CCMT2024以“聚焦——數(shù)字?互聯(lián)?智造”為主題，積極響應(yīng)各種數(shù)字技術(shù)與制造技術(shù)深度融合的發(fā)展趨勢，在更高層次上賦能機(jī)床工具制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級和高質(zhì)量發(fā)展。
展會(huì)上隨處可見品類繁多的功能部件產(chǎn)品，如銑頭、轉(zhuǎn)臺、刀庫等，有助于提升機(jī)床加工的自由度，實(shí)現(xiàn)機(jī)床功能的多樣化，大幅度提升機(jī)床的工藝范圍，使制造廠家實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)力和附加值的最大化。作為五軸及五軸以上多軸高端機(jī)床，銑頭或搖籃轉(zhuǎn)臺是不可或缺的必配附件，同時(shí)，刀庫也成為了數(shù)控銑床的標(biāo)配產(chǎn)品。
筆者主要對本屆展會(huì)上展出的部分精品功能部件進(jìn)行簡述，不到之處，請同行斧正。
一、直驅(qū)五軸功能部件
五軸聯(lián)動(dòng)加工一直是數(shù)控加工中心的至高追求。采用力矩電機(jī)作為A/C軸轉(zhuǎn)位驅(qū)動(dòng)力的搖籃轉(zhuǎn)臺可實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)加工，采用大功率高速電主軸，可實(shí)現(xiàn)高速高精加工，是加工市場的寵兒。筆者粗略統(tǒng)計(jì)，本屆展會(huì)展出的配備搖籃轉(zhuǎn)臺的機(jī)床數(shù)量占比較高。
對于雙軸（A/C軸）采用力矩電機(jī)直驅(qū)的AC搖籃轉(zhuǎn)臺，有單臂和雙臂兩種形式。單擺式的只有一邊設(shè)有力矩電機(jī)，A軸驅(qū)動(dòng)力較同規(guī)格雙擺式的小，但轉(zhuǎn)臺減小了一個(gè)支撐臂的空間，減小了機(jī)床的整體尺寸；雙臂式是A軸兩側(cè)都有力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)，相對單擺式比較A軸驅(qū)動(dòng)力大，并且A軸對稱式設(shè)計(jì)，擺頭重心與C軸旋轉(zhuǎn)中心重合，轉(zhuǎn)位具有更好的穩(wěn)定性。
1．GROB五軸聯(lián)動(dòng)加工中心
德國GROB（格勞博）集團(tuán)的加工中心設(shè)計(jì)緊湊，加工效率高且具備非常高的穩(wěn)定性，獨(dú)特的機(jī)床設(shè)計(jì)理念保證了高效生產(chǎn)并可以依靠多樣化的配置選件來適應(yīng)個(gè)性化需求。
GROB展出的五軸聯(lián)動(dòng)通用車銑復(fù)合加工中心采用單臂式搖籃轉(zhuǎn)臺，占地空間小，設(shè)計(jì)緊湊，A軸可實(shí)現(xiàn)360°擺角，最大程度提供了加工自由度，一次裝夾即可完成零部件銑削和車削加工，節(jié)省生產(chǎn)中的時(shí)間、空間和投資成本。三軸最大速度65/50/80m/min，最大加速度6/4.5/7.5m/s2，配合轉(zhuǎn)臺2g的超高加速度，機(jī)床加工效率高。GROB五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床產(chǎn)品質(zhì)量到位，功能部件設(shè)計(jì)理念獨(dú)特，銑削性能優(yōu)越，五軸程序加工經(jīng)驗(yàn)足。
GROB展出的配備機(jī)器人單元GRC-R12的五軸聯(lián)動(dòng)通用加工中心G150，配置的柔性機(jī)器人單元，最大負(fù)載12kg，可實(shí)現(xiàn)工件或托盤的搬運(yùn)，可增加工件清洗、測量、去毛刺等外圍設(shè)備，具有緊湊的抽屜式上料系統(tǒng)，具備自動(dòng)夾爪調(diào)節(jié)和更換功能，使機(jī)床的自動(dòng)化程度提升了一個(gè)檔次。
GROB今年展會(huì)最大的亮點(diǎn)是移動(dòng)機(jī)器人（GMR）的展示，實(shí)現(xiàn)了高效、智能的物料搬運(yùn)。GROB移動(dòng)機(jī)器人GMR配備了最新的傳感器技術(shù)，可以毫不費(fèi)力在生產(chǎn)車間內(nèi)不依賴人工進(jìn)行駕駛。用戶收益于一個(gè)車間中多臺設(shè)備且地點(diǎn)獨(dú)立的自動(dòng)化解決方案。
2．海天精工CFM650搖籃高速五軸銑削中心
CFM650整機(jī)采用一體式龍門框架和高剛性主軸箱結(jié)構(gòu)，梁立柱設(shè)計(jì)采用一體式結(jié)構(gòu)，相對分體式結(jié)構(gòu)，減少橫梁立柱之間的接觸面，誤差累積環(huán)節(jié)少，抗震性能、可靠性和穩(wěn)定性更好。同時(shí)三軸配置大規(guī)格滾柱直線導(dǎo)軌，1g加速度，保證設(shè)備出色的切削剛性和加工效率。
配置自主研發(fā)制造的高轉(zhuǎn)速電主軸和雙力矩電機(jī)直驅(qū)搖籃轉(zhuǎn)臺，可實(shí)現(xiàn)高速五軸聯(lián)動(dòng)加工功能。通過高剛性主機(jī)結(jié)構(gòu)和292Nm大扭矩電主軸搭配，保證設(shè)備強(qiáng)力切削不發(fā)震；AC軸最大旋轉(zhuǎn)扭矩5160\1720Nm，可以滿足800kg重物聯(lián)動(dòng)加工。
產(chǎn)品在設(shè)計(jì)過程中全面采用三維模擬實(shí)際制造與裝配，結(jié)合有限元分析軟件，加之可靠的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析計(jì)算軟件，展示高速、高響應(yīng)、高效、高精、高切削剛性、高可靠性、高精度穩(wěn)定性的綜合體驗(yàn)。
AC軸采用直驅(qū)技術(shù)，兩軸定位精度8″，重復(fù)定位精度5″，具有傳動(dòng)精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、無機(jī)械磨損、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
CFM650的A軸采用雙臂力矩電機(jī)直驅(qū)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速、高扭矩加工，性能特性優(yōu)異。采用水冷技術(shù)，可有效降低熱變形，提高搖籃的加工精度。
通過對各伺服軸的調(diào)校，調(diào)制適應(yīng)不同加工條件的參數(shù)模組，加工時(shí)通過固定循環(huán)即可時(shí)時(shí)切換；加工條件參數(shù)選擇在滿足加工需求的前提下，最大程度地提升生產(chǎn)效率，縮短加工時(shí)間。
通過圖形化的界面開發(fā)，時(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示各軸的負(fù)載及溫度狀態(tài)，針對電主軸還增加了軸承的溫度監(jiān)測；各軸在扭矩異常時(shí)，自動(dòng)觸發(fā)停機(jī)報(bào)警，最大程度降低碰撞損傷；部件的干涉區(qū)間主動(dòng)保護(hù)，避免各軸移動(dòng)過程中對部件的撞擊。根據(jù)需求，可對主軸進(jìn)行熱延伸誤差補(bǔ)償?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析，通過函數(shù)對其進(jìn)行時(shí)時(shí)補(bǔ)償，提升加工精度。
3．濟(jì)南二機(jī)床XHBSV2516×27i高速雙五軸龍門加工中心
機(jī)床直線軸快移速度達(dá)到120m/min，加速度7m/s2以上。機(jī)床采用一體式焊接床身，配置自主研發(fā)的偏置式BC雙擺角數(shù)控萬能銑頭和直驅(qū)翻轉(zhuǎn)工作臺，實(shí)現(xiàn)零件一次裝夾六面加工。
偏置式BC雙擺角數(shù)控萬能銑頭采用高精度YRT軸承支撐、力矩電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，強(qiáng)制循環(huán)冷卻，滿足長期高速運(yùn)動(dòng)使用和高可靠性。擺頭整體采用輕量化金屬結(jié)構(gòu)件，降低了擺頭重量，實(shí)現(xiàn)高速動(dòng)態(tài)響應(yīng)。外形尺寸緊湊，具備良好的加工接近性，滿足一體化壓鑄零件的加工要求。
力矩電機(jī)直驅(qū)式翻轉(zhuǎn)工作臺，最大回轉(zhuǎn)直徑2200mm，配置零點(diǎn)定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)不同夾具的快速更換。
A/B/C軸驅(qū)動(dòng)采用力矩電機(jī)，全直驅(qū)設(shè)計(jì)，無中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，可靠性高；刀庫采用鼓形直排式刀庫，主軸直接抓取刀具，無機(jī)械手，保證效率的同時(shí)提高了刀庫的可靠性。
展會(huì)現(xiàn)場做加工演示時(shí)，左右兩個(gè)擺頭快速做著不同的加工動(dòng)作，配合換刀及翻轉(zhuǎn)工作臺的翻轉(zhuǎn)工件動(dòng)作，展示出了國內(nèi)先進(jìn)制造業(yè)的高端產(chǎn)品性能。
4．HELLER HF系列臥式五軸加工中心
此臺機(jī)床可實(shí)現(xiàn)銑車復(fù)合加工、聯(lián)動(dòng)加工和旋轉(zhuǎn)定位（3+2）加工，可配置鏈?zhǔn)交蚣苁降稁?，快速換刀。其亮點(diǎn)在于可通過托盤交換系統(tǒng)采用抬升/擺動(dòng)結(jié)構(gòu)，對搖籃轉(zhuǎn)臺上的托盤進(jìn)行自動(dòng)更換。自從搖籃轉(zhuǎn)臺問世以來，這是筆者在展會(huì)上第一次看到可以對搖籃轉(zhuǎn)臺上的托盤進(jìn)行更換的機(jī)床，此處結(jié)構(gòu)改進(jìn)是對五軸加工中心效率的進(jìn)一步提升和優(yōu)化，節(jié)省了拆卸和安裝工件的時(shí)間。
5．成都煜鼎雙五軸臥式加工中心
此機(jī)床主軸臥式布局，垂直落屑，加工區(qū)底部全域大斜面排屑；機(jī)床雙五軸傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)零件不同工位同時(shí)加工，提高加工效率；零件及夾具具有±180°翻轉(zhuǎn)功能，最大翻轉(zhuǎn)直徑2000mm，實(shí)現(xiàn)大型一體化壓鑄件一次裝夾全工序加工。并且此機(jī)床零件及夾具具有W軸移動(dòng)功能，大幅減小主軸滑枕的行程和懸伸長度，提高加工剛性和加工效率。
二、機(jī)械式五軸功能部件
從本屆展會(huì)看，直驅(qū)五軸功能部件是主流，采用力矩電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，無背隙、低噪音，結(jié)構(gòu)緊湊，具有高倍過負(fù)載能力，高精度、高速動(dòng)態(tài)響應(yīng)。通過標(biāo)配絕對式圓光柵，可進(jìn)行高精度分度。
機(jī)械式五軸功能部件更貼合傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，機(jī)械式五軸頭具有體型小、輸出扭矩大的優(yōu)點(diǎn)。機(jī)械式五軸頭或搖籃轉(zhuǎn)臺，可通過齒輪或減速機(jī)倍比提升轉(zhuǎn)動(dòng)軸輸出扭矩，在電氣控制上也較為簡單；雖然機(jī)械頭的加工定位精度略差于直驅(qū)頭，但很多工件的加工往往也不需要特別高的精度，所以機(jī)械式五軸功能部件在還是有很大的市場份額。
1．山東威達(dá)精工智能裝備制造有限公司機(jī)械式45°萬向頭
此款附件頭屬于純機(jī)械式，主軸轉(zhuǎn)速6000r/min，A/C軸最小分度1°，采用雙層牙盤差動(dòng)分度定位結(jié)構(gòu)，輸出扭矩可達(dá)1000Nm以上，具備主軸松刀檢測裝置，A/C軸送夾采用接近開關(guān)檢測位置。據(jù)威達(dá)工作人員描述，此款擺頭A/C最小分度可做到0.01°。
筆者認(rèn)為，這款45°萬向頭標(biāo)志著國產(chǎn)機(jī)械銑頭向差動(dòng)分度定位技術(shù)領(lǐng)域的邁進(jìn)，畢竟這個(gè)技術(shù)之前只有一些國外品牌銑頭使用。
這里簡述下差動(dòng)分度定位技術(shù)，通過兩層互相嚙合齒盤的不同齒數(shù)定位，及相對單層齒盤的定向旋向及特殊的定位角度，相互結(jié)合后使得角度頭得到微小分度的定位技術(shù)。舉個(gè)例子來說，C軸需要的1分度定位，可以通過上層的6分度牙盤和下層的5分度牙盤差動(dòng)分度得到，C軸按所需方向旋轉(zhuǎn)6°后，上層牙盤鎖緊，在下層牙盤脫開基礎(chǔ)上反向旋轉(zhuǎn)5°，雙層牙盤咬緊后就得出銑頭整體旋轉(zhuǎn)1°的結(jié)果。此差動(dòng)分度定位技術(shù)應(yīng)用在銑頭結(jié)構(gòu)中，雖說使銑頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜度大幅增加，但可以使銑頭實(shí)現(xiàn)最小0.02°/0.01°的定位，并且銑頭輸出扭矩大、體型小，牙盤定位使得銑頭具備較高的定位精度和較大的鎖緊力，采用此技術(shù)的銑頭在機(jī)加工領(lǐng)域中具有非常廣泛的前景。
2．西班牙MILKO正交式自動(dòng)分度萬能銑頭
銑頭主軸最高轉(zhuǎn)速5000r/m，最大功率257kW，最大輸出扭矩1500Nm，A/C軸最小分度可做到1分度。另外，通過現(xiàn)場工作人員了解到，MILKO已設(shè)計(jì)出A/C軸最小0.02分度的45度萬能銑頭，同樣是采用差動(dòng)分度定位技術(shù)，并在液壓控制、信號檢測及銑頭程序控制上有獨(dú)到的見解。因產(chǎn)品剛設(shè)計(jì)出來，還未經(jīng)過長時(shí)間可靠性跑和，所以未在本次展會(huì)展出。
3．雷億爾精密機(jī)械科技（常州）有限公司全自動(dòng)五軸伺服雙擺頭
此擺頭核心優(yōu)勢在于兩軸驅(qū)動(dòng)采用雙向雙驅(qū)，AC兩軸分別由兩個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)并消隙，驅(qū)動(dòng)扭矩大，動(dòng)態(tài)性能好。以LYE-WZD72為例，A/C軸額定驅(qū)動(dòng)扭矩1800Nm，最大驅(qū)動(dòng)扭矩可達(dá)5400Nm。因?yàn)榇藬[頭采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所以調(diào)試應(yīng)用簡單，并可達(dá)到±6″的高定位精度，綜合性能比肩直驅(qū)擺頭。并且這款五軸伺服雙擺頭對比同型號直驅(qū)雙擺頭外觀體型更小，尤其是左右兩支撐臂尺寸，對加工工件具有更好的接近性。
另外，此產(chǎn)品還有價(jià)格優(yōu)勢，性價(jià)比高。隨著此產(chǎn)品技術(shù)和可靠性的成熟，在未來制造業(yè)市場中或有一席之地。
4．埃弗米數(shù)控高剛性機(jī)械聯(lián)動(dòng)A擺頭
東莞市埃弗米數(shù)控設(shè)備科技有限公司展出了一款臥式五軸聯(lián)動(dòng)加工中心，機(jī)床為動(dòng)柱式結(jié)構(gòu)，配置高剛性機(jī)械聯(lián)動(dòng)A擺頭，搭配B軸轉(zhuǎn)臺，可實(shí)現(xiàn)臥式五軸聯(lián)動(dòng)加工。不同于傳統(tǒng)三軸或四軸臥式加工中心，能實(shí)現(xiàn)機(jī)械傳動(dòng)的五軸聯(lián)動(dòng)臥加數(shù)控機(jī)床是不常見的。
HMU-140P/160P轉(zhuǎn)臺和A擺頭采用專利機(jī)械傳動(dòng)GTRT技術(shù)，即伺服電機(jī)加斜齒齒輪（高剛性齒輪消隙技術(shù)），轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)軸承采用YRT組合滾子軸承，承重能力3000kg，機(jī)械傳動(dòng)具有力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)不可企及的傳動(dòng)剛性，是航空鈦合金和高溫合金等難切削材料加工的理想選擇。剎車為高壓油驅(qū)動(dòng)的大規(guī)格碟剎，杜絕了普通環(huán)抱剎車的軸線歪斜缺陷，傳動(dòng)環(huán)節(jié)配置了高精度海德漢圓光柵；機(jī)床配置10000r/min電主軸，適合民用航空航天領(lǐng)域高精度零件加工工況，加工效率高。
三、刀庫類產(chǎn)品在數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用
刀庫作為機(jī)床必不可少的重要功能部件，可儲(chǔ)備機(jī)床所需數(shù)量的刀具，并經(jīng)過機(jī)械手實(shí)現(xiàn)與主軸上刀具的交換，實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床多種不同切削要求的自動(dòng)化切換，節(jié)省了切換時(shí)間，提高了加工精度。
刀庫的種類有盤式刀庫、鏈?zhǔn)降稁斓榷喾N形式，刀庫的形式和容量需要依據(jù)機(jī)床的工藝范圍來確定。為了適應(yīng)品種繁多的數(shù)控加工中心的需求，各刀庫廠家也在提升產(chǎn)品性能，提高換刀效率和可靠性，滿足適應(yīng)客戶的各種換刀尺寸需要。
1．威諾數(shù)控WN-DB2015ZX2動(dòng)柱雙面銑鏜加工中心
此加工中心獲得CCMT2024“春燕獎(jiǎng)”。機(jī)床為正掛箱式結(jié)構(gòu)，直線導(dǎo)軌配置，配置雙通道數(shù)控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)兩主軸獨(dú)立加工。滿足專業(yè)化生產(chǎn)需求，針對對稱性零件加工具有較大優(yōu)勢。機(jī)床配置有鏈?zhǔn)降稁欤p主軸自動(dòng)換刀，使機(jī)床自動(dòng)連續(xù)進(jìn)行鏜孔、鉆孔、銑削、锪孔、鉸孔等多種工序加工，適合加工各種精度高、工序多、形狀復(fù)雜的零件，是一款提高精度和工效的自動(dòng)化加工機(jī)床。
此機(jī)床的刀庫設(shè)置在雙動(dòng)柱背后，隨著立柱的運(yùn)動(dòng)而移動(dòng)，多庫位的鏈?zhǔn)降稁焯嵘藬?shù)控機(jī)床的加工靈活性。不同于傳統(tǒng)的固定位置刀庫設(shè)計(jì)，動(dòng)柱背刀庫的設(shè)計(jì)整體美觀，實(shí)用方便，即滿足了機(jī)床對稱式設(shè)計(jì)理念，又照顧到機(jī)床剛性、整體精度保證等諸多細(xì)節(jié)，大幅提升了機(jī)床的換刀效率。
2．喬崴進(jìn)臥式鏜銑加工中心
喬崴進(jìn)科技股份有限公司展出了一款臥式鏜銑加工中心，配置的刀庫系統(tǒng)換刀臂可沿直角軌道做轉(zhuǎn)彎和直線運(yùn)動(dòng)，換刀臂上方還配置有拖鏈以供管路的移動(dòng)走線，整個(gè)刀庫系統(tǒng)構(gòu)思精妙，外形簡潔大方，突破了傳統(tǒng)刀庫換刀臂短的缺陷，給整個(gè)機(jī)床布局設(shè)計(jì)提供了便利。
四、結(jié)束語
十幾年前的機(jī)床展會(huì)展出的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品，給人的感覺像“哥斯拉”，動(dòng)梁、動(dòng)柱、橋式龍門這樣的機(jī)床，體型規(guī)格都很巨大，大廠家做大機(jī)床，精度也能做到位，是實(shí)力的象征。
十年內(nèi)的機(jī)床展，國內(nèi)機(jī)床廠家開始給自己的機(jī)床配置進(jìn)口五軸功能部件，提升了機(jī)床的自由度，展出的機(jī)床從“哥斯拉”過度到了“變形金剛”，開始了對機(jī)床自動(dòng)化的追求和加工工藝性的拓展。
CCMT2024展會(huì)，五軸數(shù)控機(jī)床遍布各個(gè)展館，主流廠家都展出了獨(dú)立研發(fā)的關(guān)鍵功能部件配套產(chǎn)品，具有比肩進(jìn)口同類產(chǎn)品的精度。多數(shù)展出機(jī)型體型小巧、結(jié)構(gòu)緊湊、功能齊備，并有針對各行業(yè)的獨(dú)到設(shè)計(jì)理念，自動(dòng)化、高效、智能、適用性等占主導(dǎo)。
從近幾屆展會(huì)看，國產(chǎn)功能部件的技術(shù)發(fā)展提升很快，尤其在“數(shù)字?互聯(lián)?智造”這個(gè)大趨勢帶動(dòng)下，為應(yīng)對自動(dòng)化和高效加工需求，以及強(qiáng)化遠(yuǎn)程響應(yīng)能力的需要，數(shù)字技術(shù)貫穿了機(jī)床工具產(chǎn)品的全部生命周期，與機(jī)床制造業(yè)深度融合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品開發(fā)與技術(shù)創(chuàng)新，并迭代升級。在這個(gè)過程中，高效高精功能部件產(chǎn)品在數(shù)控機(jī)床應(yīng)用中大放異彩，給機(jī)床的綜合性能提升帶來質(zhì)的飛躍。
