CIMT 2015特種加工機(jī)床評述專家組

第十四屆中國國際機(jī)床展覽會特種加工機(jī)床評述

CIMT 2015特種加工機(jī)床評述專家組

通過對第十四屆中國國際機(jī)床展覽會（CIMT 2015）展出的各類特種加工機(jī)床的現(xiàn)場調(diào)研、資料收集及與參展商的座談交流，對國內(nèi)外電火花加工機(jī)床、激光加工機(jī)床、增材制造設(shè)備等新產(chǎn)品、新技術(shù)、新工藝及其發(fā)展趨勢進(jìn)行了比較深入和系統(tǒng)的評述，并對市場需求進(jìn)行了分析。

特種加工機(jī)床；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；評述

第十四屆中國國際床展覽會 （CIMT 2015）于2015年4月20日至25日在北京舉行，展出面積達(dá)13.1萬平方米，創(chuàng)歷屆規(guī)模之最，包括世界機(jī)床制造業(yè)百強(qiáng)企業(yè)在內(nèi)的28個國家和地區(qū)的1554家知名機(jī)床工具制造廠商參加了展會，其中境內(nèi)展商780家、境外展商774家。

特種加工機(jī)床國內(nèi)外展商共65家，其中國內(nèi)（包括中外合資）44家、國外21家。共展出機(jī)床設(shè)備129臺，其中國內(nèi)參展機(jī)床89臺，包括數(shù)控電火花成形機(jī)床11臺、單向走絲電火花線切割機(jī)床7臺、往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)床23臺、電火花微小孔加工機(jī)床5臺、電火花工具磨床3臺、激光加工機(jī)床30臺、水切割機(jī)床4臺、增材制造設(shè)備5臺、等離子弧切割機(jī)1臺；國外參展機(jī)床40臺，包括數(shù)控電火花成形機(jī)床5臺、電火花微小孔加工機(jī)床1臺、單向走絲電火花線切割機(jī)床8臺、激光加工機(jī)床16臺、增材制造設(shè)備8臺、水切割機(jī)1臺、等離子弧切割機(jī)1臺。可以看出，特種加工機(jī)床參展的主要產(chǎn)品是各類電火花加工機(jī)床和激光加工機(jī)床。

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

本屆展會上，國外有5家、國內(nèi)有11家公司展出了數(shù)控電火花成形機(jī)床，這些機(jī)床不論在技術(shù)性能、還是工藝指標(biāo)方面都有所進(jìn)步。

1.1.1從單機(jī)自動化到成套加工技術(shù)到初步柔性制造系統(tǒng)

瑞士阿奇夏米爾公司15年前就有所準(zhǔn)備，它先后并購了以高速銑生產(chǎn)為主的瑞士米克朗公司，以精密工裝夾具和機(jī)器人 （機(jī)械手）生產(chǎn)為主的system 3R公司，經(jīng)過多年的磨合，才使成套加工技術(shù)水到渠成。2015年干脆將公司名稱改為“GF加工方案”。

從單機(jī)自動化到成套加工技術(shù)再到成套自動化加工系統(tǒng)有個發(fā)展過程，即開始是“開式”單臺的，是針對某一工件（模具）需要由數(shù)控電火花成形機(jī)床、高速銑或精密電火花線切割機(jī)床等各自單獨(dú)的自動化加工來完成，而后逐步發(fā)展為由供應(yīng)商提供成套加工設(shè)備（機(jī)床）、工藝及這些機(jī)床的通用精密夾具等，以完成零件全過程的加工。例如，2014年GF在LED模具生產(chǎn)線上有上百臺設(shè)備，就是數(shù)控電火花成形機(jī)床、高速銑、電火花線切割機(jī)床組成的成套設(shè)備及工藝技術(shù)；日本牧野公司1年中捆綁銷售數(shù)控電火花成形機(jī)床、高速銑達(dá)400臺之多，足以說明這是從單機(jī)銷售向成套銷售發(fā)展，成為交鑰匙工程，也是技術(shù)服務(wù)日益成為裝備制造企業(yè)重要的發(fā)展趨勢。

成套加工技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展將成為由數(shù)控電火花成形機(jī)床、高速銑、system 3R（刀具/電極、工件自動交換傳遞）系統(tǒng)及直線測量系統(tǒng)組成的成套自動化加工系統(tǒng)。數(shù)控電火花成形機(jī)床和高速銑是當(dāng)前型腔模具加工的核心裝備，瑞士GF采用system 3R將它們組成自動化加工系統(tǒng)。systerm 3R帶有工件庫和電極（刀具）庫，機(jī)械手可以正確地將帶有識別碼的工件及電極（刀具）安裝到加工區(qū)域，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置和加工程序，以完成需要由數(shù)控電火花成形機(jī)床和高速銑共同完成的模具（零件）加工。其中，高速銑既可進(jìn)行模具（零件）的機(jī)械銑削加工，也可進(jìn)行電極銑削加工。

這次展會展出的成套自動化加工系統(tǒng)已發(fā)展到更高階段，GF將其稱之為自動化的柔性加工系統(tǒng)（圖1）。GF加工方案展出的柔性加工系統(tǒng)是由一臺移動的system 3R TRANSFORMER（機(jī)械手）將高速銑HSM400LP和數(shù)控電火花成形機(jī)床FORM200連接，system 3R進(jìn)行工件/電極庫中的工件/電極自動交換，并通過小車與三坐標(biāo)測量機(jī)的電極測量和自動補(bǔ)償系統(tǒng)連接起來，整個系統(tǒng)GF稱之為自動化柔性加工系統(tǒng)。system 3R系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)2 μm定位精度，system 3R TRANSFORMER將需處理的工件/電極均固定在托盤上，將帶有識別碼芯片的工件/電極從物料庫中迅速而準(zhǔn)確地放置在機(jī)床加工區(qū)，而托盤上的芯片確認(rèn)系統(tǒng)還要依靠system 3R cellmanager處理單元，該單元的關(guān)鍵部件是一個高效數(shù)據(jù)庫，它用托盤上的芯片確認(rèn)系統(tǒng)正確識別物料庫中的工件/電極并進(jìn)行傳遞。

這種自動化柔性系統(tǒng)大大縮短了機(jī)床待機(jī)時間，無需操作人員對加工過程的干預(yù)，使零部件不間斷加工制造成為現(xiàn)實(shí)，且由于免除了人的干預(yù)，從而保證加工工藝參數(shù)的一致性。目前GF的自動化柔性系統(tǒng)已在先進(jìn)的模具制造廠應(yīng)用，使傳統(tǒng)的模具制造發(fā)展為“模具制造系統(tǒng)”。

圖1　GF加工方案的柔性加工系統(tǒng)

應(yīng)該指出，這種加工制造系統(tǒng)特別適用于批量零部件的加工制造，對于模具制造基本不存在批量問題，必定使系統(tǒng)調(diào)整更為頻繁。

1.1.2在航空航天工業(yè)中的市場前景

（1）航空航天工業(yè)中發(fā)動機(jī)等零部件加工制造市場潛力巨大

本屆展會上，航空航天發(fā)動機(jī)的需求受到了業(yè)內(nèi)人士的重點(diǎn)關(guān)注。當(dāng)前，航天工業(yè)的發(fā)展方興未艾，航空工業(yè)的發(fā)展同樣潛力巨大。據(jù)了解，在航空運(yùn)輸自由化和城市化日益上升的大趨勢下，旅游、運(yùn)輸業(yè)飛速發(fā)展，預(yù)計全球需要36 000架新飛機(jī)，有近5萬億美元的市場價值，若每架飛機(jī)需要2臺發(fā)動機(jī)，則發(fā)動機(jī)的需求量為72 000臺；再者，未來20年內(nèi)的飛機(jī)將努力實(shí)現(xiàn)提高燃油效率、減少二氧化碳和單氮氧化物的排放量、降低噪音水平等，這些都促進(jìn)了發(fā)動機(jī)的不斷創(chuàng)新發(fā)展，需不斷滿足新的發(fā)動機(jī)市場需求。

航空航天工業(yè)的發(fā)動機(jī)制造特點(diǎn)主要體現(xiàn)在二個方面：一是難加工材料，如鈦合金、鈦鋁合金、高溫耐熱合金、碳化硅基復(fù)合材料等；二是難加工結(jié)構(gòu)，如復(fù)雜曲面結(jié)構(gòu)（葉輪、葉片、機(jī)匣等）、低剛性工藝結(jié)構(gòu)件（小孔、深孔、窄槽等）、精密偶件（噴油嘴）等，這些正是數(shù)控電火花成形機(jī)床的用武之地，今后將仍有較大的商機(jī)。

（2）在航空航天工業(yè)中的應(yīng)用

這次展會上，瑞士GF現(xiàn)場演示了航空發(fā)動機(jī)葉盤、支架零件以及葉片冷卻孔的加工過程，還展示了專為加工葉片冷卻孔的DRILL300五軸電火花鉆孔機(jī)床。西班牙歐納公司在展臺的背景墻和樣本中重點(diǎn)介紹了在航空航天工業(yè)中的應(yīng)用，給出了用于航空航天領(lǐng)域中的葉片型面、密封圈、密封槽、前緣、后緣等關(guān)鍵件的加工實(shí)例。

通過國家科技重大專項的研發(fā)，國內(nèi)數(shù)控電火花成形機(jī)床在航空航天工業(yè)中的應(yīng)用也取得了明顯進(jìn)展。蘇州電加工機(jī)床研究所有限公司展出的DK7140精密數(shù)控電火花成形機(jī)床（圖2）可實(shí)現(xiàn)X、Y、Z、A、C五軸聯(lián)動，可進(jìn)行對帶冠整體渦輪盤扭曲葉形及其他復(fù)雜型面的加工，實(shí)現(xiàn)對高溫耐熱合金、鈦合金等材料進(jìn)行高效穩(wěn)定加工，最佳表面粗糙度Ra0.1～0.2 μm。該設(shè)備已在我國航天航空發(fā)動機(jī)制造企業(yè)得到應(yīng)用。

圖2　DK7140五軸聯(lián)動電火花成形機(jī)床

北京迪蒙數(shù)控技術(shù)有限公司、北京迪蒙卡特機(jī)電設(shè)備有限公司展出了多款面向中、高端市場的產(chǎn)品。北京迪蒙數(shù)控技術(shù)有限公司展出的A30精密數(shù)控電火花成形機(jī)床（圖3），采用有限元技術(shù)分析設(shè)計，其安全方面全面貫徹國家標(biāo)準(zhǔn)，獲得了行業(yè)的“標(biāo)認(rèn)定優(yōu)等產(chǎn)品”證書。機(jī)床對復(fù)雜型面結(jié)構(gòu)、難加工材料的加工進(jìn)行了研究，解決了大扭曲整體葉輪電火花加工問題，為航空航天相關(guān)重點(diǎn)企業(yè)解決了帶葉冠整體渦輪盤、發(fā)動機(jī)整體閉式葉輪等加工難題。北京迪蒙卡特機(jī)電設(shè)備有限公司展出的CTM550-ABC機(jī)床，搭載了二維精密轉(zhuǎn)臺、六工位工具電極庫，擴(kuò)大了機(jī)床的應(yīng)用范圍，并具有多軸聯(lián)動及在線監(jiān)測功能，可實(shí)現(xiàn)空間任意角度的點(diǎn)位、溝槽及復(fù)雜曲面的加工，可用于航空航天工業(yè)中相關(guān)零件的加工。

圖3　A30精密數(shù)控電火花成形機(jī)床

北京安德建奇數(shù)字設(shè)備有限公司展出了AF1300四軸全功能數(shù)控電火花成形機(jī)床 （圖4）X、Y、Z、C四軸都可伺服加工，配備4工位電極自動交換裝置，配合C軸的旋轉(zhuǎn)功能，能實(shí)現(xiàn)任意方向的圓形和方形平動，可進(jìn)行擴(kuò)孔加工及球形等三維平動加工?？商峁┿~、石墨加工高溫耐熱合金，銅加工硬質(zhì)合金及鋁、石墨加工鈦合金等加工工藝，最佳表面粗糙度Ra0.1 μm，可應(yīng)用于航空航天工業(yè)中相關(guān)零件的加工。

圖4　AF1300四軸數(shù)控電火花成形機(jī)床

1.1.3幾個值得關(guān)注的問題

在國家數(shù)控機(jī)床重大專項相關(guān)課題的支撐下，我國數(shù)控電火花成形機(jī)床的發(fā)展雖然已取得相當(dāng)大的技術(shù)進(jìn)步，這次也展出了多臺五軸聯(lián)動機(jī)床，但與國外先進(jìn)水平和發(fā)展思路相比，還存在不小的差距，有一些值得我們關(guān)注的問題。

（1）滿足高速抬刀功能的機(jī)床結(jié)構(gòu)

數(shù)控電火花成形機(jī)床自采用高速抬刀技術(shù)后，加速度和移動速度大幅提高，現(xiàn)在采用的牛頭式三軸疊加的機(jī)床結(jié)構(gòu)會造成巨大沖擊，故應(yīng)研究在大懸伸、大慣量下有高速抬刀要求的新的機(jī)床結(jié)構(gòu)。當(dāng)前數(shù)控電火花成形機(jī)床結(jié)構(gòu)形式更接近于高速銑結(jié)構(gòu)，今天的高速銑已采用直線電機(jī)驅(qū)動，移動速度和加速度都有大幅提高，也與數(shù)控電火花成形機(jī)床高速抬刀、高速返回、低速接近（電極與工件）的運(yùn)動方式相似。而高速銑采用的高低軌布局、同步雙驅(qū)、重心導(dǎo)向等新技術(shù)，對數(shù)控電火花成形機(jī)床來說都有參考價值。日本牧野公司的數(shù)控電火花成形機(jī)床結(jié)構(gòu)就是采用加工中心的結(jié)構(gòu)形式。

直線電機(jī)在數(shù)控電火花成形機(jī)床上應(yīng)用，日本沙迪克公司已有十幾年歷史了。由于直線電機(jī)具有很好的高速性能，所以首先用于高速抬刀，加速度達(dá)到1.0 g的水平，對深型腔加工起到重要作用，但對機(jī)床剛性提出了更高要求，因此對機(jī)床結(jié)構(gòu)都進(jìn)行了改進(jìn)。

（2）智能隨形控制技術(shù)

一般來說，型腔在加工過程中的加工面積會產(chǎn)生變化。有的變化很大，需人工編制轉(zhuǎn)換加工能量的程序，往往很復(fù)雜，且不準(zhǔn)確，可能會出現(xiàn)加工面積突變時的電極過度損耗，甚至發(fā)生燒弧等現(xiàn)象。由于以往對加工過程中面積的變化采用人工編制轉(zhuǎn)換加工能量程序的方法存在諸多問題，因而采用了工件型腔和電極的CAD建模技術(shù)，即使型腔在高速銑預(yù)銑的情況下，也可利用預(yù)銑的CAD/CAM技術(shù)及電極的CAD技術(shù)，在加工過程中不斷 “隨形”改變加工參數(shù)及相應(yīng)的伺服抬刀等參數(shù)。這里主要需完成不斷變化的面積（圖形）計算、系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定等軟件的開發(fā)工作，以保證復(fù)雜型面、漸變型面、突變型面等平穩(wěn)、安全、高效加工。

（3）航空航天工業(yè)中的加工工藝技術(shù)

以帶冠渦輪葉片加工為典型對象以及對航空航天特殊零件、特殊材料的加工工藝需要進(jìn)行系統(tǒng)研究。帶冠渦輪葉片是一種變截面三維通道加工，需五軸以上的數(shù)控電火花成形機(jī)床，因此需對特定軌跡的坐標(biāo)組合方式、加工余量的分配、加工效率及表面質(zhì)量等加工工藝進(jìn)行研究。特別是加工表面完整性的研究，在航空航天工業(yè)中顯得尤為重要，如對各類高溫耐熱合金、各種超硬材料加工能量與表面變質(zhì)層、表面裂紋的關(guān)系進(jìn)行試驗研究，提出有指導(dǎo)意義的試驗研究報告，這對數(shù)控電火花成形機(jī)床在航空航天工業(yè)中的應(yīng)用具有重要價值。

（4）模具加工的Rsm

電火花成形加工現(xiàn)在可實(shí)現(xiàn)精密復(fù)雜型腔的直接加工，但對有些模具來說，不單是Ra的要求，還有Rsm（表面粗糙度波峰與波谷寬度的算術(shù)平均值）的要求。研究表明，較大的Rsm值可實(shí)現(xiàn)易脫模、少粘接及塑壓件的時尚紋理外觀。對于半導(dǎo)體塑封模來說易脫模、少粘接具有重要意義，因為半導(dǎo)體塑封模一般都利用樹脂成形，較大的Rsm值象征著具有均勻平坦的放電表面，這能提高IC模具的脫模性、減少成形時的殘留樹脂，延長模具的壽命和模具維修周期，提高生產(chǎn)效率。本次展會中，日本沙迪克公司開發(fā)的IC PIKA電源與其他電源相比，在同樣的Ra條件下，可實(shí)現(xiàn)較大的Rsm值（圖5），但這方面還沒有引起我國廠商的重視。

目標(biāo)表面粗糙度標(biāo)準(zhǔn)條件面

圖5　標(biāo)準(zhǔn)條件加工面與IC PIKA加工面的比較

（5）重視成套加工技術(shù)的研究

如前所述，國外已從開式的成套加工技術(shù)發(fā)展成為采用system 3R、數(shù)控電火花成形機(jī)床及高速銑組成的成套自動加工系統(tǒng)，并進(jìn)一步發(fā)展為初步的柔性制造系統(tǒng)，而我國還處于單機(jī)生產(chǎn)階段。因此，在我國可考慮數(shù)控電火花成形機(jī)床與高速銑的開發(fā)、生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行合作，研究成套工藝技術(shù)，開發(fā)通用夾具，為用戶提供成套解決方案，改變單機(jī)生產(chǎn)服務(wù)方式，并逐步向成套加工系統(tǒng)發(fā)展。

1.2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

與上屆展會相比，本屆展會單向走絲電火花線切割機(jī)床的主要加工指標(biāo)未有重大突破，國外廠家的展機(jī)主要在一次切割的直線度、多次切割性能等細(xì)節(jié)方面有所進(jìn)步，國內(nèi)廠家的機(jī)床總體性能有所提升。本屆展會單向走絲電火花線切割機(jī)床技術(shù)性能指標(biāo)從最佳表面粗糙度 Ra0.6 μm到 Ra0.008 μm，最大切割效率為200～500 mm2/min，產(chǎn)品銷售價格每臺30～200萬元，各層次技術(shù)性能指標(biāo)的機(jī)床都有展示。

（1）提高性價比的市場競爭策略

日本和歐洲幾大著名電加工廠商為了爭奪中國這一目前世界單向走絲線切割機(jī)床的最大市場，紛紛采取不同的競爭策略，采取高、中、低價位和技術(shù)水平不同檔次的機(jī)床產(chǎn)品布局，最大限度地滿足不同層次客戶的需求，同時在市場銷售量最大的中檔技術(shù)性能指標(biāo)的機(jī)床上開發(fā)新的實(shí)用技術(shù)，提高“切一修一”、“切一修二”的零件表面粗糙度與零件加工精度。如日本沙迪克公司的SL400G機(jī)型、瑞士阿奇夏米爾公司的CUTE350機(jī)型，吸引了更多的客戶購買這類產(chǎn)品。一些后起的單向走絲線切割機(jī)床生產(chǎn)廠商只能采取價格與新技術(shù)應(yīng)用的策略，來分得一些市場份額。臺灣機(jī)床已開始使用直線電機(jī)驅(qū)動技術(shù)，同時價格相對于日本和歐洲幾大著名廠家要低。北京安德建奇數(shù)字設(shè)備有限公司AE400機(jī)床定位于一些資金不是很足、加工設(shè)備需要升級換代的客戶，機(jī)床具有良好的“切一修二”性能（最佳表面粗糙度Ra≤0.5 μm，零件加工形狀精度±3 μm），同時機(jī)床又有較高的性價比。

（2）一次切割直線度的技術(shù)提升

往屆展會廠家往往偏重于宣傳最高加工效率指標(biāo)，本次展會更多的廠家注重實(shí)用化，向用戶宣傳的是實(shí)用的加工性能指標(biāo)，即更加切合用戶實(shí)際需求的“切一修一”或“切一修二”的綜合加工效率、零件加工精度和加工表面粗糙度等。本次參展的眾多展機(jī)中，最大的亮點(diǎn)在于一次切割時直線度的控制技術(shù)。一次切割的直線度提高了，可減少二次切割的修整余量，多次切割的綜合效率將會提高，加工精度也隨之提高。不同的廠家采取了不同的直線度控制策略，如日本牧野公司U6機(jī)床研發(fā)了GSCUT（凸面精靈）技術(shù)，通過在切割路徑的正交方向上控制電極絲的微振擺或微震動方法，實(shí)現(xiàn)了一次切割的高直線度，300 mm高度的零件，其上、中、下尺寸一致性5 μm（單邊）。日本三菱電機(jī)公司的MV系列機(jī)床的形狀控制電源（Digital-AEⅡ），通過控制上下進(jìn)電塊進(jìn)電能量的配比，實(shí)現(xiàn)了一次切割的高直線度。日本沙迪克公司SL400GS機(jī)床采用TMP控制技術(shù)，一次切割直線度達(dá)到2 μm/100 mm（單側(cè)），以往需三次切割能達(dá)到的效果，二次切割即可實(shí)現(xiàn)Rz9.76 μm，加工精度±3 μm。

（3）基于油基工作液的機(jī)床

日本沙迪克公司的AP250L機(jī)床，采用油基工作液，X、Y、U、V四軸直線電機(jī)驅(qū)動，門式立柱結(jié)構(gòu)，搭載“Super Pika Oil”精加工回路，最佳表面粗糙度達(dá)到Rz0.065 μm（Ra0.008 μm），細(xì)小模具加工形狀精度控制在±1.5 μm。該機(jī)床為本次展會展出的最高技術(shù)水平的電火花線切割機(jī)床。

油介質(zhì)切割加工有一系列的優(yōu)點(diǎn)：油的絕緣電阻高且穩(wěn)定，故放電間隙小，易實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量表面的精密加工；油在加工中不會發(fā)生電解作用，故不會產(chǎn)生表面變質(zhì)層，也不會引起硬質(zhì)合金中鈷的脫落，可實(shí)現(xiàn)高品位的精密加工。如果硬質(zhì)合金長時間浸泡在去離子水中，作為硬質(zhì)合金粘結(jié)劑的鈷會在水中溢出，硬質(zhì)合金材料表面會因粉末化而產(chǎn)生變質(zhì)層，降低材料的壽命；而油加工在硬質(zhì)合金表面不會產(chǎn)生變質(zhì)層，可達(dá)到精密磨削的水平。但采用油作為工作液的切割速度較低，特別是第一、第二次切割的速度與水工作液相比還有較大的差距。

（4）直線電機(jī)驅(qū)動技術(shù)

由于直線電機(jī)響應(yīng)速度快、無反向間隙、精度保持性好，因此在精密單向走絲電火花線切割機(jī)床上應(yīng)用的趨勢越來越強(qiáng)。日本沙迪克公司、日本三菱電機(jī)公司的4臺展機(jī)全部使用直線電機(jī)，臺灣慶鴻公司的2臺展機(jī)也同樣使用了直線電機(jī)。日本沙迪克公司已生產(chǎn)了3萬臺用直線電機(jī)驅(qū)動的機(jī)床，使用10年后的機(jī)床坐標(biāo)精度仍很好，使用10年的單向走絲機(jī)床殘值也有原值的50%。隨著直線電機(jī)成本的降低，預(yù)計這項技術(shù)未來幾年將在更多的單向走絲電火花線切割機(jī)床上獲得使用。

（5）自動化加工技術(shù)

單向走絲電火花線切割機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動加工、無人化操作的主要技術(shù)就是自動穿絲技術(shù)和型芯廢料保持技術(shù)，小于0.1 mm絲徑穿絲成功率及在曲面工件或中空工件上的穿絲成功率在不斷提高。日本三菱電機(jī)公司、日本牧野公司及日本西部電機(jī)公司向客戶展示了直徑0.2 mm電極絲在多級中空零件上的自動穿絲技術(shù)，同時結(jié)合型芯多點(diǎn)熔接技術(shù)，將切割下來的型芯與零件本體進(jìn)行多點(diǎn)熔接，避免切割一個型腔就需要處理一次型芯，而只需在全部型芯切割完畢后一次性處理掉型芯廢料，這樣在多孔位零件加工中更易實(shí)現(xiàn)無人自動加工。

（6）變截面加工隨形智能控制技術(shù)及上下噴嘴獨(dú)立供液加工技術(shù)

日本三菱電機(jī)公司、日本沙迪克公司的機(jī)床采用3D圖形直接導(dǎo)入與處理，實(shí)現(xiàn)了變高度工件加工過程中工藝參數(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。日本牧野公司的機(jī)床上、下噴水嘴由2個高壓泵單獨(dú)提供沖水，這樣每個噴嘴可提供更高的沖水壓力，對解決零件表面不能貼近噴嘴造成沖水壓力上不去而影響切割效率的問題有很大的改善作用。在切割353.8 mm厚度工件時，上、下噴嘴距離工件表面8 mm，切割速度可達(dá)87 mm2/min。

（7）細(xì)分市場

單向走絲電火花線切割機(jī)床的應(yīng)用在向一些細(xì)分市場拓展。如日本FANUC公司的展機(jī)α-C400iA，裝有英國Renishaw測頭和德國高精度分度軸，能實(shí)現(xiàn)棍狀、盤狀刀具的自動找正、自動加工，特別適合硬質(zhì)合金和人造金剛石刀具的切割；德國孚爾默公司的PCD刀具專用機(jī)床QDW760，使用油質(zhì)切割液，具有五軸聯(lián)動功能，配置刀具切割編程專用軟件，提供多種刀具形狀標(biāo)準(zhǔn)圖形庫，僅需找到對應(yīng)的刀具形狀，將刀具必要的一些尺寸填寫進(jìn)去，就能直接生成加工的圖形文件，PCD刀具刃口表面粗糙度Ra＜0.1 μm；北京安德建奇數(shù)字設(shè)備有限公司展出的AE1100大型單向走絲線切割機(jī)床X、Y、Z軸行程為1100 mm×700 mm×350 mm，最佳加工表面粗糙度為Ra0.3 μm，最大切割效率為250 mm2/min，可滿足大型汽車模具的高精度加工，該規(guī)格的單向走絲線切割機(jī)床在國內(nèi)是第一臺。

1.2.2往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)床

本屆展會共有13家企業(yè)展出往復(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”線切割機(jī)床。與上屆展會相比，國內(nèi)往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)床制造企業(yè)在產(chǎn)品整體外觀、質(zhì)量與實(shí)用性加工指標(biāo)方面都取得了較大進(jìn)步。

（1）所有參展的“中走絲”線切割機(jī)床都采用了封閉液槽結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了機(jī)床的環(huán)保性能，機(jī)床整體外觀形象得到很大提高。由于各制造企業(yè)很重視機(jī)床的外觀，故僅從機(jī)床外觀已很難判斷出其內(nèi)在品質(zhì)與加工性能情況。

（2）重視產(chǎn)品外觀造型及色彩設(shè)計，對機(jī)床的外觀與色調(diào)進(jìn)行了較大改進(jìn)。如北京凝華科技有限公司的NH400“中走絲”線切割機(jī)床外觀已突破過去傳統(tǒng)線切割機(jī)床的外觀造型，江蘇冬慶數(shù)控機(jī)床有限公司、四川深揚(yáng)數(shù)控機(jī)械有限公司、蘇州市寶瑪數(shù)控設(shè)備有限公司等生產(chǎn)的“中走絲”線切割機(jī)床外觀色彩較協(xié)調(diào)，采用了目前流行的機(jī)床色調(diào)。

（3）“中走絲”線切割機(jī)床一體式結(jié)構(gòu)已逐步被一些制造企業(yè)所采納。泰州市江洲數(shù)控機(jī)床制造有限公司、江蘇三星機(jī)械制造有限公司、北京凝華科技有限公司等生產(chǎn)的部分型號機(jī)床采用了主機(jī)與電柜一體式結(jié)構(gòu)，節(jié)省了機(jī)床占地面積，這種一體式結(jié)構(gòu)有可能在近幾年獲得快速推廣。

（4）“中走絲”線切割機(jī)床的加工速度進(jìn)一步提高，一般最大加工效率在200 mm2/min以上，部分產(chǎn)品的最大加工效率已超過300 mm2/min，最佳表面粗糙度一般為Ra0.8 μm，個別企業(yè)的機(jī)床達(dá)到Ra0.6 μm。加工速度、最佳表面粗糙度指標(biāo)的提高有助于“中走絲”線切割機(jī)床市場的進(jìn)一步擴(kuò)展。

（5）更重視“中走絲”線切割機(jī)床實(shí)用性加工指標(biāo)的宣傳，突出多次切割的平均效率、表面粗糙度、電極絲的損耗等指標(biāo)，把機(jī)床能實(shí)現(xiàn)多次切割、能達(dá)到更高加工精度與低表面粗糙度的特點(diǎn)展示給客戶；特別是在連續(xù)切割多個零件時，零件尺寸精度一致性誤差控制在0.005 mm以內(nèi)，為批量化切割精密零件的客戶提供了實(shí)用的設(shè)備。

（6）蘇州電加工機(jī)床研究所有限公司展出了一臺縱橫走絲電火花線切割機(jī)床（往復(fù)走絲型）。該機(jī)床將一根絲設(shè)置成水平切割段和垂直切割段，X、Y、Z、U、V、W六軸數(shù)控，不翻轉(zhuǎn)工件就能在垂直方向和水平方向分別切割各種復(fù)雜直紋型面 （包括錐度、上下異形等），省去了工件翻轉(zhuǎn)的工序及翻轉(zhuǎn)過程的二次裝調(diào)誤差，對于一些較大的或難以形成二次定位基準(zhǔn)、又需在二個方向進(jìn)行切割的工件效果尤為明顯。該技術(shù)產(chǎn)品不僅為我國首創(chuàng)，在國際上也未見相關(guān)報道。

（7）“中走絲”線切割機(jī)床的發(fā)展一方面借鑒單向走絲電火花線切割技術(shù)，同時尋求一些自身技術(shù)點(diǎn)的突破，除加工性能指標(biāo)不斷提高及逐步向單向走絲電火花線切割機(jī)床性能指標(biāo)靠攏以外，更突出其在加工大厚度、大錐度零件上的優(yōu)勢。如加工200 mm厚度零件時上、中、下尺寸精度的一致性能控制在0.02 mm以內(nèi)，對60°錐度零件可實(shí)現(xiàn)多次切割加工，這些都體現(xiàn)了“中走絲”線切割機(jī)床獨(dú)有的、不可替代的特點(diǎn)。

1.3專用數(shù)控電火花加工機(jī)床

1.3.1國外專用數(shù)控電火花加工機(jī)床

瑞士GF加工方案展出了DRILL 300五軸電火花鉆孔機(jī)床（圖6），具有以下特點(diǎn)：① 獨(dú)有全數(shù)字控制脈沖電源和實(shí)時穿透檢測功能，它是實(shí)際生產(chǎn)中關(guān)鍵的要求；② 有多種自動化方案和附加軸選擇，如有直排式16位電極刀具庫和旋轉(zhuǎn)式50位電極刀具庫，每次換電極刀具時間為56 s和60 s；③對于不同直徑的孔，無論是位置還是角度都可自動編程加工，降低了非生產(chǎn)時間和夾具成本；④加工孔徑范圍大 （直徑0.1～6.0 mm），加工深度達(dá)530 mm，加工孔壁的熱影響層＜10 μm，這一點(diǎn)在航天航空零件加工中尤為關(guān)鍵；⑤ 加工效率高，加工材料為鋼、電極直徑為0.5～1.2 mm時，加工速度為1.5 mm/s；加工材料為Inconel鎳基合金、電極直徑為0.5～1.2 mm時，加工速度為1.2 mm/s。

圖6　DRILL300機(jī)床

德國斯來福臨集團(tuán)展出了Helitronic Power Diamond電火花和磨削加工二合一機(jī)床（圖7），用于加工聚晶金剛石（PCD）、聚晶立方氮化硼（PCBN）、硬質(zhì)合金、金屬陶瓷等超硬材料的刀具。機(jī)床具有兩個主軸端，可分別安裝3片電極輪和砂輪，這就相當(dāng)于具有多個電極或磨削工位，使更復(fù)雜幾何形狀的刀具加工簡單化，使加工效率和生產(chǎn)力達(dá)到更高水平。機(jī)床具有自動定位和在線測量系統(tǒng)的“Heli-Probe探針”，能在最短時間內(nèi)測出刀具重要參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)刀具最佳定位；機(jī)床采用獨(dú)特的三段式電火花磨削工藝，能精密控制電火花加工過程電極輪的放電能量，確保PCD刀具表面質(zhì)量，同時使切削刃口質(zhì)量得到改善，使生產(chǎn)的刀具質(zhì)量更高，使用壽命更長。

圖7　電火花/磨削加工二合一機(jī)床

1.3.2國內(nèi)專用數(shù)控電火花加工機(jī)床

隨著PCD、PCBN刀具從簡單的車刀、直刃銑刀、鉸刀向高精度、復(fù)雜刃口方向快速發(fā)展，機(jī)械磨削難度加大，因此電火花磨削加工在這些超硬刀具的加工方面獲得了廣泛應(yīng)用。

北京迪蒙特佳工模具技術(shù)有限公司展出的BDM-902磨床（圖8）適于加工以PCD、PCBN為代表的超硬刀具，機(jī)床穩(wěn)定性好、精確度高、操控性好，不僅具備立軸自動運(yùn)轉(zhuǎn)、金剛石砂輪在線修整等先進(jìn)功能，還可輕松實(shí)現(xiàn)精度3 μm以內(nèi)高檔PCD活塞刀、鉸刀的高效率加工，并確保刀具刃口表面粗糙度Ra≤0.05 μm。

圖8　BDM902精密數(shù)控電火花超硬刀具磨床

北京凝華科技有限公司展出的MD25i型磨刀機(jī)是為PCD超硬導(dǎo)電材料刀具的加工和重磨設(shè)計制造的專用高精度、高效、數(shù)控化電火花刃磨機(jī)床。開發(fā)的高效等能量脈沖電源，配合放電狀態(tài)自動檢測、齒間距自動檢測分度、在線精車電極輪等功能，加上微米級閉環(huán)控制，達(dá)到了生產(chǎn)效率高、尺寸精度好、表面粗糙度值低的優(yōu)質(zhì)加工效果，且可一人操作多機(jī)。該公司展出的MF301雙側(cè)面刃磨機(jī)床是為加工PCD超硬導(dǎo)電材料鋸片設(shè)計制造的，該刃磨機(jī)床具有八軸數(shù)控系統(tǒng)。

北京機(jī)床所精密機(jī)電公司展出的AG400型磨床配備了針對PCD加工的高效率、低表面粗糙度值的專用電源及刀具刃磨專用軟件，具有盤類刀具自動測量定位、自動補(bǔ)償和自動加工等功能。

本次展會中用于航空航天小群孔加工的數(shù)控電火花高速小孔加工機(jī)床仍是一個亮點(diǎn)。蘇州電加工機(jī)床研究所有限公司展出的八軸數(shù)控電火花高速小孔加工機(jī)床，主要用于航空航天發(fā)動機(jī)葉片渦輪外環(huán)，火焰筒的微小群孔加工，機(jī)床采用全封閉結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)美觀、安全。航空發(fā)動機(jī)一些特殊零件的外形尺寸，由于制造工藝問題，會產(chǎn)生較大的離散性或變形，如果僅按圖紙孔位編程加工，會與實(shí)際要求孔位產(chǎn)生偏差，影響加工質(zhì)量。通過數(shù)控系統(tǒng)在線自動檢測工件形位，根據(jù)所測數(shù)據(jù)，自動對加工孔位進(jìn)行補(bǔ)偏，可有效提高工件孔加工的整體質(zhì)量。此外，機(jī)床還具有加工扇形孔和腰形孔的電火花銑削功能，只需采用簡單圓電極，用數(shù)控銑的方式，結(jié)合加工過程中對電極實(shí)施損耗在線補(bǔ)償，即可實(shí)現(xiàn)腰形孔和扇形孔加工。

北京迪蒙卡特機(jī)床有限公司展出的MD6電火花小孔加工機(jī)床，是專為航空發(fā)動機(jī)葉片上三維分布的大批量、多種類小孔加工而設(shè)計的，配備4個數(shù)控直線軸、2個數(shù)控旋轉(zhuǎn)軸、12工位自動電極庫、三維在線自動檢測系統(tǒng)，能在線自動檢測工件形位，并對孔位進(jìn)行自動補(bǔ)偏。

2　激光加工機(jī)床

作為20世紀(jì)最重要的發(fā)明之一，激光自1960年問世后不久就開始應(yīng)用于小型、精密零件的打孔和焊接。此后50多年，伴隨著激光技術(shù)的飛速發(fā)展和關(guān)鍵技術(shù)研究的不斷深化，激光加工技術(shù)不斷拓展，目前已形成宏觀制造和微納制造兩大技術(shù)領(lǐng)域。前者包括切割與制孔、焊接、熔覆與合金化、淬火與退火、沖擊強(qiáng)化、快速成形、標(biāo)記、清洗等系列工藝方法，在冶金、機(jī)械、造船、航空航天、汽車制造、能源等工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用；后者包括激光微/納刻蝕、薄膜沉積、微/納連接、微/納熔覆等，主要應(yīng)用于航空航天、能源、電子、生物、醫(yī)療等領(lǐng)域?？梢哉f，先進(jìn)激光加工技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)械制造行業(yè)占據(jù)了不可或缺的一席之地。與此同時，世界新一輪工業(yè)革命正在加速推進(jìn)，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的興起正在顛覆傳統(tǒng)制造業(yè)的發(fā)展模式，基于互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的智能制造正在悄然興起，激光加工設(shè)備制造正成為當(dāng)今世界各國最為關(guān)注和發(fā)展最為迅速的行業(yè)之一。

本屆展會在展館面積非常緊張的條件下，較大幅度增加了激光加工機(jī)床的展出面積，在W2館設(shè)立了成形和激光加工機(jī)床專館，集中了30多家激光加工企業(yè)，實(shí)現(xiàn)境內(nèi)外展商同臺競技，匯聚了當(dāng)前世界激光加工產(chǎn)業(yè)的最新技術(shù)發(fā)展成果及未來發(fā)展趨勢。本屆展會吸引了境內(nèi)外廠商和用戶的廣泛關(guān)注和熱情參與，云集了包括德國通快公司（TRUMPF）、德國德馬吉公司（DMG）、瑞士百超公司（Bystronic）、意大利普瑞瑪公司 （PRIMA INDUSTRIE）、日本天田公司（AMADA）、日本三菱電機(jī)公司（MITSUBISHI ELECTRIC）、日本山崎馬扎克公司（MAZAK）、法國薩瓦尼尼公司（salvagnini）及德國耶拿公司（JENOPTIK）等著名國外企業(yè)，國內(nèi)的武漢法利萊切割系統(tǒng)工程有限公司、上海團(tuán)結(jié)普瑞瑪激光設(shè)備有限公司、深圳大族激光科技產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司、武漢奔騰楚天激光設(shè)備有限公司、濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所有限公司、江蘇金方圓數(shù)控機(jī)床有限公司、江蘇亞威機(jī)床股份有限公司、南京威克曼科技實(shí)業(yè)有限公司等也悉數(shù)參加。此外，激光器制造商德國ROFIN和南京東方激光有限公司，加工頭和測量監(jiān)測系統(tǒng)制造商德國普雷茨特（PRECITEC），KUKA、ABB及FANUC等機(jī)器人公司也參加了展出。同時，本屆展會還吸引了深圳迪能激光設(shè)備有限公司、北京久天宏一科技發(fā)展有限公司、南京中科煜宸激光技術(shù)有限公司、蘇州普瑪寶鈑金設(shè)備有限公司、武漢華俄激光工程有限公司、蘇州領(lǐng)創(chuàng)激光科技有限公司、濟(jì)南邦德數(shù)控設(shè)備有限公司等新興企業(yè)的積極參展。

據(jù)不完全統(tǒng)計，本屆展會現(xiàn)場展出的激光加工機(jī)床超過50臺套，與CIMT 2013相比幾乎翻了一番，其中，CO2激光平面切割機(jī)5臺、光纖激光平面切割機(jī)26臺、光纖激光平面切割-沖壓復(fù)合加工機(jī)床1臺、光纖激光三維加工機(jī)床5臺、激光增材制造5軸銑削組合機(jī)床1臺、金屬3D打印機(jī)1臺、三維光纖激光電弧復(fù)合焊接系統(tǒng)1套、YAG激光焊接機(jī)2臺以及其他激光加工專機(jī)等。本屆展會展出的激光加工機(jī)床不僅數(shù)量大幅增加，而且種類也更豐富，一些國際知名的傳統(tǒng)機(jī)床供應(yīng)商也開始進(jìn)入激光加工機(jī)床領(lǐng)域，特別是光纖激光切割機(jī)床的快速發(fā)展，顯示了光纖激光加工在適應(yīng)市場不同需求方面所表現(xiàn)出的強(qiáng)大適應(yīng)能力。但比較遺憾的是國內(nèi)激光設(shè)備制造企業(yè)，展出的大幅面激光切割機(jī)主流基本上都是采用IPG公司的高功率光纖激光器，產(chǎn)品趨同嚴(yán)重，附加值不高，市場競爭力不強(qiáng)，國內(nèi)激光加工裝備制造企業(yè)的自主創(chuàng)新道路還很長。

本屆展會展出的激光加工機(jī)床呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：

（1）CO2激光加工機(jī)床逐步萎縮，光纖激光一枝獨(dú)秀。本屆展會展出的光纖激光平面切割機(jī)占總展出激光加工機(jī)床的50%以上，CIMT 2011評述專家組曾預(yù)測的光纖激光加工機(jī)床將是未來激光鈑金加工的發(fā)展方向已然成為現(xiàn)實(shí)，光纖激光加工工藝基本成熟。傳統(tǒng)的基于CO2激光的老牌公司，如德國通快、瑞士百超等公司也推出了基于1.064 nm波長的光纖激光或光纖耦合輸出的激光加工系統(tǒng)，以提高加工設(shè)備的柔性，并可實(shí)現(xiàn)鋁、銅、紫銅、鈦等的高反射及難加工材料的高品質(zhì)加工。德國通快公司全球首發(fā)了其最新的TruLaser 3030 Prime Edition fiber超高速光纖型激光切割機(jī)（圖9），此款機(jī)型以全球頂尖的通快TruLaser 3030激光切割機(jī)為平臺，融合工業(yè)領(lǐng)域最暢銷的通快碟片式激光器，在提升中薄板加工速度的同時，極大程度地節(jié)省能耗。瑞士百超公司推出了代表當(dāng)今頂尖水平的搭載4 kW光纖激光器的ByJin Fiber4020，它采用最新的切割技術(shù)，可持續(xù)進(jìn)行高質(zhì)量的切割，用戶不僅可獲得極具競爭力的單件成本、更低的維護(hù)成本，還可實(shí)現(xiàn)最佳的材料率、適用于更厚的板材及復(fù)雜零件，淋漓盡致地詮釋了“Biggeris Better”這一理念。本屆展會僅有日本三菱電機(jī)公司和山崎馬扎克公司堅持使用自己的CO2激光器。國內(nèi)的激光加工裝備制造企業(yè)主要以光纖激光切割機(jī)為主，反映出光纖激光在切割市場中的地位越來越重要，而大功率光纖激光器基本被IPG公司壟斷。

圖9　TruLaser 3030 Prime Edition fiber激光切割機(jī)

（2）組合、復(fù)合機(jī)床以巨大的綜合優(yōu)勢將引領(lǐng)未來發(fā)展趨勢。日本AMADA公司作為世界領(lǐng)先的綜合金屬加工機(jī)械設(shè)備制造商，以“金屬加工機(jī)械綜合制造商的全方位解決方案”為主題，推出了基于新概念的數(shù)字化鈑金加工沖切解決方案——沖床與光纖激光復(fù)合設(shè)備LC2515C1AJ（圖10）。該裝備是集光纖激光加工機(jī)和數(shù)控沖床于一體的復(fù)合加工機(jī)，當(dāng)沒有適合產(chǎn)品形狀的模具時，通過激光進(jìn)行加工，同時具有工序集約、高效、安全、安定、節(jié)能以及自動上下料等特點(diǎn)，顯著縮短整體加工周期。另一個典型應(yīng)用就是DMG推出了革命性的LASERTEC 65 3D（圖11），提供集激光堆焊技術(shù)與五軸銑削技術(shù)于一體的復(fù)合加工解決方案，可生產(chǎn)十分復(fù)雜的幾何形狀的大型工件。該生產(chǎn)方式集粉末噴嘴、激光堆焊技術(shù)與銑削加工技術(shù)于一體，銑削與堆焊可交替進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)最高的表面質(zhì)量和工件精度，構(gòu)成獨(dú)特的復(fù)合加工技術(shù)，開創(chuàng)了全新應(yīng)用與幾何形狀的可能性。LASERTEC 65 3D將增材制造與切削加工過程交替互動，有效改善了零件的外觀與質(zhì)量，大幅節(jié)省材料、降低成本，推進(jìn)了增材制造技術(shù)實(shí)用化進(jìn)程。LASERTEC 65 3D配一個2 kW的二極管激光器進(jìn)行激光堆焊，可實(shí)現(xiàn)壁厚從0.1～5 mm任意幾何形狀的復(fù)雜3D輪廓，該裝備的出現(xiàn)預(yù)示著半導(dǎo)體激光將在激光加工領(lǐng)域扮演越來越重要的角色。

（3）加工速度不斷向高速化方向發(fā)展。為了縮短切割機(jī)的非加工時間，提高生產(chǎn)效率，除了采用交換式雙工作臺外，提高機(jī)床的動態(tài)性能，實(shí)現(xiàn)高速定位是目前各廠商普遍采取的策略，采用先進(jìn)的直線電機(jī)或直啟盤式馬達(dá)驅(qū)動技術(shù)是主要的實(shí)現(xiàn)途徑。AMADA的光纖激光加工機(jī)LCG3015AJ，其軸移動速度為170 mm/min（XY合成），實(shí)現(xiàn)了同級設(shè)備中的最高速。通過Y軸龍門架的輕量化（與以往機(jī)相比重量減少了30%）實(shí)現(xiàn)了高速化。采用了利用薄板高速加工的低重心橫梁 （Z軸由200 mm降低到100 mm）。采用了高轉(zhuǎn)矩電機(jī)和斜齒結(jié)構(gòu)，迅猛提升了加速度。材料交換的周期縮短了50%。國內(nèi)的江蘇金方圓數(shù)控機(jī)床有限公司TFC3015激光切割機(jī)配置的碟片式（Disk Laser）光纖激光器，是運(yùn)用碟片式晶體及新結(jié)構(gòu)新機(jī)理研發(fā)的全球最先進(jìn)的固體激光器，從根本上改善了傳統(tǒng)固體激光器的“熱透鏡”效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了固體激光器高平均功率、高峰值功率、高效率、高光束質(zhì)量的完美結(jié)合，其最大定位速度達(dá)到169 m/min，代表了國內(nèi)激光切割機(jī)的最高水平。

圖10　LC2515C1AJ沖床與光纖激光復(fù)合設(shè)備

圖11　LASERTEC 65 3D機(jī)床

（4）激光加工機(jī)床的柔性化、智能化不斷發(fā)展。柔性制造單元和生產(chǎn)線在更大程度和范圍內(nèi)展示了自動化集成方面所取得的進(jìn)展，智能化水平不斷提高。薩瓦尼尼做為全球金屬板材柔性生產(chǎn)的典范企業(yè)，推出了新一代高動態(tài)光纖激光切割機(jī)L5，除了具有第一代光纖激光機(jī)所有的特點(diǎn)之外，更融入了薩瓦尼尼多年在自動化和提高效率方面的經(jīng)驗。設(shè)備各種構(gòu)造完全為光纖激光切割所設(shè)計，減少了慣性和設(shè)計的局限性。L5光纖激光切割機(jī)同其他柔性系統(tǒng)一樣，可采用各種板料裝卸配置，且很容易和FMS系統(tǒng)或AJS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集成。在柔性線上的優(yōu)勢讓薩瓦尼尼的機(jī)器都可以連接成線，降低了人為干預(yù)，減少了加工時間，提高了生產(chǎn)率和加工質(zhì)量。日本三菱電機(jī)公司的ML3015eX-45CF-R激光加工機(jī)（圖12），圍繞3個“e”（即excellent高性能、easytouse操作簡便且易維護(hù)和ecology成本低且排放少）提升產(chǎn)品性能，在薄板切割中配備了超高速切割（F-CUT）功能，在厚板切割中配備了穿孔（HPP）功能，在軌跡控制上導(dǎo)入了最新控制方式，使之成為三菱電機(jī)激光加工機(jī)標(biāo)志性產(chǎn)品。德國TRUMPF 的TruLaser 3030 Prime Edition fiber秉承通快機(jī)床一貫的高智能性，擁有智能型切割頭，能實(shí)現(xiàn)自動變焦、碰撞保護(hù)、穿刺監(jiān)控，無需大量手動干預(yù)，簡化而精準(zhǔn)的操作，安全而高效的生產(chǎn)。日本MAZAK公司的OPTIPLEX NEXUS 3015集成了最先進(jìn)的智能準(zhǔn)備和智能監(jiān)測功能，能快速實(shí)現(xiàn)噴嘴的自動交換及清洗、焦點(diǎn)自動檢測及對焦，并進(jìn)行自動仿形設(shè)定，同時在切割過程中可自動監(jiān)測穿孔、過燒及透鏡狀態(tài)，通過配置各種智能化功能，就能方便地實(shí)現(xiàn)從薄板切割到厚板切割的自動轉(zhuǎn)換。

圖12　ML3015eX-45CF-R激光切割機(jī)

（5）激光三維柔性加工系統(tǒng)成為發(fā)展方向。TRUMPF展出的TruLaser Cell 3000通用固體激光加工機(jī)床，可搭配TRUMPF的全系列固體激光器，實(shí)現(xiàn)二維和三維結(jié)構(gòu)的焊接、切割。德國耶拿（Jenoptik）繼續(xù)展示了其3D激光切割系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用的機(jī)器手臂為空心結(jié)構(gòu)，在每個手臂的關(guān)節(jié)處都安裝了反射鏡，光纖激光就是靠這些反射鏡傳輸?shù)郊す忸^的。這種結(jié)構(gòu)最大的好處就是避免了光纖激光進(jìn)行三維加工時，光纖反復(fù)被纏繞損壞光纖。國內(nèi)的大族激光也展示了三維光纖激光電弧復(fù)合焊接系統(tǒng)。機(jī)器人激光三維加工系統(tǒng)在本屆展會上不斷亮相，預(yù)示著光纖激光與機(jī)器人結(jié)合是未來激光三維柔性加工系統(tǒng)的發(fā)展方向。

（6）激光切割技術(shù)應(yīng)用廣泛，其他激光加工技術(shù)市場前景廣闊。本屆展覽會上僅大族激光展出了一套三維光纖激光電弧復(fù)合焊接系統(tǒng)，盡管激光焊接、合金化、熔覆、金屬零件直接成形對機(jī)床技術(shù)指標(biāo)的要求不高，但受相關(guān)成形工藝技術(shù)支撐不足限制，激光焊接、合金化、熔覆、金屬零件直接成形機(jī)床發(fā)展不足。另一方面，當(dāng)前研究非常活躍的紫外及超短脈沖激光精細(xì)加工設(shè)備還未見展品，但在今年的上海光電展中，各種新原理樣機(jī)的紛紛亮相，預(yù)示著各種金屬、半導(dǎo)體、陶瓷和高分了材料的精細(xì)打孔、切割、劃槽、表面織構(gòu)化處理將具有廣泛的市場前景。隨著激光技術(shù)及加工工藝技術(shù)的發(fā)展，激光加工產(chǎn)業(yè)值得期待。

3　增材制造（3D打?。C(jī)床

2015年2月，國家工業(yè)和信息化部、發(fā)展改革委、財政部共同研究制定并發(fā)布了《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計劃（2015-2016年）》（以下簡稱《推進(jìn)計劃》），凸顯了國家對于增材制造技術(shù)的高度重視，將它作為發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和引領(lǐng)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的決策部署，視作搶抓新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的重大機(jī)遇。

在《推進(jìn)計劃》中，一共涉及了5個方面。其中，第3方面即是加速發(fā)展增材制造裝備及核心器件。通過此次展會人們欣喜地發(fā)現(xiàn)，參展的增材制造機(jī)床的企業(yè)（特別是國內(nèi)企業(yè)）數(shù)量有很大增加，參展的增材制造機(jī)床 （特別是金屬材料增材制造機(jī)床）的數(shù)量也開始增加，質(zhì)量有了明顯提高，許多裝備還形成了系列化，且能按用戶的要求進(jìn)行定制。非金屬材料增材制造機(jī)床的參展廠商非常多，機(jī)床的工藝類型出現(xiàn)多樣化，可滿足不同人群、不同價位、不同性能需求的特點(diǎn)，機(jī)床模塊化設(shè)計的特點(diǎn)明顯，呈現(xiàn)出一片欣欣向榮的氣象。

3.1金屬材料增材制造機(jī)床

本次展會的一個亮點(diǎn)是有國產(chǎn)金屬材料增材制造機(jī)床參展。

例如，中科院南京先進(jìn)激光技術(shù)研究院和南京中科煜宸激光技術(shù)有限公司推出了LDM系列激光選區(qū)熔化/燒結(jié)增材制造機(jī)床，本次參展的是RCLDM-50。它們以金屬粉末為原料，通過高能激光逐層熔化沉積，直接從零件數(shù)字化模型一步實(shí)現(xiàn)大型復(fù)雜整體高性能金屬構(gòu)件的“近凈成形”。它們制造出的結(jié)構(gòu)件綜合力學(xué)性能優(yōu)異、材料利用率高、加工余量小。這些設(shè)備基本達(dá)到了先進(jìn)國家設(shè)備的先進(jìn)程度，特別是在成形件的大型化方向上。從展出的成形件來看，精度和表面質(zhì)量較好，符合達(dá)到中等精度的要求。它們通過高溫測溫儀等系統(tǒng)監(jiān)測加工過程，通過攝像監(jiān)視系統(tǒng)監(jiān)視觀察加工過程，通過監(jiān)測與反饋控制系統(tǒng)對成形過程進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果對成形過程進(jìn)行反饋控制，以保證成形工藝的穩(wěn)定性和成形質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)激光直接制造、工件激光修復(fù)及開展功能梯度零件激光直接制造的研究，滿足生產(chǎn)和產(chǎn)品開發(fā)的需要。

武漢華科三維科技有限公司是由華中科技大學(xué)產(chǎn)業(yè)集團(tuán)、華中數(shù)控、華工投資、合旭控股及華中科大快速成形技術(shù)團(tuán)隊等聯(lián)合發(fā)起新成立的高新技術(shù)企業(yè)。它開發(fā)了兩款金屬材料增材制造機(jī)床：HK M100和HK M250。它們利用較小功率的激光器直接熔化單質(zhì)或合金金屬粉末材料，逐層熔化沉積成形出任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)和接近100%致密度的金屬零件。該技術(shù)的粉末材料利用率超過了90%，特別適合于鈦合金、鎳合金等貴重和難加工金屬零部件的成形制造。從展臺上展出的成形件來看，這些設(shè)備達(dá)到了一定的精度，且表面粗糙度較好。

清華大學(xué)開發(fā)的電子束選區(qū)熔化增材制造機(jī)床，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，成形零件最大尺寸為200 mm× 200 mm×200 mm，電子束斑定位精度為±0.2 mm，成形室工作最低真空度為＜1×10-2Pa。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。

北京航空制造工程研究所開發(fā)了電子束熔絲沉積增材制造機(jī)床，其原理是利用電子束作為熱源，熔化送進(jìn)的金屬絲材，按預(yù)定路徑逐層堆積，并與前一層面形成冶金結(jié)合，直至形成致密的金屬零件。其自制的ZD60-10A型電子束設(shè)備，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、含三軸對準(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250 mA，最大功率15 kW，空室容積為4 m× 2 m×2 m。加工過程中，電子槍、送絲系統(tǒng)和三維工作臺通過綜合控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，達(dá)到了自動化操作的要求，保證熔積過程穩(wěn)定進(jìn)行。其熔積層的寬度為7.4 mm，層高為1.5 mm。該所制造出鈦合金實(shí)體結(jié)構(gòu)試樣?！锻七M(jìn)計劃》中對于這2種采用電子束作為熱源的機(jī)床也強(qiáng)調(diào)了必須加速發(fā)展，可望2年內(nèi)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化并進(jìn)入市場。

國外廠商踴躍參展。例如，英國雷尼紹（Renishaw）公司是專設(shè)展臺的外國增材制造機(jī)床制造商，它原來主要從事3D掃描與測量設(shè)備的研發(fā)。其推出的金屬材料增材制造機(jī)床包括 AM250和AM125。它們以激光選區(qū)熔化/燒結(jié)工藝將金屬粉末熔化制成三維實(shí)體，氣壓噴出的金屬粉末層層堆積，同時用大功率的光纖激光器把金屬粉末層層熔化堆積在一起形成最終產(chǎn)品。主要用于醫(yī)療（骨科、齒科、整形外科等）行業(yè)和航空航天、高科技工程及電子領(lǐng)域。適用粉末材料包括不銹鋼、模具鋼、鈷鉻合金、鈦合金、鎳基高溫合金和鋁合金等。其系統(tǒng)的金屬粉末料斗是外置式，內(nèi)部是二級閥門控制，所以能保證運(yùn)行中添加材料而對制程無影響，同時真空輔助系統(tǒng)保持艙內(nèi)低氧量，具有較大靈活性，特別滿足長時間加工大尺寸和多數(shù)量部件的要求。重力撒粉技術(shù)可靈活方便地控制送粉量以針對不同目的的加工要求，且一個粉艙更適合快速和方便地更換不同合金粉末材料，而兩個粉艙清理起來則更費(fèi)時和費(fèi)力。特別是在用鈦等活性材料制造時，水氧含量必須盡可能低。使用全密閉真空室能最大程度地降低氣體消耗量，且堅固耐用。開放式系統(tǒng)更適合于開發(fā)機(jī)構(gòu)和特殊項目導(dǎo)向型產(chǎn)品的靈活需求。它可通過手套式操作箱進(jìn)行安全更換過濾系統(tǒng)和對粉末進(jìn)行處理，最大程度地避免用戶與材料或輻射物接觸。它應(yīng)用的真空系統(tǒng)保證了在制作合金部件時的高品質(zhì)和安全性，以及保證系統(tǒng)能更快速地啟動和消耗更少的惰性氣體。

北京上拓科技有限公司是美國3D Systems公司的代理商，本次展出的設(shè)備中包括金屬材料增材制造機(jī)床ProX200。3D Systems公司的生產(chǎn)級ProX系列設(shè)備包括ProX100、ProX200和ProX300，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)備對于成形件的復(fù)雜程度沒有限制，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，打印出來的成形件精度更高，表面粗糙度更好，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。它們展出的M2 Cusing機(jī)型是基于之前研發(fā)并通過實(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激光3D打印的設(shè)備。它根據(jù)最近的防爆防火條例，裝備了相應(yīng)的傳感元件及測量技術(shù)，因此保證了系統(tǒng)的安全。M2同樣帶有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是醫(yī)療行業(yè)生產(chǎn)元件的相當(dāng)理想的選擇，同時也適用于航天工業(yè)領(lǐng)域的部件生產(chǎn)。

北京恒尚科技有限公司是德國EOS公司的代理商。EOS激光選區(qū)燒結(jié)/熔化工藝設(shè)備一向被譽(yù)為水平最高之列。EOS M400的成形尺寸為：400 mm× 400 mm×400 mm。它采用1 kW的Yb光纖激光器。其光學(xué)部件包括F-theta-lens平場聚焦透鏡以及高速掃描振鏡，可變焦點(diǎn)直徑為90 μm。掃描速度最高可達(dá)7 m/s。它具有自動清潔功能，可減少過濾器更換的次數(shù)，從而降低成本。它的精密軟件系統(tǒng)把打印工作和準(zhǔn)備工作分離開來，打印系統(tǒng)可專注于生產(chǎn)成形件，從而由節(jié)省時間而降低成本。另外，EOS公司還開發(fā)了越來越多種類的金屬材料，包括模具鋼、鈦合金、鋁合金及CoCrMo合金、鐵鎳合金等粉末材料，且用戶還可根據(jù)需要，通過相應(yīng)的ParameterSets系統(tǒng)對使用的工藝參數(shù)值進(jìn)行修改。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)計認(rèn)證，人體植入物、牙齒、顱骨修復(fù)物、假肢等，以及文化、創(chuàng)意、服飾、家居用品等領(lǐng)域的創(chuàng)意設(shè)計與展示等。

3.2非金屬材料增材制造機(jī)床

本屆展會上，更多的參展商展出的是非金屬材料增材制造機(jī)床，《推進(jìn)計劃》也給予了這類機(jī)床充分的重視。其中列舉的光固化成形、熔融沉積成形、激光選區(qū)燒結(jié)成形、無模鑄型及材料噴射成形等增材制造裝備，在展會上均有展品展出。

例如，武漢華科三維科技有限公司推出了HK各類系列設(shè)備。HK P系列適用于尼龍、聚丙烯等熔點(diǎn)低于170℃的高分子材料；HK S系列適用于以樹脂砂和可消失熔模為成形材料；HK C系列適用于在陶瓷顆粒表面包覆一層高分子材料粉末。而HK系列的設(shè)備采用的是立體光固化工藝，適用的材料為光敏樹脂。它們的技術(shù)基礎(chǔ)是華中科技大學(xué)多年來在增材制造技術(shù)領(lǐng)域的科研工作。

杭州先臨三維科技股份有限公司是專業(yè)提供三維數(shù)字成像技術(shù)綜合解決方案的科技型企業(yè)。它自主開發(fā)了多款非金屬材料增材制造機(jī)床。其展臺展出的Einstart-S和Einstart-L桌面3D打印機(jī)是我國近年來開發(fā)的幾十款桌面型增材制造機(jī)床的卓越代表。它們的打印精度分別為0.15～0.35 mm和0.10～0.40 mm。前者為單噴頭，后者可選用雙噴頭。其操作簡便、快速，開機(jī)后10 min即可打印出產(chǎn)品，打印出的成形件細(xì)節(jié)特征完整。

中國香港寶力公司多年來一直代理美國Stratasys公司的FDM系列設(shè)備和以色列Objet公司的Polyjet系列設(shè)備。這兩家公司已經(jīng)在2012年合并。前者在展會上強(qiáng)調(diào)其材料是成系列的，如熱塑性塑料包括：ABS-M30（多用途）、ABS-M30i（有生物相容性，通過ISO-10993認(rèn)證）、ABSi（半透明）、ABSESD7（防靜電）、PC-ABS（高強(qiáng)度抗沖擊）、Polycarbonate（高強(qiáng)度抗拉伸）、PC-ISO（有生物相容性，通過ISO-10993認(rèn)證）、ULTEM9085（高機(jī)械強(qiáng)度，通過FST認(rèn)證）和PPSF（抗高溫和耐化學(xué)腐蝕）。Objet公司的設(shè)備包括：Objet260 Connex、Objet24、Objet30、Objet Eden250等。

北京上拓公司代理的美國3D Systems等公司的機(jī)床，在展會上也展出了多款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)床使用紫外激光將液態(tài)光敏樹脂和復(fù)合材料逐層覆蓋在固體截面上。SLA?機(jī)床提供高吞吐量，構(gòu)建容量達(dá)1524 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，包括要求最為苛刻的快速制造領(lǐng)域的應(yīng)用。又如，ProJet? 3500機(jī)床是高精度塑料件3D打印機(jī)，打印的塑料件質(zhì)量高且耐用，尤其適合工程和機(jī)械設(shè)計的應(yīng)用，包括功能性檢測、構(gòu)型和裝配驗證、快速原型、設(shè)計溝通、快速模具等。它適用于辦公室環(huán)境，能為各種打印需求提供卓越的打印效果。此外，還有桌面型的CubePro機(jī)床（可3種顏色同時打?。琍rojet 1500機(jī)床（可打印6種顏色的材料）等。

《推進(jìn)計劃》中列舉的另一種增材制造機(jī)床是醫(yī)用材料增材制造裝備，目前還屬于高校和科研院所的研究項目，但已出現(xiàn)了許多機(jī)床產(chǎn)品，預(yù)計將在2年內(nèi)進(jìn)入市場。

《推進(jìn)計劃》中提出了加速發(fā)展增材制造機(jī)床核心器件的研發(fā)和產(chǎn)品化、產(chǎn)業(yè)化，這包括了高光束質(zhì)量激光器及光束整形系統(tǒng)、高品質(zhì)電子槍及高速掃描系統(tǒng)、大功率激光掃描振鏡、動態(tài)聚焦鏡等精密光學(xué)器件、陣列式高精度噴嘴/噴頭等。

《推進(jìn)計劃》還對進(jìn)一步發(fā)展增材制造機(jī)床提出了如下具體要求：①不斷提高金屬材料增材制造裝備的效率、精度、可靠性；②不斷提高非金屬材料增材制造裝備的高工況溫度和工藝穩(wěn)定性；③不斷提高個人桌面機(jī)的易用性、可靠性；④ 研制與增材制造裝備配套的嵌入式軟件系統(tǒng)及核心器件，提升裝備軟、硬件協(xié)同能力。

此外，《推進(jìn)計劃》提出要建立和完善產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系。我國是世界上最早制定增材制造設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的國家之一，全國特種加工機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會已制定了10多項國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。今后要全面制定增材制造工藝、裝備、材料、數(shù)據(jù)接口、產(chǎn)品質(zhì)量控制與性能評價標(biāo)準(zhǔn)，制定產(chǎn)品設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范?！锻七M(jìn)計劃》還要求開展質(zhì)量技術(shù)評價和第三方檢測認(rèn)證；組織實(shí)施應(yīng)用示范工程；支持建設(shè)公共服務(wù)平臺；組織實(shí)施增材制造技術(shù)普及工程。這些要求非常具體，保證措施也非常完善?？梢灶A(yù)計，增材制造機(jī)床及其核心器件將迎來快速發(fā)展的春天。

The Reviews for Non-traditional Machines Exhibited in CIMT 2015

The expert group of the reviewing in the non-traditional Machines of CIMT 2015

After through visit survey，information collection and informal discussion with the manufacturers for various types of non-traditional machines exhibited in CIMT 2015，the new products，new techniques，new technologies and the development trends of the electro-discharge machines，the laser beam machines，the additive manufacturing equipments，etc.at home and abroad have been reviewed profoundly and systematically.Further，an analysis in the market dynamics of these machines has been also carried out.

non-traditional machines；NC electro-discharge machines；laser beam machines；additive manufacturing equipments；reviews

TG66

A

1009－279X（2015）04－0001-12

2015-06-23

CIMT 2015特種加工機(jī)床評述專家組成員：葉軍（組長）、陳德忠（副組長）、肖榮詩、林峰、朱寧、沈洪、翟力軍、伏金娟、山昌祝、張寶華、徐均良、于志三。