第十五屆中國(guó)國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)特種加工機(jī)床評(píng)述

CIMT 2017特種加工機(jī)床評(píng)述專家組

第十五屆中國(guó)國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)特種加工機(jī)床評(píng)述

CIMT 2017特種加工機(jī)床評(píng)述專家組*

通過(guò)對(duì)第十五屆中國(guó)國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)（CIMT 2017）參展特種加工機(jī)床的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、資料收集以及與參展廠商的座談交流，對(duì)國(guó)內(nèi)外數(shù)控電火花加工機(jī)床、激光加工機(jī)床、增材制造設(shè)備的技術(shù)特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了比較深入和系統(tǒng)的評(píng)述，并對(duì)特種加工機(jī)床的應(yīng)用與市場(chǎng)拓展進(jìn)行了分析。

特種加工機(jī)床；數(shù)控電火花成形機(jī)床；數(shù)控電火花線切割機(jī)床；專用數(shù)控電加工設(shè)備；激光加工機(jī)床；增材制造機(jī)床；評(píng)述

第十五屆中國(guó)國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)（CIMT 2017）于2017年4月17日至22日在北京新國(guó)際博覽中心舉行。本屆展會(huì)展覽總面積達(dá)13.1萬(wàn)平方米，吸引了來(lái)自世界27個(gè)國(guó)家和地區(qū)的1600余家廠商參展，全球機(jī)床工具制造業(yè)的著名企業(yè)以強(qiáng)大陣營(yíng)悉數(shù)亮相，是一場(chǎng)高水平的“精品盛宴”。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，本屆展會(huì)共有71家國(guó)內(nèi)外特種加工機(jī)床展商，展出機(jī)床130余臺(tái)（套）。其中，境內(nèi)展商47家共展出機(jī)床87臺(tái)（套），包括數(shù)控電火花成形機(jī)床14臺(tái)、數(shù)控電火花線切割機(jī)床32臺(tái)、電火花微小孔加工機(jī)床4臺(tái)、電火花專用加工機(jī)床4臺(tái)、激光加工機(jī)床30臺(tái)、增材制造設(shè)備2臺(tái)、水切割機(jī)床1臺(tái)；境外展商24家共展出機(jī)床43臺(tái)（套），包括數(shù)控電火花成形機(jī)床4臺(tái)、數(shù)控電火花線切割機(jī)床7臺(tái)、電火花專用加工機(jī)床2臺(tái)、激光加工機(jī)床12臺(tái)、增材制造設(shè)備13臺(tái)、超聲加工機(jī)床1臺(tái)、水切割機(jī)床4臺(tái)。可看出，參展的特種加工機(jī)床以數(shù)控電火花加工機(jī)床、激光加工機(jī)床及增材制造機(jī)床為主，這些展品基本反映了當(dāng)今國(guó)內(nèi)外特種加工機(jī)床的技術(shù)水平和發(fā)展方向。

為了充分利用CIMT 2017薈萃全球制造技術(shù)和裝備精華的展示機(jī)會(huì)，借以分析研究特種加工技術(shù)與裝備的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)和市場(chǎng)需求，促進(jìn)我國(guó)特種加工行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新和轉(zhuǎn)型升級(jí)，中國(guó)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(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)特種加工分會(huì)聘請(qǐng)本行業(yè)有關(guān)專家組成評(píng)述專家組，開(kāi)展了CIMT 2017特種加工機(jī)床評(píng)述活動(dòng)，并形成了本評(píng)述報(bào)告。

1 數(shù)控電火花加工機(jī)床

1.1數(shù)控電火花成形機(jī)床

本屆展會(huì)數(shù)控電火花成形機(jī)床的進(jìn)步主要體現(xiàn)在：著力集成先進(jìn)的自動(dòng)化、智能化加工系統(tǒng)，重視應(yīng)用新興的信息化技術(shù)，推動(dòng)機(jī)床裝備遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)，持續(xù)提升核心關(guān)鍵技術(shù)及加工性能，拓展市場(chǎng)應(yīng)用領(lǐng)域，加強(qiáng)體系化管理和提高產(chǎn)品性價(jià)比，以完整的客戶服務(wù)方案來(lái)滿足客戶“三降”（降低制造周期、運(yùn)營(yíng)成本和產(chǎn)品不良品率）、“兩提升”（提升生產(chǎn)效率和資源綜合利用率）的需求。

（1）集成先進(jìn)的自動(dòng)化加工系統(tǒng)

瑞士GF加工方案針對(duì)精密模具和零件加工的需求，展出了由一臺(tái)全新升級(jí)的六軸機(jī)械手將高速銑削加工中心和FORM S350精密數(shù)控電火花成形機(jī)床、多達(dá)160個(gè)工位的旋轉(zhuǎn)電極工具庫(kù)、海克斯康三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)及電極自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)等組成的自動(dòng)生產(chǎn)線。日本牧野公司展出了由一臺(tái)ERC80機(jī)器人將E3石墨電極加工中心和EDNC6精密數(shù)控電火花成形機(jī)床組成的模具加工單元（圖1）。北京迪蒙卡特機(jī)床有限公司展出了由一臺(tái)ROBOTV1機(jī)器人將CTWG250電火花線切割機(jī)床、電極與工件庫(kù)和CTM350精密數(shù)控電火花成形機(jī)床組成的PCD刀具加工單元。

圖1 牧野公司的模具加工單元

油槽自動(dòng)升降式電火花成形機(jī)床更便于工件和電極自動(dòng)拆裝、找正和調(diào)整。本屆展會(huì)，國(guó)內(nèi)有3家廠商的相關(guān)產(chǎn)品展出，分別是北京迪蒙數(shù)控技術(shù)有限責(zé)任公司的AP30、蘇州三光科技股份有限公司的EA500、北京迪蒙斯巴克科技股份有限公司的DR400S數(shù)控電火花成形機(jī)床（圖2），構(gòu)建了實(shí)現(xiàn)機(jī)床自動(dòng)化、無(wú)人化加工的必要條件。

（2）發(fā)展遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)技術(shù)

圖2 油槽自動(dòng)升降式電火花成形機(jī)床

為了更好地為客戶提供服務(wù)、提高生產(chǎn)效率及減少停機(jī)時(shí)間，多家廠商展出了遠(yuǎn)程監(jiān)視和診斷服務(wù)系統(tǒng)，提高了信息化水平，為智能制造打下了良好基礎(chǔ)。日本三菱電機(jī)公司展示了iQ Care Remote 4U遠(yuǎn)程服務(wù)系統(tǒng)，并由客戶親自操作和體驗(yàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)視的各項(xiàng)功能。蘇州邁科全機(jī)電有限公司的HF320MZQ-G17y數(shù)控系統(tǒng)搭載在電火花線切割機(jī)床和電火花小孔加工機(jī)床上進(jìn)行了展示，集成了豐富的“互聯(lián)網(wǎng)+”功能，可提供設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、加工過(guò)程監(jiān)控、加工任務(wù)遠(yuǎn)程發(fā)送等高級(jí)云服務(wù)。北京市電加工研究所展出了電火花機(jī)床監(jiān)控維護(hù)系統(tǒng)控制器，通過(guò)各傳感器分別對(duì)油泵、過(guò)濾系統(tǒng)、電源各核心模塊的溫濕度、各運(yùn)動(dòng)軸狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并在監(jiān)控菜單顯示，同時(shí)制定維護(hù)策略直觀地顯示在維護(hù)菜單上。北京安德建奇數(shù)字設(shè)備股份有限公司展出的AF50數(shù)控電火花成形機(jī)床基于Windows XP操作系統(tǒng)下的人機(jī)界面，采用上下位機(jī)、分布式控制，能與外部網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床信息采集、遠(yuǎn)程操作與監(jiān)控功能，還在現(xiàn)場(chǎng)演示了電火花成形機(jī)床與電火花線切割機(jī)床信息互相傳遞的功能。

（3）持續(xù)提升機(jī)床的關(guān)鍵核心技術(shù)及加工性能

從展品可以看到，國(guó)內(nèi)外廠商圍繞高性能脈沖電源、高速智能抬刀、高精度機(jī)床結(jié)構(gòu)及制造工藝、穩(wěn)定的加工條件，推出了許多新技術(shù)，展示了一些體現(xiàn)功能和水平的加工樣件。

瑞士GF加工方案展出的FORM S350機(jī)床采用ISPG新一代智能脈沖電源，克服了銅電極傳統(tǒng)加工工藝多次放電導(dǎo)致電極損耗的缺點(diǎn)，降低了電極損耗、提高了加工速度；超大鑄鐵床身和特殊機(jī)械結(jié)構(gòu)，明顯降低了工件重量變化或工作液多少對(duì)加工精度的影響；采用防護(hù)罩內(nèi)間歇的空氣循環(huán)和工作液溫度實(shí)時(shí)測(cè)量二套溫度控制系統(tǒng)，車間溫度的波動(dòng)不影響工件的加工精度；X、Y和Z軸結(jié)構(gòu)均進(jìn)行溫度控制，裝夾前無(wú)需開(kāi)機(jī)預(yù)熱，加工開(kāi)始時(shí)就能達(dá)到定位準(zhǔn)確的幾何精度。

日本三菱電機(jī)公司展出的EA8PS機(jī)床 （圖3）是面向高精度電氣連接器、汽車齒輪件、高精度塑料模具等產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的小型高精密型機(jī)床。該機(jī)床配有獨(dú)特的“熱穩(wěn)定控制”系統(tǒng)、自產(chǎn)的CNC數(shù)控系統(tǒng)、伺服控制系統(tǒng)及高精度的驅(qū)動(dòng)單元，可實(shí)現(xiàn)全行程的高精度加工；配有加工最適化控制（IDPM），實(shí)現(xiàn)了石墨電極的高速低消耗穩(wěn)定加工；配有加工穩(wěn)定化抬刀控制，使用合理流暢的抬刀動(dòng)作處理、速度-加速度控制來(lái)實(shí)現(xiàn)適應(yīng)加工形狀的抬刀控制，并提高了加工速度。

圖3 三菱電機(jī)公司展出的EA8PS機(jī)床

日本牧野公司EDNC6機(jī)床的Hyper i控制器，其界面能像智能手機(jī)和平板電腦一樣，輕松點(diǎn)擊、縮放和滑動(dòng)，增強(qiáng)了界面的人性化；超火花IV技術(shù)提供了在超出加工能量間隙情況下更具適應(yīng)能力的一種跳動(dòng)控制功能，在深筋位加工或特定電極中尤為有效；HS-Rib技術(shù)可提升跳動(dòng)速度至20 m/ min、加速度至1.5g，采用軸心冷卻技術(shù)的滾珠絲杠能傳遞和保持高精度深度控制。

日本沙迪克公司展出的AG40LP機(jī)床 （圖4），其Z軸移動(dòng)加速度提升到1.8g，最大進(jìn)給速度XYZ 軸6 m/min，加工速度提高了11%以上；機(jī)床帶有恒溫系統(tǒng)，兼顧了微細(xì)加工和大面積加工，各項(xiàng)精度指標(biāo)均接近超精密機(jī)床；精密熱變形校正系統(tǒng)（Thermal Multi-Fit）可根據(jù)在機(jī)床各個(gè)部位測(cè)量的溫度數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)測(cè)算機(jī)床的熱變形情況，并可根據(jù)客戶環(huán)境的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定加工；配置放電穩(wěn)定電路“無(wú)電弧Plus”電源裝置，能在超微細(xì)底面隅角R發(fā)揮出色的加工性能。

圖4 沙迪克公司展出的AG40LP機(jī)床

（4）國(guó)產(chǎn)中高端機(jī)床技術(shù)進(jìn)步顯著

國(guó)內(nèi)展出的數(shù)控電火花成形機(jī)床有北京安德建奇數(shù)字設(shè)備股份有限公司的AF50、北京市電加工研究所的MH30、北京迪蒙數(shù)控技術(shù)有限責(zé)任公司公司的AP30、北京機(jī)床所精密機(jī)電有限公司的AF40、北京迪蒙斯巴克科技股份有限公司的DR400S、北京迪蒙卡特機(jī)床有限公司的CTM450、上海漢霸機(jī)電有限公司的HG800、蘇州電加工機(jī)床研究所有限公司的DK7140-5Z、蘇州三光科技股份有限公司的EA500、蘇州漢奇數(shù)控設(shè)備有限公司的DM540K、蘇州市寶瑪數(shù)控設(shè)備有限公司的EDMN45和蘇州新火花機(jī)床有限公司的SFZ300。

這些機(jī)床的主要技術(shù)特點(diǎn)有：①全部為三軸以上數(shù)控機(jī)床，數(shù)控系統(tǒng)均為自主研發(fā)，多數(shù)廠商已采用基于Windows XP操作系統(tǒng)下的人機(jī)界面；②已實(shí)現(xiàn)了四軸聯(lián)動(dòng)、五軸聯(lián)動(dòng)和六軸聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)的工程化應(yīng)用，且加工出了高品質(zhì)的整體葉輪、帶冠渦輪盤(pán)等難加工及空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件，縮小了與國(guó)外產(chǎn)品的技術(shù)差距；③外觀造型設(shè)計(jì)有長(zhǎng)足進(jìn)展，一體化設(shè)計(jì)、完美搭配比例使機(jī)床更顯高檔，既節(jié)省占地面積、又便于安裝調(diào)試；④自動(dòng)化、信息化程度及安全可靠性不斷提升；⑤開(kāi)展了網(wǎng)絡(luò)通信、網(wǎng)線連接、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程編程與傳輸?shù)妊芯坎⒌玫綉?yīng)用。

（5）微細(xì)加工及航空航天領(lǐng)域應(yīng)用的拓展

從本屆展會(huì)主要參展廠商反饋的信息來(lái)看，2016年下半年以來(lái)主要產(chǎn)品的銷售呈上升趨勢(shì)，其中增長(zhǎng)較快的市場(chǎng)主要涉及智能手機(jī)、汽車電氣接插件、聲學(xué)元件等微細(xì)型腔的加工。

目前，信息通信業(yè)和汽車制造業(yè)處于日益緊密的互聯(lián)世界之中，電子系統(tǒng)的人工智能程度不斷提高，使人們的生活變得更高效、更舒適。智能化發(fā)展需要電子元器件具有更高性能和可接受的價(jià)格。因此，適合的加工解決方案是信息通信業(yè)和汽車制造業(yè)客戶賴以發(fā)展的前提。

微器件是很有前途的一種機(jī)電產(chǎn)品，毫米級(jí)的微細(xì)型腔結(jié)構(gòu)會(huì)大量出現(xiàn)，微器件尺寸小、功能集成度高，并且只能自動(dòng)裝配，故型腔精度都較高。電火花成形加工需要有一整套專用規(guī)準(zhǔn)和工藝軟件，而且與高速銑、電火花線切割加工相互配合，以滿足市場(chǎng)的需求。微細(xì)型腔市場(chǎng)巨大，是最穩(wěn)固、最有前途的市場(chǎng)。

聲學(xué)元件和手機(jī)的尺寸變得越來(lái)越小，安裝結(jié)構(gòu)件的空間越來(lái)越擁擠，結(jié)構(gòu)件之間的間隙也越來(lái)越窄，安裝間距小于0.02 mm。為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，對(duì)零件的內(nèi)圓角尺寸要求越來(lái)越小，對(duì)元器件的平面度要求也越來(lái)越高，因此對(duì)加工精度要求也越來(lái)越高。而精密零件的主要尺寸精度、位置精度和表面粗糙度都要靠電火花加工機(jī)床來(lái)保證。

隨著未來(lái)航空航天工業(yè)的飛速發(fā)展，以及提高燃油效率、減少二氧化碳和氮氧化物的排放量、降低噪音水平等目標(biāo)的要求，對(duì)高質(zhì)量航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)的需求必然受到重點(diǎn)關(guān)注。從加工方向看，航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)制造的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面是難加工材料，如鈦合金、鈦鋁合金、高溫合金、碳纖維復(fù)合材料、超高溫陶瓷基復(fù)合材料及炭/炭復(fù)合材料等；另一方面是難加工結(jié)構(gòu)，如復(fù)雜曲面結(jié)構(gòu)件、低剛性工藝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)件及精密偶件。目前需重點(diǎn)解決的工藝難點(diǎn)有：加工變形、加工振動(dòng)、加工表面完整性、工具電極損耗、加工效率、加工成本，以及提供完整解決方案的交鑰匙工程，這是未來(lái)電火花成形機(jī)床的市場(chǎng)應(yīng)用的主要領(lǐng)域之一。

1.2 數(shù)控電火花線切割機(jī)床

1.2.1 單向走絲電火花線切割機(jī)床

本屆展會(huì)參展的單向走絲電火花線切割機(jī)床主要在高精度、高效率、智能化和網(wǎng)絡(luò)化等方面有明顯的技術(shù)進(jìn)步。

（1）追求更高精度

機(jī)床主機(jī)自身的定位精度是實(shí)現(xiàn)高精度加工的基本保障。國(guó)外幾家主要廠商通過(guò)使用低膨脹系數(shù)的陶瓷部件、直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)加高精度位置反饋光柵尺來(lái)提高機(jī)床的位置精度與精度保持性；在機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上將電源、泵、冷卻器等發(fā)熱源與主機(jī)分離，避免對(duì)主機(jī)產(chǎn)生熱的影響；在主機(jī)會(huì)產(chǎn)生發(fā)熱的部件運(yùn)動(dòng)通過(guò)水或空氣冷卻，在機(jī)床內(nèi)部安裝多個(gè)溫度傳感器，自動(dòng)補(bǔ)償由于溫度變化所造成的精度變化等一系列精度保障措施，保證主機(jī)的定位精度。最小驅(qū)動(dòng)當(dāng)量0.1 μm、位置反饋0.1 μm絕對(duì)值光柵在國(guó)外廠商機(jī)床的全閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)上普遍使用，精確的位置控制與高響應(yīng)速度對(duì)于精細(xì)零件的微小內(nèi)外角加工形狀能獲得更好的精度。瑞士GF加工方案的CUT E系列機(jī)床配置的錐度專家系統(tǒng)在進(jìn)行錐度加工時(shí)，可根據(jù)加工角度的變化對(duì)電極絲位置進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，可以進(jìn)行0°至30°變角度的精確錐度加工（圖5）。

圖5 GF對(duì)導(dǎo)絲嘴電極絲位置偏移的修正

（2）提升綜合加工效率

若干年前，國(guó)外單向走絲電火花線切割最大切割速度已達(dá)500 mm2/min，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，最大切割速度要有更進(jìn)一步的提升已很困難，但是將效率目標(biāo)定位在多次切割綜合效率的提升上，則具有較大的潛力。在線切割加工過(guò)程中，整個(gè)放電通路從上至下電極絲的損耗量逐漸加大，會(huì)形成上端加工縫隙大，下端加工縫隙小，加工直線度變差，對(duì)于凸模來(lái)講，會(huì)形成上小下大的微小錐度。特別是一次切割時(shí)，加工能量越大，該現(xiàn)象越明顯。為了修掉其上下尺寸差異，保證最終加工的直線度，往往在二次切割時(shí)需要加大修整偏移量，綜合加工效率受到較大影響。如果能減小一次切割的直線度，就可降低二次切割的修整量，提高綜合加工效率。

近年來(lái)，瑞士GF加工方案、日本三菱電機(jī)公司、日本牧野公司等都加大了一次切割的直線度控制技術(shù)的研發(fā)力度。通過(guò)自動(dòng)加入微錐度（“以斜治斜”）、對(duì)電極絲上下二端進(jìn)電能量的差異控制等方法，對(duì)放電損耗造成的電極絲錐度效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償，達(dá)到提高一次切割的直線度效果。切割100 mm厚度工件，單邊直線度可達(dá)2.5 μm，第二刀的修整效率可提升15%以上。部分國(guó)外機(jī)床能直接讀取三維整體模型文件，數(shù)控系統(tǒng)畫(huà)面上描繪出整體模型便于識(shí)別詳細(xì)的加工形狀，同時(shí)判別出切割過(guò)程中出現(xiàn)的厚度高低變化以及帶中空變化，自動(dòng)調(diào)整脈沖電源能量實(shí)現(xiàn)高速穩(wěn)定加工。

（3）加工智能化和網(wǎng)絡(luò)化的應(yīng)用

參展的電火花線切割機(jī)床都不同程度具有建立在大量工藝參數(shù)的工藝數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上的加工過(guò)程工藝參數(shù)智能控制、電極庫(kù)及工件庫(kù)通過(guò)機(jī)械手或機(jī)器人進(jìn)行電極及工件自動(dòng)交換等智能化控制功能。

日本牧野公司的機(jī)床配置的T.G.控制（平面精靈），實(shí)現(xiàn)了變高度工件切割加工過(guò)程中工藝參數(shù)的智能控制，減少了加工中斷絲與減輕變截面加工條紋的產(chǎn)生；其3D找正技術(shù)自動(dòng)計(jì)算和調(diào)整UV軸傾斜面，坐標(biāo)重構(gòu)，可大大減輕人工找正的工作量，提高工作效率；實(shí)施二維平面上的激光檢測(cè)位置補(bǔ)償，保證整機(jī)的定位精度。日本三菱電機(jī)公司基于WIN7 CE的數(shù)控系統(tǒng)，配有完善的無(wú)線網(wǎng)和工業(yè)級(jí)有線網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的全過(guò)程監(jiān)控和管理，MV系列機(jī)床可通過(guò)手機(jī)微信平臺(tái)建立機(jī)床報(bào)警系統(tǒng)。日本沙迪克公司將AL系列機(jī)床運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤和停止信息通過(guò)郵件發(fā)送給指定接收人。北京安德建奇數(shù)字設(shè)備股份有限公司展出的AG系列線切割機(jī)通過(guò)“Teamview”互聯(lián)網(wǎng)軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)機(jī)床信息采集、遠(yuǎn)程操作與監(jiān)控功能，用戶可在得到授權(quán)的遠(yuǎn)程終端上實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)床的加工狀態(tài)，可如臨其境地對(duì)機(jī)床加工工藝參數(shù)實(shí)時(shí)地進(jìn)行設(shè)置和修改。瑞士GF加工方案向用戶推薦“智能制造一體化解決方案”，將五軸加工中心、線切割機(jī)床、自動(dòng)工具庫(kù)等組成柔性化加工系統(tǒng)。日本FANUC公司的機(jī)床配置A軸及工業(yè)機(jī)器人，組成PCD刀具自動(dòng)加工系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)PCD刀具的自動(dòng)交換、刀具尺寸自動(dòng)檢測(cè)及自動(dòng)線切割修整，實(shí)現(xiàn)無(wú)人自動(dòng)加工。

1.2.2 往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)床

本屆展會(huì)展出的往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)床均具有多次切割功能（俗稱“中走絲機(jī)床”），其在外觀上的提升最為明顯，同時(shí)在脈沖電源結(jié)構(gòu)、機(jī)床主機(jī)特別是UV軸結(jié)構(gòu)等方面有向單向走絲電火花線切割技術(shù)靠近的趨勢(shì)。

（1）運(yùn)絲系統(tǒng)的創(chuàng)新

運(yùn)絲系統(tǒng)的穩(wěn)定性對(duì)線切割加工表面質(zhì)量的影響很大。本次參展的機(jī)床中，大多配置了各具特色的運(yùn)絲張力控制系統(tǒng)。江蘇冬慶數(shù)控機(jī)床有限公司、蘇州市寶瑪數(shù)控設(shè)備有限公司都實(shí)現(xiàn)了雙向恒張力控制，正反雙向運(yùn)絲的平穩(wěn)性都得到了保障；江蘇三星機(jī)械制造有限公司的機(jī)床排絲方式仍采用有別于傳統(tǒng)的后置式絲筒排絲方式，采取運(yùn)絲筒不移動(dòng)，轉(zhuǎn)由排絲架移動(dòng)排絲的方式；泰州市江洲數(shù)控機(jī)床制造有限公司將運(yùn)絲電機(jī)置于儲(chǔ)絲筒下方的支撐座內(nèi)，與傳統(tǒng)的偏置放置比較，運(yùn)行振動(dòng)小，運(yùn)絲更平穩(wěn)。

（2）主機(jī)外觀及結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

參展機(jī)床中已沒(méi)有傳統(tǒng)音叉式結(jié)構(gòu)的往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)床，全部都是T型床身、C型結(jié)構(gòu)、十字滑臺(tái)的機(jī)床，機(jī)床在工作臺(tái)的承重與幾何精度保持性上有很大提高。但一體式是往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)床外觀發(fā)展的方向，本次展會(huì)中北京凝華科技有限公司的NH400、泰州市江洲數(shù)控機(jī)床制造有限公司的DK7732M、蘇州三光科技股份有限公司的HB400機(jī)床更好地體現(xiàn)了工業(yè)設(shè)計(jì)在往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)床外觀造型設(shè)計(jì)上的良好視覺(jué)作用（圖6）。

圖6 往復(fù)走絲線切割機(jī)床外觀造型

（3）新型脈沖電源的技術(shù)進(jìn)步

參展機(jī)床的脈沖電源技術(shù)進(jìn)步顯著，蘇州三光科技股份有限公司HB400機(jī)床采用交變極性的脈沖電源技術(shù)，最佳表面粗糙度Ra0.6 μm接近低端單向走絲線切割機(jī)床的技術(shù)指標(biāo)，對(duì)于切割鈦合金材料時(shí)表面沒(méi)有發(fā)藍(lán)的氧化現(xiàn)象。江蘇冬慶數(shù)控機(jī)床有限公司DK7732ZT脈沖電源具有探測(cè)、引燃脈沖，智能控制放電脈沖，保證等能量脈沖放電加工，提高了加工件的光潔度、加工效率并降低了電極絲的損耗。泰州創(chuàng)源機(jī)床有限公司的QH-320機(jī)床，通過(guò)對(duì)脈沖電源輸出極性的動(dòng)態(tài)控制，解決了批量切割鋁材料時(shí)，電極絲和運(yùn)絲筒鋁材料累積粘連的難題。

（4）特殊材料與超厚零件加工的進(jìn)展

往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)床對(duì)于解決一些特殊材料與超厚零件加工有著獨(dú)特的作用。蘇州新火花機(jī)床有限公司展出的機(jī)床在切割PCD刀具時(shí)取得了較好效果；杭州華方數(shù)控機(jī)床有限公司展出了一臺(tái)能切割2000 mm高度零件的往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)床，現(xiàn)場(chǎng)演示效果較好（圖7）。

圖7 杭州華方公司大厚度線切割機(jī)床

（5）互聯(lián)網(wǎng)+與柔性化加工系統(tǒng)的研發(fā)

參展的北京安德建奇數(shù)字設(shè)備股份有限公司AR55機(jī)床、杭州華方數(shù)控機(jī)床有限公司搭載蘇州邁科全機(jī)電有限公司全新智能云控制器的電火花線切割機(jī)床都采用了上下位機(jī)的控制系統(tǒng)技術(shù)，提供鏈接互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床的遠(yuǎn)程操作、監(jiān)控、機(jī)床管理信息的發(fā)送等功能，為電火花線切割機(jī)床對(duì)接智能制造打下基礎(chǔ)，也為客戶創(chuàng)造了設(shè)備與生產(chǎn)智能管理的全新平臺(tái)。北京迪蒙卡特機(jī)床有限公司將一臺(tái)往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)床、一臺(tái)電火花成形機(jī)床一個(gè)機(jī)器人組成零件加工柔性化加工系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)加工零件的自動(dòng)化裝夾、轉(zhuǎn)送，為智能化制造做出有意義的嘗試（圖8）。

圖8 北京迪蒙卡特公司的柔性化加工系統(tǒng)

1.3 專用數(shù)控電加工設(shè)備

1.3.1 專用微孔電火花加工機(jī)床

本屆展會(huì)上2家企業(yè)展出的用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控高壓共軌針閥體的數(shù)控微孔電火花加工機(jī)床各具特色（圖9）。蘇州電加工機(jī)床研究所有限公司展出的SE-WK012雙頭雙工位電火花加工噴孔專用機(jī)床，創(chuàng)新研制的多功能加工頭倒錐加工機(jī)構(gòu)、電極振動(dòng)伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)便利、加工過(guò)程穩(wěn)定，可滿足汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控高壓共軌針閥體倒錐微孔的高效加工需求；北京市電加工研究所展出的MH10數(shù)控微孔加工機(jī)床在主機(jī)外觀結(jié)構(gòu)和倒錐加工機(jī)構(gòu)方面有了重大改進(jìn)，給人耳目一新的感覺(jué)。1.3.2 專用電火花成形磨床

圖9 數(shù)控微孔電火花加工機(jī)床

德國(guó)孚爾默公司是電加工細(xì)分市場(chǎng)應(yīng)用的典型代表，它面向PCD（聚晶金剛石）刀具加工，展出了QXD 250專用電火花成形磨削機(jī)床。該機(jī)床采用一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一次裝夾即可完成從測(cè)量、放電加工、磨削直至拋光的全部加工過(guò)程；可針對(duì)不同刀具領(lǐng)域的特殊需求進(jìn)行靈活匹配；開(kāi)發(fā)了專門(mén)用于加工超硬材質(zhì)的新型電火花放電發(fā)生器（Vpulse EDM），通過(guò)精細(xì)且準(zhǔn)確的電火花放電加工脈沖，可獲得被加工表面粗糙度Ra0.1 μm，同時(shí)節(jié)約近30%的電火花加工時(shí)間。

北京迪蒙數(shù)控技術(shù)有限責(zé)任公司展出的HS85六軸數(shù)控精密電火花成形加工機(jī)床，可在電極與工件之間完成空間任意角度位置的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)小孔及成形加工的一次裝夾、檢測(cè)和一次加工完成，大幅提高了加工效率，特別適用于航天、航空葉片的一次性整體加工。

1.3.3 專用電火花線切割機(jī)床

單向走絲電火花線切割機(jī)床應(yīng)用于精密零件加工領(lǐng)域外，國(guó)內(nèi)外廠商機(jī)床基本都將PCD刀具加工作為一個(gè)重要的分支應(yīng)用領(lǐng)域。本次展會(huì)德國(guó)孚爾默公司展出了一臺(tái)帶自動(dòng)裝夾PCD刀具的機(jī)械手與零件庫(kù)的單向走絲線切割機(jī)床Vpluse500，標(biāo)配了當(dāng)今制造或修磨PCD刀具所需的全部功能，同時(shí)還能針對(duì)個(gè)性化生產(chǎn)要求進(jìn)行靈活調(diào)整，如對(duì)PCD刀具在一次夾緊下同時(shí)進(jìn)行測(cè)量和放電加工（圖10）。另外，日本沙迪克公司、日本FANUC公司、瑞士GF加工方案、臺(tái)灣慶鴻公司、北京安德建奇公司及北京迪蒙精銳公司等都可向用戶提供PCD加工的機(jī)床、電源或旋轉(zhuǎn)分度軸，來(lái)適應(yīng)部分客戶加工棍狀或盤(pán)狀PCD刀具的需要。

圖10 孚爾默公司Vpluse500PCD刀具修磨機(jī)床

2 激光加工機(jī)床

本屆展會(huì)匯聚了國(guó)內(nèi)外30多家激光加工企業(yè)，境內(nèi)外展商同場(chǎng)競(jìng)技，體現(xiàn)了當(dāng)前世界激光加工產(chǎn)業(yè)最高的技術(shù)水平及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。本屆展會(huì)展出的激光加工機(jī)床以光纖激光切割機(jī)為主，呈現(xiàn)出高功率、超高速、智能化和集成化等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)大幅面、大厚板及高反射材料良好的切割能力。同時(shí)，飛秒、皮秒超快激光加工設(shè)備以及能適應(yīng)不同工藝要求的高度集成自動(dòng)化激光焊接工作站也有展示。與上屆相比，盡管主流高功率光纖激光器依然采用美國(guó)IPG公司的產(chǎn)品，但對(duì)于3~4 kW的光纖激光器，考慮到成本因素，許多設(shè)備選擇了搭配國(guó)產(chǎn)激光器，其安全可靠性也有一定保證。國(guó)產(chǎn)激光器的使用對(duì)進(jìn)口激光器造成了一定沖擊，使進(jìn)口激光器的價(jià)格有較大幅度的下調(diào)，一定程度上降低了設(shè)備成本。另外可以預(yù)見(jiàn)的是，精密激光加工在未來(lái)將成為激光加工市場(chǎng)中重要的組成部分。

2.1 光纖激光切割機(jī)床全面取代CO2激光切割機(jī)床

上屆展會(huì)尚有5家企業(yè)展出CO2激光切割機(jī)床，但本屆展會(huì)展出的則全部為光纖激光切割機(jī)床。日本天田公司（AMADA）參展的ENSIS3015AJ光纖激光加工機(jī)，僅以2 kW的光纖激光功率就可以對(duì)25 mm碳鋼板進(jìn)行不亞于CO2激光的切割，而這要?dú)w功于ENSIS的光束可變裝置。在薄板切割時(shí)，光束為T(mén)EM00模態(tài)即焦點(diǎn)的能量密度更高，聚焦出來(lái)的焦點(diǎn)直徑更小，以更集中的功率對(duì)薄板進(jìn)行高速切割；反之，在中厚板切割時(shí)則自動(dòng)變化光束為T(mén)EM01模態(tài)即焦點(diǎn)直徑更寬，便于輔助氣體將熔渣完全吹掉的焦點(diǎn)，且實(shí)際加工中不再需要根據(jù)板材不同而頻繁更換聚焦鏡，實(shí)現(xiàn)了無(wú)需人工進(jìn)行工前準(zhǔn)備的零失誤連續(xù)加工，提高了工廠運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，達(dá)到其一“劍”雙雕的效果。

2.2 “高功率、超高速、大厚板”成為展會(huì)一大亮點(diǎn)

高的激光輸出功率應(yīng)用于大厚板材料的切割，而對(duì)于大幅面的薄板采用超高速的切割工藝并均能保證獲得良好的切割質(zhì)量，大幅提高了生產(chǎn)效率。上海普?，斨悄芸萍加邢薰?、百超（上海）精密機(jī)床有限公司（Bystronic）、奔騰激光（溫州）有限公司和武漢華工激光工程有限責(zé)任公司等多家企業(yè)宣稱激光切割設(shè)備可以搭配“萬(wàn)瓦級(jí)”的激光器，但在本次展會(huì)中并未見(jiàn)展出。相對(duì)于“萬(wàn)瓦級(jí)”激光器，本次展出的激光切割設(shè)備普遍搭配的是8 kW 和6 kW級(jí)這樣穩(wěn)定輸出功率的激光器。

德國(guó)通快公司（TRUMPF）展示了TruLaser 5040 fiber超高速激光切割機(jī)（圖11），通過(guò)使用最大輸出功率8 kW的TruDisk通快碟片激光器和超高速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)床的聯(lián)動(dòng)軸速最高可達(dá)300 m/min，1 mm厚的不銹鋼板的切割速度可突破50 m/min，碳鋼的最大切割厚度可達(dá)25 m/min，結(jié)合單切割頭技術(shù)搭配碰嘴自動(dòng)更換、對(duì)中系統(tǒng)確保最低的停機(jī)等待時(shí)間及近乎“零秒”穿孔技術(shù)，體現(xiàn)了通快公司“暴風(fēng)切割”的宣傳理念。大族激光智能裝備集團(tuán)展出搭配IPG公司8 kW激光器的G3015HF高速光纖激光切割機(jī)（圖12），可加工幅面3000 mm×1500 mm，切割低碳鋼和304不銹鋼板材厚度可達(dá)25 mm，X、Y軸最大定位速度從之前的169 m/min提高到200 m/min，加速度從1.5g提高到2.8g，為了適應(yīng)高速運(yùn)行，提高控制性能，伺服驅(qū)動(dòng)的剛性也相應(yīng)提高了。

圖11 通快公司TruLaser 5040 fiber超高速激光切割機(jī)

圖12 大族激光公司G3015HF高速光纖激光切割機(jī)

2.3 更智能化、更集成化和國(guó)產(chǎn)化的設(shè)計(jì)理念

湖北三環(huán)鍛壓設(shè)備有限公司展出的PHOENIX FL 3015光纖激光切割機(jī)，其緊湊的Phoenix采用焊接的鋼結(jié)構(gòu)，可最小化由高速加速度所帶來(lái)的機(jī)床變形，確保整個(gè)機(jī)床的加工精度。自動(dòng)交換工作臺(tái)系統(tǒng)，在切割的同時(shí)能在另外一張工作臺(tái)上對(duì)板材進(jìn)行上下料，整個(gè)臺(tái)面交換的時(shí)間只有35 s。濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所有限公司展出的FL524i光纖激光切割機(jī)具有全自動(dòng)調(diào)焦技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)各種板材自動(dòng)加工，避免激光反射損壞光纖，且搭配自主設(shè)計(jì)的AL系列自動(dòng)化上下料系統(tǒng) （包括料庫(kù)和自動(dòng)上下料裝置），可實(shí)現(xiàn)全線連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，節(jié)約人工，提高設(shè)備產(chǎn)能。

2.4 復(fù)合加工機(jī)呈現(xiàn)出很大的發(fā)展?jié)摿?/p>

日本天田公司在本屆展會(huì)傳達(dá)的理念是：離開(kāi)復(fù)合加工機(jī)并不是就無(wú)法加工了，但在有限的訂單生產(chǎn)中，復(fù)合加工機(jī)能幫助企業(yè)降低成本和提高產(chǎn)品品質(zhì)，獲取更大的利潤(rùn)。本次天田公司推出的LC2515C1AJ光纖激光復(fù)合加工機(jī)（圖13）是一臺(tái)統(tǒng)合了數(shù)控機(jī)床、激光切割和攻絲成形等全部落料工序的設(shè)備。當(dāng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)孔的沖切時(shí)，利用數(shù)控沖床沖孔，當(dāng)遇到不常用的特殊孔時(shí)，利用激光進(jìn)行加工可以節(jié)省模具費(fèi)用和加快交貨期等，很好地降低生產(chǎn)成本的同時(shí)，還能幫助企業(yè)改善生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品附加值。德國(guó)德馬吉森精機(jī)公司（DMG）推出的LASERTEC 65 3D機(jī)床（圖14）是在一臺(tái)全功能的五軸銑削加工中心上集成了激光增材制造技術(shù)。這一巧妙的復(fù)合加工技術(shù)具有增材制造與高精度切削加工的靈活性，它所生產(chǎn)的完整工件能達(dá)到銑削質(zhì)量。而LASERTEC 65 3D搭配的激光器是2 kW的光纖傳輸半導(dǎo)體激光器 （標(biāo)配）進(jìn)行激光堆焊，成形的工件無(wú)孔洞且可全面加工，成形速度比粉床方式快10倍，還可形成大坡度輪廓，且絕對(duì)不需要支撐件。特別是這種復(fù)合加工技術(shù)能非常經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)大型工件。激光加工與銑削加工間的靈活切換能力可直接加工成品件中無(wú)法達(dá)到的部位，同時(shí)也說(shuō)明半導(dǎo)體激光在激光加工領(lǐng)域也將扮演越來(lái)越重要的角色。

圖13 天田公司LC2515C1AJ光纖激光復(fù)合加工機(jī)

圖14 德馬吉公司LASERTEC 65 3D機(jī)床

2.5 精密激光加工設(shè)備具有廣闊的發(fā)展空間

德國(guó)德馬吉森精機(jī)公司展出的LASERTEC 20是一臺(tái)集動(dòng)態(tài)性、精度、結(jié)構(gòu)緊湊、多功能和智能化于一體的高科技精密加工機(jī)床，配備集成式數(shù)控?cái)[動(dòng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的五軸龍門(mén)精密加工機(jī)床，占地面積僅3.5 m2，可進(jìn)行高動(dòng)態(tài)五軸精密加工。機(jī)床最突出的亮點(diǎn)是特別高的輪廓精度和眾多應(yīng)用程序特定的LASERSOFT軟件功能，且其出色的定位精度和重復(fù)精度使其非常適合精密工具制造領(lǐng)域的高科技應(yīng)用以及手表或醫(yī)療行業(yè)精密零件的精密切割。

上屆展會(huì)并沒(méi)有出現(xiàn)短脈沖及超短脈沖激光精細(xì)加工設(shè)備，本屆卻出現(xiàn)了多家公司參展相關(guān)設(shè)備?？?tīng)柊厮箒?lái)福臨機(jī)械（上海）有限公司展出的搭配最大輸出功率40 W、波長(zhǎng)532 nm的脈沖光纖激光器（納秒激光器）的LASEER LINE PRECISION納秒激光加工機(jī)床，采用短脈沖激光和一體化掃描技術(shù)，可對(duì)金剛石切削刃和三維型腔進(jìn)行五軸激光整體加工，且可使加工PCD材料的速度最多加快2.5倍，并使加工MCD材料的速度最多加快1.5倍。瑞士GF加工方案展出的LASER P 400納秒、飛秒雙激光源一體化設(shè)計(jì)的五軸激光加工機(jī)床可實(shí)現(xiàn)各種材料的蝕刻，納秒激光源具有更高的效率，更標(biāo)準(zhǔn)化和經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)勢(shì)。若采用飛秒激光器，還可蝕刻難加工的玻璃、藍(lán)寶石及各種高分子材料等，且采用飛秒激光器還能加工出不同的波紋結(jié)構(gòu)，依據(jù)光衍射原理，可獲得不同的表面顏色。一次裝夾即可完成整個(gè)零件的加工，減少了人為干擾引起的誤差，生產(chǎn)過(guò)程更簡(jiǎn)化，特別適合對(duì)藝術(shù)美學(xué)和功能性紋理有特殊要求的精密物品加工。

國(guó)內(nèi)首臺(tái)工業(yè)化飛秒激光微細(xì)加工裝備由西安中科微精光子制造科技有限公司開(kāi)發(fā)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域的空白，滿足了國(guó)家急需的復(fù)雜曲面上高品質(zhì)鉆孔、海量群孔及超微孔的制造需求。其展出了最新開(kāi)發(fā)的超快激光精密數(shù)控機(jī)床（圖15），可根據(jù)不同需求選用飛秒或皮秒激光器，實(shí)現(xiàn)超低熱效應(yīng)微細(xì)加工，加工表面完整性好，也可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲面的空間角度微結(jié)構(gòu)加工等。可以預(yù)見(jiàn)的是，精密激光加工設(shè)備，特別是超快激光加工設(shè)備未來(lái)會(huì)在激光加工領(lǐng)域扮演越來(lái)越重要的角色。

圖15 西安中科超快激光精密數(shù)控機(jī)床

3 增材制造（3D打?。C(jī)床

2016年全球增材制造行業(yè)增幅達(dá)17.4%。據(jù)估計(jì)，2020年全球3D打印市場(chǎng)總值將達(dá)205億美元。因此，增材制造機(jī)床將持續(xù)其快速發(fā)展的勢(shì)頭。但本屆展會(huì)增材制造參展商不多，國(guó)內(nèi)外僅8家廠商（包括代理商）展出15臺(tái)設(shè)備，展品以金屬材料增材制造機(jī)床為主。

3.1 金屬材料增材制造機(jī)床

英國(guó)雷尼紹（Renishaw）公司專設(shè)了展臺(tái)，其推出的金屬材料增材制造機(jī)床為專用于工業(yè)生產(chǎn)的RenAM 500M設(shè)備。與其以前推出的AM 250和AM 125的主要不同之處有：①使用500 W摻鐿光纖激光器，加工效率大大增加，達(dá)到25 cm3/h；② 自主開(kāi)發(fā)了具有動(dòng)態(tài)聚焦功能的光學(xué)系統(tǒng)，不僅對(duì)于聚焦和引導(dǎo)激光束更有利，而且激光的快速上升時(shí)間可確保提供最大的能量；③新型機(jī)床為批量生產(chǎn)而設(shè)計(jì)了機(jī)內(nèi)自動(dòng)化篩粉和再循環(huán)系統(tǒng)（圖16），提高了機(jī)床專門(mén)處理單一粉末材料或材料類型的效率；④配有獲得專利的高性能SafeChange雙濾芯系統(tǒng)，可在穩(wěn)定的受控環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間執(zhí)行加工操作；⑤推出了增材制造機(jī)床專用的QuantAM加工文件處理軟件，它能更緊密地集成到機(jī)床控制軟件中，還可用作指導(dǎo)完成增材制造設(shè)計(jì)流程的工具，以充分發(fā)掘增材制造的優(yōu)勢(shì)。在應(yīng)用中，各種專用的醫(yī)療增材制造設(shè)備得到了較快發(fā)展，如：口腔科和齒科用增材制造機(jī)床，用于頜面、顱骨和各種骨骼修復(fù)的增材制造機(jī)床等。

圖16 雷尼紹公司的粉末循環(huán)利用系統(tǒng)

美國(guó)3D Systems公司展示了其金屬材料增材制造機(jī)床ProX DMP系列，均采用光纖激光器，層厚可調(diào)，保證了成形件的精度。這些設(shè)備對(duì)于成形件的復(fù)雜程度沒(méi)有限制，越復(fù)雜越能體現(xiàn)其優(yōu)越性，所支持的金屬粉末最小顆?？蛇_(dá)直徑5 μm。因此，打印出來(lái)的成形件精度更高，表面粗糙度值更低，特征細(xì)節(jié)分辨率更佳，可重復(fù)性好，X、Y、Z重復(fù)精度均可達(dá)20 μm，最小細(xì)節(jié)分辨率為X 100 μm、Y 100 μm、Z 20 μm。其應(yīng)用領(lǐng)域包括航空航天、發(fā)動(dòng)機(jī)/組件制造、醫(yī)療（骨科植入物、齒科、整形外科等）、工模具中的隨形冷卻鑲件、珠寶和首飾業(yè)等。這次展出的M2 Cusing機(jī)型是基于之前研發(fā)并通過(guò)實(shí)踐證明成功的Concept Laser CUSING技術(shù)，不同的是，M2是世界首套能應(yīng)付鈦合金、鋁合金等反射性金屬材料的激光增材制造的設(shè)備。它根據(jù)最近的防爆防火條例，裝備了相應(yīng)的傳感元件及測(cè)量技術(shù)，因此保證了系統(tǒng)的安全性。M2帶有自主發(fā)明專利的粉末操作裝置，新一代的光纖激光器加上室溫下操作的Laser CUSING專利技術(shù)，保證了所生產(chǎn)成形件的高分辨系數(shù)和杰出的機(jī)械性能。M2也是醫(yī)療行業(yè)生產(chǎn)元件相當(dāng)理想的選擇，同時(shí)也適用于航天工業(yè)領(lǐng)域的部件生產(chǎn)。

德國(guó)德馬吉森精機(jī)公司展出其著名增減材復(fù)合制造的LaserTec 65 3D機(jī)床。該機(jī)床利用激光熔覆沉積堆積材料、成形零件的局部結(jié)構(gòu)；再利用高速銑削同步地對(duì)剛成形的局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行及時(shí)的切削加工，以直接獲得尺寸精度高及表面粗糙度值低的金屬零件（圖17）。該機(jī)床在切削時(shí)，會(huì)利用切削液對(duì)工件進(jìn)行快速冷卻，必要時(shí)還需進(jìn)行消除熱應(yīng)力處理，以協(xié)調(diào)激光熔覆沉積與切削加工對(duì)工件溫度的影響。

圖17 德馬吉公司LaserTec 65 3D機(jī)床增減材加工的零件

法國(guó)AddUp公司是這次展會(huì)上最新亮相的金屬增材制造設(shè)備制造公司，由法國(guó)的法浮（Fives）公司與米其林公司各出資50%成立。公司最初為米其林公司提供輪胎金屬模具的增材制造技術(shù)，而AddUp公司則是面向更廣泛的市場(chǎng)，其提供的增材制造設(shè)備包括基于粉末床工藝的FormUp系列和基于送粉沉積的BeAM系列。AddUp公司在展會(huì)上推出的FormUp-350型號(hào)可制備表面粗糙度Ra3.5 μm的精密金屬零件，其粉末床預(yù)熱溫度可達(dá)500℃。

德國(guó)EOS公司的激光選區(qū)燒結(jié)/熔化機(jī)床一向被譽(yù)為全球水平最高的產(chǎn)品。本屆展會(huì)由北京恒尚科技有限公司代理展出了EOS M400和EOS M290機(jī)床。EOS M400的成形尺寸為400 mm×400 mm× 400 mm，采用1 kW的Yb光纖激光器，其光學(xué)部件包括F-theta-lens平場(chǎng)聚焦透鏡及高速掃描振鏡，可變焦點(diǎn)直徑為90 μm，掃描速度最高可達(dá)7 m/s。它具有自動(dòng)清潔功能，可減少過(guò)濾器更換的次數(shù)，從而降低成本。它的精密軟件系統(tǒng)把打印工作和準(zhǔn)備工作分離開(kāi)來(lái)，打印系統(tǒng)可專注于生產(chǎn)成形件，從而節(jié)省時(shí)間且降低成本。主要應(yīng)用領(lǐng)域包括：精密金屬部件的直接制造，防火部件直接制造，產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)認(rèn)證，人體植入物（牙齒、顱骨修復(fù)物、假肢等），文化、創(chuàng)意、服飾、家居用品等領(lǐng)域的創(chuàng)意設(shè)計(jì)與展示等。此外，EOS與喬治費(fèi)歇爾精密機(jī)床有限公司（+GF+）合作，推出AM S 290 Tooling型號(hào)的增強(qiáng)版SLM（圖18）。其特點(diǎn)是重新設(shè)計(jì)了成形墊板系統(tǒng)，使在該型號(hào)SLM設(shè)備上成形的零件，可直接轉(zhuǎn)移到喬治費(fèi)歇爾公司的加工機(jī)床上，而無(wú)需進(jìn)行二次定位。這樣可大大簡(jiǎn)化SLM成形零件后續(xù)加工的裝夾和校準(zhǔn)，提高零件的綜合加工效率。

圖18 EOS與+GF+合作推出的AM S 290 Tooling設(shè)備

北京易加三維科技有限公司展出了EP-M250金屬增材制造機(jī)床，它采用激光選區(qū)熔化（SLM）技術(shù)，可在無(wú)需刀具和模具條件下成形出任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)和接近100%致密度的金屬零件，其可以成形的材料包括了鈦合金、不銹鋼、鈷鉻鉬合金、高溫合金和鋁合金（圖19）等。

金屬材料增材制造除了以激光作為能量源之外，也能以電子束作為能量源。清華大學(xué)開(kāi)發(fā)的電子束選區(qū)熔化增材制造機(jī)床Qbeam Lab，已由天津清研智束科技有限公司完成了產(chǎn)品化，并開(kāi)始進(jìn)入市場(chǎng)。其電子束功率為4 kW，加速電壓為0~70 kV，電子束流為0~60 mA，成形零件最大尺寸200 mm× 200 mm×240 mm，電子束斑定位精度±0.2 mm，成形室工作最低真空度小于1×10-2Pa。該機(jī)床采用了網(wǎng)格式掃描預(yù)熱系統(tǒng)，有效提升了粉末床溫度場(chǎng)的均勻性，大大減少了“吹粉”現(xiàn)象，提高了工藝的穩(wěn)定性。通過(guò)自主研發(fā)的電子束多點(diǎn)熔化技術(shù)，通過(guò)超過(guò)10 km/s的“瞬移”，可形成超過(guò)100個(gè)的“分束”，即在粉末床上同時(shí)加熱100多個(gè)熔池，極大地提高了生產(chǎn)效率。由于它屬于真空制造，適用的金屬材料有鈦合金、鋁合金、鎳基合金、高強(qiáng)鋼及其他性能活潑的金屬與合金等。

圖19 北京易加三維公司展出的SLM打印零件

北京航空制造工程研究所推出的ZD60-10A型電子束增材制造機(jī)床，由60 kV/10 kW電子槍、高壓電源、真空系統(tǒng)、觀察系統(tǒng)、三維工作臺(tái)、含三軸對(duì)準(zhǔn)裝置的送絲系統(tǒng)、真空系統(tǒng)及綜合控制系統(tǒng)組成。其最大加速電壓為60 kV，最大電流為250 mA，最大功率為15 kW，空室容積為4 m×2 m×2 m。加工過(guò)程中，電子槍、送絲系統(tǒng)和三維工作臺(tái)通過(guò)綜合控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，達(dá)到了自動(dòng)化操作要求，保證熔積過(guò)程穩(wěn)定進(jìn)行。其熔積層的寬度為7.4 mm，層高為1.5 mm。

3.2 非金屬材料增材制造機(jī)床

本屆展會(huì)上，美國(guó)3D Systems公司展出了非金屬材料增材制造機(jī)床。其中，立體光固化增材制造機(jī)床ProX?950 SLA使用紫外激光，將液態(tài)光敏樹(shù)脂和復(fù)合材料逐層覆蓋在固體截面上。機(jī)床提供高吞吐量，構(gòu)建容量達(dá)1500 mm×750 mm×550 mm，具有最高的部件分辨率和精度，并可使用廣泛的印刷材料。它能提供更廣泛的應(yīng)用，包括要求最苛刻的快速制造領(lǐng)域的應(yīng)用。又如，推出新型ProJet? MJP3600 W機(jī)床，它采用多噴頭打?。∕JP）技術(shù)，是高精度塑料件增材制造設(shè)備，打印的塑料件質(zhì)量高且耐用。它使用的成形材料為VisiJet M3 Hi-cast，可批量生產(chǎn)具有微小細(xì)節(jié)圖案的100%純蠟?zāi)Ｐ?，適用于珠寶熔模鑄造、服裝、微型醫(yī)療器械等。此外，還有桌面型的CubePro機(jī)床（可3種顏色同時(shí)打?。rojet 1500機(jī)床（可打印6種顏色的材料）等。

美國(guó)Stratasys公司的熔融沉積制造 （FDM）系列設(shè)備由中國(guó)香港寶力公司等為其代理。該公司推出基于FDM的F123系列增材制造機(jī)床，包括F170、F270和F370等，它們可以和通常的打印機(jī)或復(fù)印機(jī)一樣放置在工作區(qū)內(nèi)，操作簡(jiǎn)單，大部分操作都可通過(guò)觸屏界面完成，無(wú)論是否有使用過(guò)增材制造機(jī)床的經(jīng)驗(yàn)都能上手，用戶也可在共享的工作區(qū)內(nèi)通過(guò)任意網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程操作機(jī)器。該機(jī)床可用于整個(gè)原型制作流程，從最初的感念驗(yàn)證，到設(shè)計(jì)驗(yàn)證和最終的功能性能。

香港寶力公司還代理了以色列Objet公司的增材制造機(jī)床，包括多種系列機(jī)床。如：Objet500 Connex3 3D增材制造機(jī)床是唯一能使用一系列多材料組件（橡膠+透明+剛性+彩色）、創(chuàng)建顏色鮮亮原型的機(jī)床。

國(guó)內(nèi)參展商北京易加三維科技有限公司推出的EP-C7250（S7250）系列增材制造機(jī)床，采用激光選區(qū)燒結(jié)（SLS）技術(shù)，以樹(shù)脂砂和可消失熔模為成形材料，再通過(guò)與鑄造技術(shù)結(jié)合，可快速鑄造出發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、渦輪、葉輪等結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零部件。

The Reviews for Non-traditional Machines Exhibited in CIMT 2017

The reviewing expert group on the non-traditional machines in CIMT 2017

After through visit survey，information collection and informal discussion with some exhibitors for various types of non-traditional machines exhibited in CIMT 2017，the technical features and development trend on NC electro-discharge machine,laser beam machine,additive manufacturing machine at home and abroad are deeply and systematically reviewed.Further，an analysis in the application and the market expanding of these machines has been also carried.

non-traditional machine；NC sinking electro-discharge machine；NC wire electricaldischarge machine；special purpose NC electro-discharge equipment；laser beam machine；additive manufacturing machine；reviews

TG66

A

1009－279X（2017）03－0001-11

2017-05-20

*CIMT 2017特種加工機(jī)床評(píng)述專家組成員：吳國(guó)興（組長(zhǎng)）、葉軍、肖榮詩(shī)、林峰、朱寧、伏金娟、山昌祝、張寶華、徐均良、于志三、張人佶、張景泉。