp展出的数控铣削平台Turmat，其单元有6头的，也有8头的。还有一个12头的，那是通过一根输出轴，在两个45°斜面上各置6根铣头轴，如果翻转180°，这12根铣轴就能上下互换，无论立式或卧式位置都能进行加工，其功能就取代了立卧加工中心。

　　美国Kaufaan公司也是擅长数控铣削平台技术的制造商之一，他们的数控专机布局基本上是以回转工作台为中心，铣削单元围绕四周分布，根据需要设置了3～6个不等，下装导轨直线进给，回转工作台上置交换托盘，鼠牙盘分度，定位精度0.0003英寸(7.6µm)，重复定位精度 0.00025英寸(6.4µm)。以3个铣削平台为例，若回转工作台上装4个交换托盘，加工精密连杆孔，工步为镗削与倒角，材料为铸铁，主轴转速 10000r/min，则每小时加工能力为280件(图6)。这家公司的铣削平台，还带有刀具破损检测装置，一旦损坏就会立即报警。

　　在数控铣削平台技术方面，意大利、德国、美国等都发展得相当快，有些制造商，眼光已瞄准中国市场。可以断言，在今后1～2年内，国外以独资或合资形式在中国制造这些产品是完全可能的。

　　3 多工艺复合加工

　　现代机床制造业的发展，已经摆脱了单一工艺加工的束缚，多工艺复合加工的新颖机床不断涌现。

　　在过去的两届北京国际机床展览会上，奥地利WFL公司介绍了他们的车铣复合中心，而这次在IMTS上，笔者终于见到了该公司的Will-Turn 120在做加工曲轴的表演。该车铣中心为斜床身结构，集车、钻、铣、镗、测量于一体，除传统的车头外，在尾架处又增加了一个车头(图7)。该车头不仅能装夹工件绕Z轴旋转，还可沿Z轴作轴向移动，替代尾架功能又可和左边车头交换工作。机床下方刀架可作X2、Z2移动，对两边车头上装夹的工件进行加工，而在刀架的上方，还斜装一个辅助动力头，它既可作X1、Y1、Z1方向的移动，也能作B1、E1的旋转，并带有刀库及换刀装置。

　　用Mill -Turn车铣中心，只需2次装夹就可完成整根曲轴加工。第一次装夹主要解决主轴颈加工，从尾架方向开始，车端轴侧面和外圆，用偏刀车颌板外圆和主轴颈外圆。然后用动力头上的铣刀，借助C、E和Y轴的联动，对以主轴颈为基准装夹的曲轴部分进行粗铣，并对各孔进行钻镗。

　　第二次装夹将工件翻转，借助软卡盘爪夹住工件、锁定中心架，对曲轴回转中心的各档余量继续加工直至结束。以往用普通机床加工这样一根曲轴，需要2天时间，而现在只需 175min。该机主参数为床面上最大回转直径Ø850mm，最大加工长度2310mm，主传动功率62kW，主轴箱功率25kW，车铣头刀库有80个刀位，最大工件重量达9090kg，加工长度2000mm。

　　这类车铣复合中心的其他展品还有DMG的Twin500，其卡盘直径 Ø400mm加工长度1200mm，主电动机功率25kW，主轴箱功率15kW，铣刀库40刀位。日本Mazak公司的Integrex系列，也是加工曲轴的车铣复合中心，其结构也是车头双主轴、铣头也能作B轴摆转。lnte 300Y的最大回转直径是610mm，最大加工工件长度为1552mm，主轴转速3500r/min，主传动功率22kW，铣头功率15kW，铣头转速 6000～10000r/min，刀库容量为20、40、60把任选。

　　德国EMAG公司的倒置立车可以称作是多功能复合机床，能解决不同加工工艺的一体化设计方案。他们展出的VSC机床，将车、钻、铣、磨、平衡、滚齿、测量集合于一体，自动上下料装置能使多台机床相互联接一起使用。

　　多工艺复合加工的另一种突出形式是铣削与激光加工相结合，如德国DMG公司展出的DMU60L是铣削—激光雕刻加工中心，除了具有一般加工中心的功能外，还带有激光雕刻功能，并除去铣刀难以加工的区域，为加工复杂模具的型腔雕刻细纹图案等拓展了新的空间。机床主要参数是，激光束直径0.1mm，激光功率 100W，最大激光加工能力5mm3/min(钢材)，并且还可以对陶瓷等超硬材料进行加工。

　　与激光去除加工功能相反，德国Röders公司展出的是CMB高速铣削—激光金属堆焊加工中心。该公司是较早成功开发高速加工中心的制造商之一，它的RFM760立式加工中主轴转速为42000r/min，主传动功率为14kW。如今，CMB的激光头就置于RFM760主轴箱的正面，有导轨使其上下滑动。在激光束发生器的两侧，有金属焊丝卷料和保护气体管道，其主要功能是通过工件相对于激光束的运动，将钢丝堆焊在工件表面上。焊接完成后，激光头就垂直上移，由高速铣对堆焊层进行精修。因此该机床是修理、修改淬硬钢模具的理想设备。

　　由于激光的烧焊融化区面积小，故温度变化不会产生工件变形，其堆焊层 100%致密，不存在孔洞、裂纹及其他缺陷。而RFM760是铸钢龙门框架结构，刚性强，其电主轴安装在特殊的塑料衬套之中，藉以取得最佳的吸振效果，故该机床能铣削50HRC以上的金属材料，甚至是石墨、玻璃等材料。该机床还带有有专利权的真空吸排风装置，数控系统为Fanuc 15MB。

　　4 多轴联动加工中心

　　就我国数控机床的进口需求来看，除了大型、高速高精密以外，多轴联动机床也是大热门，但在IMTS2000上，这类产品还是相当多的。

　　美国Cimcinnati公司的V5-3000五轴加工中心是专为加工航空整体构件而开发的工艺装备，故工作台显得窄而长(765mm×3302mm)，主轴铣头能绕A轴和B轴各转±40°，主传动功率26kW，主轴转速15000r/min，主轴锥孔HSK-63A，快进速度24m/min，数控系统采用该公司自己开发的具有数控平台功能的A2100CNC。

　　日本Mazak公司展出了2种型式的5轴加工中心。Variaxis 200是工作台两轴回转，除C轴360°回转外，X轴也可作150°倾斜。这种立式加工中心的服务对象是中小型零件，主轴转速为12000r/min。主传动功率为22kW，快移速度达50m/min，工作台面尺寸500mm×400mm，三向行程510mm×510mm×460mm工作台承重 300kg，刀库容量30把。

　　Mazak公司的另一台Vortex 1400/160龙门型立式加工中心，其主轴可绕A、B轴两个方向回转，工作台面尺寸为1250mm×4000mm，三向行程为4200mm× 1400mm×610mm，主轴锥孔为CAT50，主传动功率37kW，主轴转速为10000r/min，刀库容量30、60、120把任选。该机床是主要为加工航空工业铝合金材料而开发的，数控系统为该公司自己开发的MAZATROL 640，即是有远程通信能力的PC平台式数控系统。

　　美国Artran公司展出的ABMU 1270和意大利Fer-rari公司展出的A17具有异曲同工之处，都是铣头左右回转加上数控回转分度头，但A17还具有数字化仿形功能。

　　德国DMG公司的80P加工中心，其铣头可立卧转换，工作台能绕Z轴及A轴转动，主轴标准转速为12000r/min，进给速度40m/min，数控回转摆动工作台承重为1000kg，是属于较理想的五轴五联动机床。

　　瑞士Willemin-Macodel公司的W-418B五轴加工中心，其立铣头有B轴功能，可绕Y轴坐标作单向110°回转，该机床带有棒材上料装置，且数控分度头有A轴回转功能。主轴转速最高可选24000r/min，主传动功率为6.6kW，主轴锥孔为ISO25或HSK，进给速度为20m/min，标准棒料直径Ø6mm，Ø12mm及Ø25mm，最大棒料长度可达2048mm，是加工圆柱状异形件的高效设备。该机床将于CIMT2001上(2001 年4月19～25日)在北京展出。

　　在IMTS2000展览会上，也有一些中国参展展品，如上海的磨床、天水的车床、南通的铣床、苏州的电加工机床、武汉的立式车床等，由于世界机床市场之大，只要产品质量好、售后服务好、价格合理就不怕没有销路，高、中、低档产品均是如此。上海第二锻压机床厂在展览会期间就承接了JH21压力机出口美国100台的合同。

　　然而，从机床制造技术来看，不得不承认我们所存在的差距。尤其触动人心的是，上述所提到的日本Mazak公司那台未来机床，是他们预计2019年将要推出的产品，其主要参数是：主轴转速100000r/min：主轴加速度8g：切削速度2马赫：主轴旋转时同步换刀：转台分度最小为0.001°：转台转速达8000r/min：6轴5联动：干切削：机床集车、铣、激光加工、磨、测量于一体。