世界机床技术的创新步伐继续加快前行——EMO 2009米兰国际机床展展品技术创新成果一瞥

沈福金

作者：沈福金，研究生学历，1967年毕业于清华大学机床专业。毕业后至1999年3月一直在机械工业部北京机床研究所工作，曾任北京机床研究所总工程师，中国机械工程学会高级会员，《WMEM》杂志总编和住处传媒部主任等。

作为世界四大机床名展之一的欧洲国际机床展（EMO展）历来都备受业界关注。2009年的EMO展在意大利米兰（MILANO）举行，由于世界金融危机的影响，展会情况如何大家也很关心。笔者在德国Carl Hanser出版社出版的2009年第11期《Werkstatt und Betrib》（以下简称 WB）杂志上，看到了一篇对EMO 2009 MILANO展览会情况报道比较详细的文章，其内容里各展品体现的大大小小的技术革新和创新成果不少，既让人开阔了眼界，又催人奋进。笔者觉得这些信息非常值得引起中国机床业界人士的关注和思考，以求知己知彼，为我所用，特摘译编写如下，以供业界人士参考。

1 WFL公司展出3项创新产品

WFL展出了一台改进型的M 150/8000型高档复合加工中心，可进行车、镗、铣加工（图1）。其床身、主轴箱、尾架、C轴、换刀装置和机床防护罩等部件都进行了优化。一段60°铸铁斜床身使床身刚度大大改善。新的主轴箱有一个尺寸大而稳定的箱体，并加宽了主轴轴承间距离。新的C轴具有很高的扭转刚度，转矩达12000 N·m。高刚性的纵向和横向滑座是上滑座系统的一大特色。车镗铣单元的驱动功率55 k W，刀具接口进行了精磨，并改善了清洁度。在B轴分度时，制动力矩可达15000 N·m。圆盘式刀库有108个刀位，能储存长900 mm、重35 kg的各种刀具。机床配有西门子840D控制系统。由于自行开发了许多用摆动B轴进行车削的软件包，所以能综合进行车铣加工、曲轴颈铣削、凸轮铣和深孔镗等加工。机床配备有6个NC轴（B、C、X、Y、Z、U）、重型内加工刀具和换刀刀库等，大大扩展了机床功能，提高了加工效率。

“Flanx”制齿软件，是 WFL的又一个新产品，它可以简便而灵活地进行圆柱齿轮、平面齿轮以及准渐开线齿轮等的内外齿加工。

WFL公司还有一个新产品是“喷射断屑”一体化系统，在加工不锈钢和超级合金时，35 MPa压力的冷却液可以有控制地断屑，从而延长刀具寿命。

2 五轴重型车铣加工中心

MAG公司展出了VDM 1000五轴重型车铣中心（图2）。这样的重型加工中心可广泛应用于重型机械制造、宇航工业和风电工业等领域。这台五轴加工机床为模块化结构，有一个平行的主驱动、一个扩展了的Y轴和B轴以及一个镗孔、铣削和可夹紧进行车削的主轴。可加工高达1400 mm、回转直径1450 mm的工件。主轴力矩电动机提供25000 N·m的转矩，X轴的移动速度达25 m/min；换刀时间10 s以内，换刀机构有64把HSK—100的刀具。可进行重切削，加工效率很高。

MAG公司还在现场介绍了VDM1000铣齿加工情况。就高能效而言，机床配备一种“Eco Made”功能。用这个功能，可按所选的节能要求，自动减小速度和加速度来调节切削用量，以求在能耗和生产率之间达到最佳状态。机床增加这个功能非常符合节能和低碳、环保要求。

3 在通用加工中心上实现齿轮滚铣加工

作为创新的切削方案，Matec公司在EMO 2009 MILANO展会上展示了一种通用的最新齿轮滚铣方案。即在HV系列带摆动头的立柱移动式结构的任何一种型号的加工中心上都能实现齿轮的滚铣加工。只要选择配置相应的新的滚铣附件（图3），就能实现滚铣加工直齿、斜齿和螺旋齿之间的转换。直径达2 m的齿轮都能进行单件和批量生产；带一个整体转台时，机床就适合加工扁平齿轮；如要在一根长轴上制齿，则就要在机床上装一个带尾架的卧式转台。

另一个同样性质的创新工程是开发了装有通用铣头的HVU立柱移动式结构系列的机床，尺寸大小有30、40和50号不等。最精彩的是在2坐标铣头上电主轴通过45°斜面可进行立、卧转换，这样，就能对较长的工件进行4面加工，与一个转台相配合，甚至能进行五面加工。因此，能进行总共需6坐标的非常复杂的加工。

Matec公司用开发的专用附件，把通用机床扩展为专用机床的做法，可一机多用，节省用户投资，值得提倡。

4 加工大型零件的卧式高精度、大功率镗铣床

Parpas集团首次展出了他们的旗舰式产品——“Invar”大功率镗铣床（图4）。该机床有变型产品，Y行程可达2750 mm，Z行程可达6500 mm，主轴功率100 k W，扭矩14500 N·m。Parpas集团自己有大量的铣头附件可供选择来进行灵活配置。为了消除温度对加工精度的影响又实施了几项革新，一是给机床加了一个热外罩和均衡温度的过渡区，以隔绝环境温度波动的影响；二是使机床的发热元件进行温度均衡。这些措施使机床部件保持了恒定的热状态，也就是说，机床实际上处于自己的恒温室里。这样，温度引起的热膨胀没有了，难以完全消除误差的热补偿也取消了，解决了这类大型机床提高加工精度的难题。双力矩电动机的驱动方案（TTM）综合了直线电动机驱动和齿轮齿条驱动的优点，在齿条上的齿轮直接由通过电气预紧的双力矩电动机驱动，由此取消了变速箱，传动精度和加速度更高。位于主立柱旁的辅助立柱上装有换刀机构、气动液压平衡装置和操作平台，这样，就消除了这些装置对主立柱以及加工精度的影响，这是提高和保证加工精度的一种有效方法。

5 多主轴加工中心

Samag公司是以制造多主轴卧式加工中心见长的厂家，这次展出了一台主轴间距大的MFZ6—4W型4个主轴的加工中心（图5），用于加工体积大的钢、铸铁和铝制工件。同样，还可以按需要配置成双主轴和三主轴机床。

MFZ6—4W机床的核心部件是带2个各自独立的双主轴单元的三坐标装置。这个装置由一个悬挂着X滑座的稳定的Y升降式机架组成，在X滑座上同样悬挂有2个分开驱动的Z双主轴单元，每个主轴箱都装有2根电主轴。通过龙门式驱动，保证垂直的Y坐标的高刚性和高精度。X/Y/Z的行程分别为340 mm/825 mm/540 mm。所有坐标的加速度均为0.5g，快速移动速度50 m/min，主轴间距为3×340 mm。主轴驱动功率在转矩为150 N·m时达到24 k W，转速范围50～7500 r/min无级可调。所有主轴都是HSK—A63号刀柄联接。刀库每32个刀位为1组，一共有4组共108个刀位。工件装载单元由一个可180°摆动的机构组成，装工件和加工并行进行。两个360°转动的卧式轴用作搬运和上下工件。这台加工中心还有很多选件可与B坐标一起配备应用。这显然是一台加工效率很高的机床，既可以同时加工4个相同工件，也可以加工2组不同工件，加工效率成倍提高，非常适合大批量生产。

6 优化机床循环时间和能耗的“循环时间分析器”

德国博世力士乐公司展示的“Indra Motion MTX-cta”（循环时间分析器）和“MTXega”（能量分析器）等分析工具，他们用这个工具把优化机床的循环时间和能量消耗工作向前推进了一大步。这些分析器把数控运行过程和驱动功率数透彻地显示出来，为减少循环时间提供了巨大的潜力，为机床制造商优化机床和监控机床运行、提高能效提供了依据，很有意义。

从实用角度看，有效地优化了部件、可按需要进行调整以及能量再生等，已经显示了巨大的节约潜力，而且基于软件的循环时间分析和能耗分析还能提高系统的水平。集成在“Indra Motion—MTX”控制中的软件，在实际运行中损失的在线运行时间在毫秒以内，每个NC语句的能耗也很微小。处理过的测量结果揭示了运动导轨的潜力，通过样条函数和光整化处理后，编程员能在很短的运行时间内降低能耗。能耗的测量也有助于检验各个坐标所确定的尺寸是否合适。在批量分析机床时，第一个结果显示，所采用的驱动功率经常偏大。保持合适的、符合实际必需水平的驱动功率，既降低了机床成本，又不损失机床的功率。分析工具还考虑了液压和冷却润滑供给系统等辅助设备，改进了消耗情况的连续检测和预防性保养。软件作为状态检测工具能及时识别增加的电能损耗，在机床发生故障前向操作者报警。机床配备这样的装置，既节能，又大大提高了机床运行安全性，非常实用。

7 更加完善的五坐标控制软件

日本FANUC展示了其新开发的30 i—A和31 i—A系列高档CNC控制系统（图6）。新的五轴加工控制功能主要是针对更好的表面加工质量、缩短加工时间、改善防碰撞性能和中断后很快重新启动等目标而开发的。FANUC已经提供了很多生产型的五坐标联动加工软件，如：刀具长度和刀具方位补偿以及刀具半径和切削点补偿等，而光顺“Smooth-TCP”和高速光顺“High—speed Smooth TCP”是新增添的功能。首先要补偿刀具中心点位置的安装偏差和计算机不能识别的冗余指令；其次，要尽可能优化刀具方位补偿。由于运动均匀平滑，改善了侧面加工质量。所以，FANUC用这两种功能改善了表面加工质量，缩短了循环时间。而且还为在倾斜面内用3+2个轴的加工开发了引导屏（Guidance Screen），操作者在这个屏幕图形支持下，按必要的编程数据，进行会话式操作加工。为了改善五轴加工质量，FANUC还提供各种辅助功能，如，为五轴加工开发改进了“3D”干涉检验的碰撞保护功能、“程序快速重启”功能等。FANUC公司不断为数控系统增加和改进功能的思路和做法，值得中国研发数控系统的厂家学习和借鉴。

8 莱斯豪尔公司的新一代RZ 260型硬齿面精加工齿轮磨床

莱斯豪尔（Reishauer）公司展出的新一代硬齿面齿轮磨床RZ 260（图7）是在RZ 150磨床基础上开发的，可磨削外径260 mm、模数4 mm的齿轮。其开发的重点是适应在不同用户条件下的应用。因此，RZ 260可以有选择地配备1个或2个工件主轴。带2个工件主轴的磨床，工件交换时间短，可以采用最佳的高生产率磨齿工艺。而且两种机型都能选装一个摆转数控轴，用来控制修整工具的工作。这样，修正工具就能适用于更大范围的工件加工。RZ 260齿轮磨床配备了一系列别具特色的动态磨齿工艺。莱斯豪尔的磨齿方法能达到很高的齿廓精度。表面结构产生低噪声的“低噪声转移技术”和安装简单而快捷等都属于其特色之列。

9 切削刀具方面的创新成果

刀具被称之为机床的牙齿，对提高机床的加工性能和加工效率起着至关重要的作用，历来都很受到机床制造厂家和机床用户的重视。所以，对切削刀具方面的开发研究从未停止过。随着生产技术的进步，适应生产需要的刀具新产品不断涌现。在EMO 2009 MILANO展会上也有不少新刀具展出，这里仅举几例。

（1）一种用于加工极复杂、极难加工零件的铣头

图8为VIPAtec X30型单臂式铣头。现在，德国奔驰汽车公司的刀具专家把这种VIPAtecX30型大功率铣头安装在另一个实时建立笛卡儿坐标的“VIPAtec X24”叉式头的侧面，用于加工特别复杂、特别难加工的零件。铣头的电主轴在整个转速范围内都有很高的功率密度，单边式导轨使铣头很容易接近。冷却水保证其长期安全地工作，维修周期长。借助于内部的回转接头传递介质，实现A轴的连续回转运动。主轴最大功率31 k W，最大转速18000 r/min，最大扭矩38 N·m。

（2）一套高级刀具组合平台

肯纳公司与Widia Victory一起，以Widia商标介绍了一套用于切削加工的高级刀具平台。实际上Widia Victory的扩展部分包含了Widia面铣刀和M 1200系列面铣刀刀片以及用于车削钢和灰铸铁的TN系列刀具材料。这个刀具平台最终还包括了组合式高级孔加工刀具“Top Drill M1”（图9）。这种“Top Dill M1”换头镗刀系统把换头镗刀的经济性优点与加工效率和整体硬质合金刀具的加工质量集于一体。按标准，直径从8 mm至20.99 mm，长径比L/D为3和5的镗刀可选用扁平刀柄或圆柱形刀柄。系统有稳固的刀体夹紧以保证加工能力不变。由于夹紧机构在前面，更换刀具简单。提供的刀片材料为K20FTiAl N，对于加工铸铁件和钢件来说，这是一种性价比最好的镗刀。这种可换刀具的进给量、切削速度和效率达到了只有超高速（VHN）镗刀才能达到的数值。该刀具制造商声称，切削效率可提高50%，刀具寿命更长，孔加工质量更高，不重磨刀片耐用度也很好。

（3）整套新系列带柄铣刀

Mapal公司展出了新开发的“Opti Mill”VHM 超高速带柄铣刀系列。这个系列包含了通用的和与加工钢件、铸铁、铝和乙烯乙酸酯等类材料有关的带柄铣刀型号以及硬切削铣刀等。这个系列铣刀的精彩之处是Opti Mill高性能切削铣刀，刀齿设计成不同斜度和不均匀齿距，经过动平衡的刀具在大切削用量情况下，切削容积大，运转平稳，加工过程安全可靠，而机床负荷减小。粗加工和精加工集于一体的铣刀是为了在一个加工过程中进行粗加工和最终加工而设计的，以缩短加工时间。而Opti Mill径向铣刀是专门用于仿形加工的。所以，Opti Mill型号的铣刀都具有经济性、高效率和令人信服的高加工质量。根据型号不同，带柄立铣刀的直径从1 mm到32 mm不等。

10 应用了无线联网技术的精镗刀系统，亮相展会

装备了时新的无线联网技术是精镗刀系统的一大亮点。Komet集团把这种在数字通讯领域流行不久的、时髦的无线联网技术装备在“Komet Micro Kom BluFlex”精调系统上（图10），即在刀具系统上装备了“蓝牙”（Blue tooth）部件，使显示器与刀头分离，从而可方便舒适地从各个方向读取数据。根据已有的局部数据，操作者就能把它装入外部的显示器，用以调节精密调整头。通过在显示器上大量闪烁的数字很容易读取数值。同样，系统也有一个带集成了“蓝牙”接口的专用钥匙。由于整体经过不平衡量校正和移出了显示器，Micro KomBlu Flex的另一个亮点是更高的性能和转速。

在镗刀的精调系统上应用“蓝牙”接口技术是一个成功的大胆尝试，意义重大。

11 刀具测量和预调仪方面的新进展

不久前，Zoller公司的“smile”刀具测量和调整仪器也有了CNC控制和自动调焦，这样，对刀具进行测量和调整就更简单、快捷和更安全。在EMO 2009 MILANO展会上，Zoller公司向用户展示了这个仪器系列的新的代表产品“smile EDM”（图11）。这个仪器不仅可以检测和调整刀具，而且可检测和调整电加工机床上应用的电极，在迄今为止需要多台检测仪器的地方，只要一台smile EDM就可完成所有检测任务。一个电极的所有重要参数在1 min内就可测完了。

同样，EZset公司也在EMO 2009 MILANO展会上首次推出了EZgo刀具预调仪（图12）。这是一台小型台式仪器，操作简便，具有很强的图形处理功能，性价比好。EZset公司声称，用户可从刀具预调中获益多达15%的成本节省。之所以能节约，最主要的原因是提高了生产率并节省了刀具、材料和机床的成本。因此，应用EZgo刀具预调仪在几个月内就能收回成本，所以在世界市场上有很强的竞争力。

12 适用于断续运行或空载运行的“MPN”紧凑型泵机组

Hawe展出了其”MPN”紧凑型机组，该机组适用于固定地点的断续运行或空载运行。径向柱塞泵和齿轮泵可以简单安装成两级驱动，径向柱塞泵的运行压力最大可达70 MPa，而齿轮泵的最大运行压力为18 MPa。采取消音和隔振措施后，即使在高压区运行也可大大降低噪声。

13 适于机床应用的少量润滑系统（MMS）

Bielomatik公司展出了1通道和2通道的少量润滑系统（MMS）。1通道MMS安装和改装都很简单，湿式加工或少量润滑加工时，可从内部供给冷却润滑液。双通道系统适合于高生产率和高主轴转速或者要换很多刀具的生产情况。Bielomatik公司还在1通道MMS的基础上开发了一个测试机组，用来检验切削过程中MMS的适用性。可移动的测试机组由一个手动终端，测试时，与机床的控制系统相接而不占用控制系统的时间，这非常有助于MMS的推广应用。

14 空气吸滤技术

LTA空气技术公司提供了一种新的AC 8000空气过滤器方案。这种大型过滤设备承担着加工中心或生产车间乃至整个工厂的油雾和乳化液雾的吸滤工作，可分组吸滤或集中为中央吸滤均可。滤芯完全可以水洗，过滤器框是通用型的，既可用于油气过滤，也可用于乳化液雾过滤，过滤率达99%，过滤器对油气和乳化液雾的有效流通量一样，都是8000 m3/h。

以上，仅是EMO 2009 MILANO展会上欧洲中小企业的新技术成果一瞥，许多大企业尚未涉及。但技术创新成果涉及机床、机床附件和测量仪，方方面面，范围相当广。这足以说明，世界机床技术的发展步伐仍在加快前行。机床的高效、精密、环保、安全等性能都普遍有提高，无线联网技术也已出现在展品上。而我国机床行业企业的新产品开发和技术创新步伐仍跟不上市场变化的需求，所以，技术创新还应加强，新产品开发步伐还要加快，否则，在参与国际竞争中就会处于被动。

总之，既要看到中国机床行业的发展成果，坚定信心，还要看到我们整个竞争环境的变化，许多世界机床大鳄都对中国机床市场“虎视眈眈”，今后市场竞争将更加激烈，我们须早做准备。