摘要：通過對第十四屆中國國際機(jī)床展覽會(huì)（CIMT2015）展出的各類特種加工機(jī)床的現(xiàn)場調(diào)研、資料收集及與參展廠商的座談交流，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。

　　第十四屆中國國際床展覽會(huì)（CIMT2015）于2015年4月20-25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(gè)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(huì)，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，其中境內(nèi)（包括中外合資）44家、境外21家，共展出機(jī)床129臺(tái)。其中境內(nèi)參展機(jī)床89臺(tái)，境外參展機(jī)床40臺(tái)，主要產(chǎn)品仍是各類電加工機(jī)床和激光加工機(jī)床。

　　一、數(shù)控電火花成形機(jī)床
　　本屆展會(huì)展出的數(shù)控電火花成形機(jī)床（NCSEDM），不論在技術(shù)性能還是工藝指標(biāo)方面都有一定進(jìn)步。

　　1.從單機(jī)自動(dòng)化向成套加工技術(shù)和初步柔性制造系統(tǒng)發(fā)展
　　從單機(jī)自動(dòng)化到成套加工技術(shù)再到成套自動(dòng)化加工系統(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HSM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(dòng)化到成套自動(dòng)化加工系統(tǒng)有個(gè)發(fā)展過程。即開始是“開式”的，是針對某一工件（模具）需要由NCSEDM、HSM或精密電火花線切割等加工來完成，為此由供應(yīng)商統(tǒng)一提供成套加工設(shè)備（機(jī)床）、成套加工工藝以及這些機(jī)床通用精密夾具等，以完成全部的加工。例如，2014年GF在LED生產(chǎn)線上有上百臺(tái)大訂單，就是NCSED、HSM、電火花線切割機(jī)床（WEDM）組成的成套設(shè)備及成套加工工藝技術(shù)；日本牧野公司一年捆綁銷售NCSEDM、HSM達(dá)400臺(tái)之多，足以說明這種銷售方式是從單機(jī)銷售向成套銷售發(fā)展，具有交鑰匙工程要素，也是技術(shù)服務(wù)日益成為制造企業(yè)的重心的發(fā)展趨勢。

　　成套加工技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展成為由NCSEDM、HSM和system 3R系統(tǒng)組成的成套自動(dòng)化加工系統(tǒng)。這次展會(huì)展出的成套自動(dòng)化加工系統(tǒng)已發(fā)展到更高階段，GF稱之為自動(dòng)化的柔性加工系統(tǒng)（見圖1）。 　　GF加工方案展出的柔性加工系統(tǒng)是由一臺(tái)移動(dòng)的system 3R TRANSFORMER（機(jī)械手）將高速銑HSM400LP和FORM200精密NCSEDM聯(lián)接，system3R進(jìn)行工件/電極庫中的工件/電極自動(dòng)交換，并通過小車與?？怂箍等鴺?biāo)測量機(jī)的電極測量和自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)連接起來，整個(gè)系統(tǒng)GF稱之為自動(dòng)化柔性加工系統(tǒng)。

　　這種自動(dòng)化柔性系統(tǒng)，可大大縮短機(jī)床待機(jī)時(shí)間，避免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)，并可保證加工工藝參數(shù)的一致性。這種加工制造系統(tǒng)，特別適用于批量零部件的加工制造，而對于模具制造基本不存在批量問題，所以增加了復(fù)雜性。

　　2．NCSEDM在航空航天領(lǐng)域具有良好市場前景
　?。?）在航空航天領(lǐng)域具巨大市場潛力
　　從本屆展會(huì)看，航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)的需求受到了業(yè)界重點(diǎn)關(guān)注。航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)制造的特點(diǎn)主要是材料和結(jié)構(gòu)難加工，而這些正是NCSEDM的優(yōu)勢所在。

　　（2）NCSEDM在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用
　　這次展會(huì)上，瑞士GF以飛機(jī)艙形式布置了航空航天室，召開了航空航天小型研討會(huì)，現(xiàn)場演示了航空發(fā)動(dòng)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(tái)的背景墻和樣本中重點(diǎn)介紹了在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用，給出了用于航空航天葉片型面、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(xiàng)的支持，國內(nèi)NCSEDM在航空航天的應(yīng)用取得了明顯進(jìn)展。

　　蘇州電加工機(jī)床研究所展出的DK7140精密NCSEDM（見圖2），可實(shí)現(xiàn)X、Y、Z、A、C五軸聯(lián)動(dòng)，可對帶冠整體渦輪盤扭曲葉形及其他復(fù)雜型面進(jìn)行加工，可對高溫耐熱合金、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。 　　北京迪蒙數(shù)控技術(shù)有限公司展出了A系列機(jī)床，北京迪蒙卡特機(jī)電設(shè)備有限公司展出了CTM系列機(jī)床等多款面向中、高端市場的產(chǎn)品。北京迪蒙數(shù)控的A30精密數(shù)控電火花成形機(jī)床（見圖3），采用有限元技術(shù)，全面貫徹國家安全標(biāo)準(zhǔn)，精度高于國家標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)床解決了大扭曲整體葉輪電火花加工問題，為航天航空相關(guān)重點(diǎn)企業(yè)解決了帶葉冠整體渦輪盤、發(fā)動(dòng)機(jī)整體閉式葉輪等加工難題。北京迪蒙卡特展出的CTM550-ABC機(jī)床，搭載了二維精密轉(zhuǎn)臺(tái)，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(dòng)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，可應(yīng)用于航空航天相關(guān)零件加工。 　　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（見圖4），X、Y、Z、C四軸都可以伺服加工，配備4工位電極自動(dòng)交換裝置，配合C軸的旋轉(zhuǎn)功能，可以實(shí)現(xiàn)任意方向的圓形和方形平動(dòng)，可進(jìn)行擴(kuò)孔加工、球形等三維平動(dòng)加工。可應(yīng)用于航空航天相關(guān)零件加工。 　　3．NCSEDM幾個(gè)值得關(guān)注的問題
　　我國NCSEDM的發(fā)展雖然已取得相當(dāng)大的技術(shù)進(jìn)步，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，還有一些值得我們關(guān)注的問題。

　?。?）具有高速抬刀功能的機(jī)床結(jié)構(gòu)技術(shù)：NCSEDM自從采用高速抬刀技術(shù)后，加速度和移動(dòng)速度大幅提高。當(dāng)前NCSEDM的機(jī)床結(jié)構(gòu)形式更接近于HSM，今天的HSM已采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并已采用高低軌布局、同步雙驅(qū)、重心導(dǎo)向等新技術(shù)，對NCSEDM來說都有參考價(jià)值。日本牧野公司的NCSEDM結(jié)構(gòu)就是采用加工中心的結(jié)構(gòu)形式。

　?。?）智能隨形控制技術(shù)：一般來說，型腔加工在加工過程中的加工面積會(huì)產(chǎn)生變化，有的加工面積變化很大，要人工編制轉(zhuǎn)換加工能量的程序，往往很復(fù)雜，而且不準(zhǔn)確，搞不好會(huì)出現(xiàn)加工面積突變時(shí)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的問題，因而采用工件型腔和電極的CAD建模技術(shù)，即使型腔在HSM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)，使在加工過程中兩種模型（圖形）不斷“隨形”，并不斷改變加工參數(shù)及相應(yīng)的伺服抬刀等參數(shù)，以保證加工的安全、高效。

　?。?）NCSEDM在航空航天領(lǐng)域的加工工藝技術(shù)：以帶冠渦輪葉片加工為典型對象，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，需要五軸以上的NCSEDM，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。特別是對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。

　　（4）模具加工的Rsm：電火花成形加工可實(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（粗糙度的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值可以實(shí)現(xiàn)易脫模、少粘接以及塑壓件的時(shí)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。

　　本次展會(huì)中，日本沙迪克公司開發(fā)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（見圖5），但這方面還沒有引起我國廠商的重視。 　　（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)展為成套自動(dòng)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。其實(shí)NCSEDM和HSM是相輔相成的加工技術(shù)，有很大的互補(bǔ)性，特別是型腔模具加工，往往需要NCSEDM和HSM共同完成。因此，在我國可以考慮NCSEDM與HSM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。

　　二、電火花線切割機(jī)床
　　1. 單向走絲電火花線切割機(jī)床
　　本屆展會(huì)共有15臺(tái)單向走絲線切割機(jī)床參展，其中境外品牌8臺(tái)，境內(nèi)品牌7臺(tái)。與上屆展會(huì)比較，此類機(jī)床的主要加工指標(biāo)未有重大突破，境外展機(jī)主要在一次切割的直線度、多次切割性能等細(xì)節(jié)方面有明顯進(jìn)步，境內(nèi)線切割機(jī)床的總體性能有所提升。本屆展會(huì)單向走絲線切割機(jī)技術(shù)性能指標(biāo)從最佳表面粗糙度Ra0.6 μm到Ra0.008 μm，最大切割效率從200～500 mm2/min，產(chǎn)品銷售價(jià)格從30萬/臺(tái)到200多萬/臺(tái)，各層次相關(guān)機(jī)床都有展示。

　　（1）提高性價(jià)比的市場競爭策略
　　日本和歐洲幾大著名電加工廠家為了爭奪中國大市場，紛紛采取不同的競爭策略，最大限度滿足不同層次客戶需求。同時(shí)在市場銷量最大的中檔機(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，以吸引更多的客戶購買這類產(chǎn)品。一些后起制造廠商只能采取價(jià)格與新技術(shù)應(yīng)用相結(jié)合的策略，來分得一些市場份額。

　　（2）加工精度及綜合加工效率的技術(shù)提升
　　本次展會(huì)展商更注重向用戶宣傳實(shí)用的加工性能指標(biāo)，最突出的亮點(diǎn)在于一次切割時(shí)直線度的控制技術(shù)。不同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GS-CUT（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(dòng)方法，實(shí)現(xiàn)了一次切割的高直線度。日本三菱電機(jī)公司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單向走絲線切割機(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)）。

　　（3）基于油基工作液的電火花線切割機(jī)床
　　日本沙迪克公司的AP250L展機(jī)，采用油基工作液，X、Y、U、V四軸直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，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Ra0.008 μm，細(xì)小模具加工形狀精度控制在±1.5 μm，該機(jī)代表了本次展會(huì)同類展機(jī)最高技術(shù)水平。

　?。?）直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)更加普及
　　直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)在精密單向走絲線切割機(jī)床使用的趨勢越來越強(qiáng)。本屆展會(huì)除日本沙迪克和三菱電機(jī)公司4臺(tái)展機(jī)全部使用直線電機(jī)以外，臺(tái)灣慶鴻公司兩臺(tái)展機(jī)也使用了直線電機(jī)。日本沙迪克公司使用直線電機(jī)已有15年、3萬臺(tái)的歷史，10年后的機(jī)床坐標(biāo)精度仍然很好，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)成本越來越低，這項(xiàng)技術(shù)將會(huì)在近幾年內(nèi)，在大部分單向走絲線切割機(jī)床上廣泛使用。

　　（5）自動(dòng)化加工技術(shù)
　　單向走絲線切割機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工、無人化操作的主要技術(shù)就是自動(dòng)穿絲技術(shù)和型芯廢料保持技術(shù)。自動(dòng)穿絲系統(tǒng)在不斷提高小于0.1 mm絲徑穿絲成功率，以及在曲面工件或中空工件上的穿絲成功率。日本三菱電機(jī)、日本牧野及日本西部電機(jī)公司重點(diǎn)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(dòng)穿絲技術(shù)，同時(shí)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，更易實(shí)現(xiàn)無人自動(dòng)加工。

　?。?）變截面隨形智能控制技術(shù)及雙噴嘴加工技術(shù)
　　日本三菱電機(jī)公司、日本沙迪克公司等線切割機(jī)床3D圖形的直接導(dǎo)入與處理，實(shí)現(xiàn)了變高度工件的電火花線切割加工過程中工藝參數(shù)的智能控制，減少加工中斷絲，減輕變截面加工條紋的產(chǎn)生。日本牧野公司的機(jī)床上下兩個(gè)噴水嘴分別由兩個(gè)高壓泵單獨(dú)提供沖水，每個(gè)噴嘴可以提供更高的沖水壓力，對提升切割效率有很大幫助。

　　（7）單向走絲線切割機(jī)的細(xì)分市場
　　單向走絲線切割機(jī)的應(yīng)用也在向一些細(xì)分市場轉(zhuǎn)移。日本FANUC公司的展機(jī)α-C400iA，安裝英國Renishaw測頭和德國高精度分度軸，實(shí)現(xiàn)棍狀、盤狀刀具的自動(dòng)找正、自動(dòng)加工。德國孚爾默PCD刀具加工專用單向走絲線切割機(jī)QDW760，具有五軸聯(lián)動(dòng)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，將必要的尺寸填寫進(jìn)去，就能夠直接生成加工的圖形文件。北京安德建奇數(shù)字設(shè)備公司展覽的一臺(tái)AE1100大型單向走絲線切割機(jī)床，最佳加工表面粗糙度：Ra＜0.3 μm，最大切割效率：250 mm2/min，滿足大型汽車模具高精度加工，是國內(nèi)第一臺(tái)大行程單向走絲線切割機(jī)床。

　　2.往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)床
　　本屆展會(huì)共有13家內(nèi)資企業(yè)展出往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)床，均為中走絲線切割機(jī)床。與上屆展會(huì)相比，國內(nèi)展品在整體外觀質(zhì)量和實(shí)用性加工指標(biāo)方面取得較大進(jìn)步。

　?。?）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)床環(huán)保性能。
　　（2）引進(jìn)工業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)，對機(jī)床的外觀與色調(diào)進(jìn)行較大改進(jìn)。
　?。?）一體式結(jié)構(gòu)已經(jīng)逐步被制造企業(yè)所采納，節(jié)省了占地面積。
　　（4）開始生產(chǎn)T型床身、C型結(jié)構(gòu)的高檔中走絲線切割機(jī)床，說明產(chǎn)業(yè)升級正在進(jìn)行。
　?。?）加工速度等性能指標(biāo)進(jìn)一步提高。大部分中走絲線切割機(jī)床的最大加工效率已經(jīng)＞200 mm2/min，部分產(chǎn)品＞300 mm2/min。最佳表面粗糙度一般為Ra0.8 μm，個(gè)別產(chǎn)品達(dá)到Ra0.6 μm。
　　（6）更加重視機(jī)床實(shí)用性的宣傳，突出多次切割的平均效率、表面粗糙度、絲損耗等指標(biāo)。
　?。?）隨著各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，與中走絲線切割機(jī)床相關(guān)配套的切割液、導(dǎo)輪、掩模等都有一定技術(shù)提升，制造廠家更加重視機(jī)床在細(xì)分市場的應(yīng)用。
　　（8）借鑒單向走絲電火花線切割技術(shù)，尋求自身技術(shù)上的突破。更加突出中走絲線切割機(jī)床在加工大厚度、大錐度零件上的優(yōu)勢。
　?。?）中走絲線切割機(jī)床將向性能可靠、精度穩(wěn)定、操作簡單、維修方便的綜合實(shí)力方向發(fā)展。　（未完待續(xù)）