CIMT 2013特種加工機(jī)床評述專家組

第十三屆中國國際機(jī)床展覽會（CIMT 2013）于2013年4月22日至27日在北京舉辦，本屆展會的展出面積達(dá)12.6萬平方米，創(chuàng)歷屆規(guī)模之最；參展商為1500余家，來自28個國家和地區(qū)，其中境內(nèi)參展商800多家，境外參展商700多家；6天的展期共迎來了28.4萬人次的觀眾。

特種加工機(jī)床國內(nèi)外參展商共55家，其中國內(nèi)35家，國外20家，共展出機(jī)床112臺。其中國內(nèi)參展機(jī)床75臺，包括：數(shù)控電火花成形機(jī)床12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24臺、電火花微小孔加工機(jī)床4臺、激光切割機(jī)床19臺、水切割機(jī)床4臺及電加工專用機(jī)床5臺；國外參展機(jī)床37臺，包括：數(shù)控電火花成形機(jī)床5臺、電火花小孔加工機(jī)床1臺、單向走絲電火花線切割機(jī)床12臺、激光加工機(jī)床11臺、快速成形機(jī)床4臺、等離子切割機(jī)1臺、水切割機(jī)床3臺。可以看出，特種加工機(jī)床參展的主題仍是各類電加工機(jī)床和激光加工機(jī)床。

1 數(shù)控電火花成形機(jī)床

1.1 面向航空航天市場是國內(nèi)外參展數(shù)控電火花成形機(jī)床的新亮點(diǎn)

從本屆展會上看，航空航天發(fā)動機(jī)加工制造需求受到業(yè)內(nèi)人士的重點(diǎn)關(guān)注。航空航天發(fā)動機(jī)的制造特點(diǎn)主要有二個方面：一是難加工材料，如鈦合金、鈦鋁合金、高溫合金、碳化硅基復(fù)合材料等；二是難加工結(jié)構(gòu)件，如復(fù)雜曲面結(jié)構(gòu)（葉輪、葉片等）、弱剛性結(jié)構(gòu)（如葉片、細(xì)長軸等）、低剛性工藝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)件（如小孔、深孔、窄槽等）、復(fù)雜整體結(jié)構(gòu)件（如機(jī)匣、整體葉盤等）。因此，在航空航天領(lǐng)域目前要重點(diǎn)解決的加工技術(shù)難點(diǎn)較多，成為電火花加工（包括電火花成形加工）需進(jìn)一步開發(fā)的重要市場。

本屆展會上展出的加工渦輪葉片的國內(nèi)外數(shù)控電火花成形機(jī)床不少，還有在空心透平葉片上打冷卻孔的專用機(jī)床，同時也展出了加工的渦輪葉片樣品。據(jù)介紹，過去此類零件禁止采用電火花加工，因?yàn)橛凶冑|(zhì)層及微觀裂紋。但隨著技術(shù)進(jìn)步，通過嚴(yán)格控制集中放電，加工后采用平動精修，使變質(zhì)層變得很薄，再經(jīng)后續(xù)拋光后完全可以滿足要求。

瑞士阿奇夏米爾公司推出了葉輪加工整體解決方案，展出了FO350SP電火花成形機(jī)床（圖1），并現(xiàn)場演示了葉輪加工過程。日本牧野公司展出了用于渦輪葉片加工的EDBV3高精度五軸數(shù)控電火花機(jī)床（圖2），該機(jī)床具有“貫通感知功能”，在貫通1 mm內(nèi)自動停止，具有管狀電極回轉(zhuǎn)跳動抑制裝置，減少了管狀電極旋轉(zhuǎn)帶來的跳動誤差，使電極較長時加工變得穩(wěn)定、電極變短后自動避讓。例如，用EDBV3機(jī)床加工噴氣式發(fā)動機(jī)渦輪葉片 （圖3）上的擴(kuò)散口，擴(kuò)散口的形狀如圖4所示，材料為Inconel718鎳基合金，其加工方法：采用直徑0.45 mm的黃銅管狀電極，水壓7 MPa，在葉片光滑的葉緣上斜角進(jìn)入，先用數(shù)控電火花銑削工藝加工出1 mm深的擴(kuò)散口（俗稱簸箕口），用時24 s，隨后僅用6 s貫穿4 mm壁厚，而且“貫通感知功能”確保不會觸碰中空葉片的對壁，達(dá)到零件加工質(zhì)量的可靠性和高效率。西班牙歐納公司也展出了用于航空領(lǐng)域中前緣、后緣、密封槽關(guān)鍵件加工的機(jī)床。

圖1 FO350SP電火花成形機(jī)床

圖2 EDBV3電火花成形機(jī)床

圖3 噴氣式發(fā)動機(jī)渦輪葉片

圖4 簸箕口的形狀

國內(nèi)參展的高檔數(shù)控電火花成形機(jī)床，同樣體現(xiàn)了為航空航天工業(yè)服務(wù)的特點(diǎn)。

北京迪蒙卡特機(jī)電設(shè)備有限公司展出了CTM450-ABC六軸數(shù)控電火花成形機(jī)床（圖5）。該機(jī)床是為了滿足各種復(fù)雜空間曲面的零件加工而研制的，具有多軸聯(lián)動及在線檢測功能，可實(shí)現(xiàn)空間任意角度的點(diǎn)位、溝槽及復(fù)雜曲線組成的空間位置加工，適用于航空航天工業(yè)中有關(guān)零部件加工以及稀土、陶瓷材料等機(jī)械難以加工的零件加工。

圖5 CTM450-ABC六軸數(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6），X、Y、Z、C四軸8個方向都可以伺服加工，配備四工位電極自動交換裝置，設(shè)有安全防護(hù)裝置。具有坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)功能，配合C軸旋轉(zhuǎn)功能可以實(shí)現(xiàn)任意方向圓形和方形平動，實(shí)現(xiàn)空間擴(kuò)孔加工，同時有球形和三維平動功能。脈沖電源工藝參數(shù)完備，可提供銅、石墨加工鋼及高溫合金，銅加工硬質(zhì)合金及鋁，石墨加工鈦合金等工藝參數(shù)。

圖6 AF1300四軸數(shù)控電火花成形機(jī)床

北京迪蒙數(shù)控技術(shù)有限責(zé)任公司首次展出了帶四工位電極自動交換裝置的AA50四軸聯(lián)動精密數(shù)控電火花成形機(jī)床（圖7），同時帶來了為航天加工的鈦合金材質(zhì)的雙極帶冠整體式渦輪盤樣件（圖8）和直徑40 mm鏡面加工樣件，表面粗糙度Ra≤0.1 μm，并實(shí)現(xiàn)了批量的穩(wěn)定加工。該數(shù)控系統(tǒng)采用自主研發(fā)的DMNC數(shù)控系統(tǒng)，電源搭載智能專家?guī)?，自動生成加工代碼，用戶可以按具體要求自己修改優(yōu)化加工參數(shù)，脈沖電源配置0.1 A微細(xì)加工回路與大面積低損耗回路，全部加工條件可在線直接修改菜單。

圖7 AA50四軸聯(lián)動數(shù)控電火花成形機(jī)床

圖8 雙極帶冠整體式渦輪盤樣件

1.2 電火花成形加工表面質(zhì)量的新概念——Rsm

電火花成形加工的優(yōu)勢是可實(shí)現(xiàn)精密復(fù)雜型腔加工，并能達(dá)到少拋光或不拋光的目標(biāo)，所以高質(zhì)量的表面是前提。但目前對型腔模還有二項(xiàng)重要要求：一是易脫模、少粘接；二是要獲得塑壓件外觀的時尚紋理，使外觀變得時尚美艷。這就涉及到表面粗糙度以外的表面紋理結(jié)構(gòu)新概念的研究?，F(xiàn)在用高速銑或激光加工都可以得到各具特色的樹皮紋、皮革紋、拉絲紋等，但在IC塑封模具上所要求的表面紋理，目前只有電火花成形加工能解決。本屆展會上瑞士阿奇夏米爾公司、日本牧野公司推出了專用的IC模具電火花成形加工工藝，解決了采用綠色環(huán)保塑封材料后造成的大量粘接、嚴(yán)重影響注塑效率和模具壽命的大問題，也使塑壓件外觀變得時尚美觀。

瑞士阿奇夏米爾公司、日本牧野公司對表面質(zhì)量進(jìn)行了進(jìn)一步的研究，認(rèn)為僅靠Ra指標(biāo)不足以體現(xiàn)表面質(zhì)量的全部特征和用戶對塑壓件的外觀要求，于是引入了一個Rsm新概念，Rsm為“粗糙度的波峰與波谷寬度的算術(shù)平均值”（Rsm is the arithmetic mean value of the wiaths of the profile elements of the roughness profile，where a profile element is a peak and valley in the roughness profile）。Rsm的大小決定了表面的反光效果，Rsm越大，說明峰谷密度低，反光效果越好，表面越亮，在光線照射下猶如點(diǎn)點(diǎn)繁星，時尚美觀，而且脫模阻力??；Rsm小，說明峰谷密度高，則反光差，表面發(fā)烏，但容易拋光。也就是說，在Ra相同的條件下，Rsm的大小表明了表面粗糙度的波峰與波谷的起伏密度，Rsm大則密度低，Rsm小則密度高。而Rsm大的型面，不但I(xiàn)C模具上需要，對那些品牌手機(jī)模具也很受歡迎。圖9給出了Ra相同，Rsm不同引起的反光效果不同的情況。

圖9 Ra相同，Rsm不同引起的反光效果不同

為了滿足市場對產(chǎn)品個性化的需求，Rsm值應(yīng)有不同的需求，如有時需要反暗光的梨皮面，有時需要Rsm值較大的、高亮度的喇叭花面。日本牧野公司加工的梨皮面如圖 10a（Ra1.7 μm、Rsm76 μm）所示，加工的高亮度喇叭花面如圖10b（Ra1.6μm、Rsm158μm）所示；瑞士阿奇夏米爾公司加工的兩種紋理表面形貌如圖 11a（Ra2.44 μm、Rsm133 μm）和圖 11b（Ra2.56 μm、Rsm159 μm）所示。

圖10 梨皮面與高亮度喇叭花面表面形貌對比照片

圖11 兩種紋理表面形貌對比照片

現(xiàn)在的問題是如何控制Rsm值，而且達(dá)到一定的控制精度，這確實(shí)給電火花成形加工提出了新的挑戰(zhàn)，也是電火花成形加工工藝新的發(fā)展方向。

大的Rsm值曾在混粉加工中見過，在1000倍的顯微鏡下放電坑呈現(xiàn)似一朵朵喇叭花的樣子，十分好看。但混粉加工一直沒有得到普通應(yīng)用，主要原因是混粉工作液不好處理，涉及到重要的環(huán)保問題，混粉加工也不適宜于精密輪廓的模具加工，而且混粉在間隙中的濃度也不好控制。但混粉加工給Rsm值的研究帶來重要的啟示作用，即如何利用放電自身產(chǎn)生的蝕除物，并如何控制間隙中蝕除物的濃度，以達(dá)到?jīng)]有混粉、但可達(dá)到與混粉加工同樣的Rsm值?？梢酝茰y，從加工工藝上說是充分利用了抬刀技術(shù)，在設(shè)定的微抬刀期間，將放電產(chǎn)生的蝕除物在間隙中不斷均勻分布，而微抬刀的周期控制了蝕除物濃度，如濃度達(dá)到可控的范圍，不會形成集中放電，放電點(diǎn)轉(zhuǎn)移也比容易，加工就會穩(wěn)定，也能獲得較大的Rsm值。當(dāng)然抬刀還需要高抬刀和微抬刀的有機(jī)結(jié)合。這種加工工藝還會使工件和電極表面附著一層有益薄膜。當(dāng)然這涉及電源參數(shù)、抬刀參數(shù)、間隙蝕除物濃度控制等系統(tǒng)加工技術(shù)，要追求大的Rsm值，并達(dá)到能控制Rsm值的目的，還需要下一番功夫，要作更多的試驗(yàn)研究工作。

1.3 石墨電極的零損耗技術(shù)

目前石墨電極在電火花成形加工中的應(yīng)用越來越多，其主要原因是：

（1）石墨電極的制造過程具有以下優(yōu)勢：① 可以高速干式銑削，切削力低，沒有毛刺；② 沒有內(nèi)應(yīng)力；③比制造銅電極的速度快5倍。

（2）在電火花成形加工過程中，其材料去除率比銅電極高40%以上，加工過程穩(wěn)定；成本比銅電極低20%～30%（中等顆粒的石墨材料），熱穩(wěn)定性好，比銅輕（銅密度8.9；石墨密度1.88），這在大電極加工時顯得很重要。

（3）石墨電極還具有突出的電極低損耗特性：①石墨不會熔化，但在3470℃時氣化，而銅在1083℃時熔化；②石墨電極的損耗是由顆粒從粘接劑上分離，是焦油和瀝青材料，同樣條件下，損耗比銅電極小。

根據(jù)石墨電極的低損耗特性，進(jìn)行了進(jìn)一步的試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)石墨電極在3100℉（1700℃）時，表面會產(chǎn)生一層熱解石墨層，該層的密度是標(biāo)準(zhǔn)石墨密度的2.2倍，這一層被發(fā)現(xiàn)后，曾稱為“增壓石墨層”，這對石墨電極的“零損耗”起到關(guān)鍵的作用。

當(dāng)含碳元素的鋼工件在加工時產(chǎn)生的蝕除物和工作液在高溫下產(chǎn)生的分解物（含碳）在“極性效應(yīng)”的作用下移向電極表面，在石墨電極表面形成“增壓石墨層”，因此，放電產(chǎn)生的電極損耗發(fā)生在“增壓石墨層”，而不是電極本身，從而使石墨電極本身變?yōu)椤傲銚p耗”。這一加工技術(shù)的關(guān)鍵是如何有效控制“增壓石墨層”的厚度，使其與電極損耗之間形成平衡，從而達(dá)到“零損耗”的目的，這也是一項(xiàng)綜合性的試驗(yàn)研究工作。

瑞士阿奇夏米爾公司為采用石墨電極研制的新的iQ零損耗模塊加工的結(jié)果，與當(dāng)前加工技術(shù)的石墨電極損耗比較如圖12所示。

1.4 節(jié)能技術(shù)的進(jìn)步

電火花成形機(jī)床的無限流電阻脈沖電源，國內(nèi)一直沒有很好地開發(fā)生產(chǎn)。本屆展會上，北京機(jī)床所精密機(jī)電有限公司展出了AUTOFORM 402三軸聯(lián)動數(shù)控電火花成形機(jī)床，采用了無限流電阻技術(shù)，減少了電柜的能耗和發(fā)熱量。但國內(nèi)無限流電阻脈沖電源的機(jī)床能穩(wěn)定生產(chǎn)使用，還需下一番功夫，這也是我國電火花成形機(jī)床發(fā)展的重點(diǎn)之一。

圖12 電極損耗加工結(jié)果對比照片

本屆展會上，國外知名品牌的數(shù)控電火花成形機(jī)床都采用了無電阻脈沖電源，使電柜的體積大為減小，電能利用率從過去的30%提高到70%～80%，發(fā)熱量減小，大多采用間接風(fēng)冷，電柜為全封閉，這種結(jié)構(gòu)對機(jī)床在高溫、潮濕地區(qū)和粉塵車間能起到有效防護(hù)作用，使機(jī)床在不同的環(huán)境下都能長期安全運(yùn)行。而且這種封閉結(jié)構(gòu)對不久要貫徹執(zhí)行的《電火花加工機(jī)床 安全防護(hù)技術(shù)要求》國際標(biāo)準(zhǔn)也有重要意義。

2 電火花線切割機(jī)床

2.1 單向走絲電火花線切割機(jī)床

單向走絲電火花線切割機(jī)床參展數(shù)量由上屆展會的16臺增加到19臺，其中國外品牌有12臺，國內(nèi)品牌7臺。從本屆展會的單向走絲電火花線切割機(jī)床數(shù)量多于電火花成形機(jī)來看，說明電加工機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)更加重視單向走絲線切割機(jī)床的研發(fā)與推廣，也說明單向走絲線切割機(jī)床的市場需求量在進(jìn)一步擴(kuò)大。特別是國內(nèi)品牌由上屆展會的3臺增加到本屆展會的7臺，也說明國內(nèi)單向走絲線切割技術(shù)在這兩年內(nèi)取得了長足進(jìn)步。參加展會的數(shù)控單向走絲線切割機(jī)床技術(shù)水平有以下特點(diǎn)：

（1）日本和歐洲的著名電加工機(jī)床生產(chǎn)廠商（如日本沙迪克公司、日本牧野公司、日本三菱電機(jī)公司、瑞士阿奇夏米爾公司）都已經(jīng)完成高、中價位和技術(shù)水平不同檔次的數(shù)控單向走絲線切割機(jī)床產(chǎn)品布局，使其產(chǎn)品能滿足不同層次客戶的需求。目前，在中國銷售數(shù)量較大的公司有日本沙迪克公司、瑞士阿奇夏米爾公司、日本三菱電機(jī)公司及我國臺灣地區(qū)的電加工機(jī)床生產(chǎn)廠商。

（2）各生產(chǎn)廠商不再片面強(qiáng)調(diào)最高效率、最佳表面粗糙度等實(shí)驗(yàn)室水平的宣傳，而是強(qiáng)化如何更好地滿足用戶“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實(shí)用性能指標(biāo)方面的推介。如日本牧野公司U32J機(jī)床通過高能量應(yīng)用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)上下噴水嘴與工件表面分離狀態(tài)，實(shí)用的加工效率達(dá)到120 mm2/min；日本沙迪克公司參展的SL系列機(jī)床（圖13），切割150 mm高度零件，一次切割能夠做到上中下尺寸精度±2 μm，表面粗糙度 Rz1.6 μm。

圖13 SL400G電火花線切割機(jī)床

（3）國外參展的數(shù)控單向走絲線切割機(jī)床性能與上屆展會相比，差別不大。展出機(jī)床的最佳表面粗糙度從Ra0.6 μm到Ra0.05 μm，最大切割效率從200 mm2/min到500 mm2/min，產(chǎn)品銷售價格從30多萬元/臺到300多萬元/臺，各層次技術(shù)性能指標(biāo)的單向走絲線切割機(jī)床都有展出。

（4）瑞士阿奇夏米爾公司仍然引領(lǐng)單向走絲線切割機(jī)床的先進(jìn)技術(shù)水平，其CUT2000高精度單向走絲線切割機(jī)床第三代雙絲自動切換系統(tǒng)，使用的電極絲直徑0.03～0.30 mm，獨(dú)特設(shè)計的開放式導(dǎo)嘴，一套導(dǎo)嘴就能安裝任何直徑的電極絲，極大方便了用戶使用，并能夠保證直徑0.03 mm的電極絲成功穿絲。IPG智能放電電源，可實(shí)現(xiàn)最佳加工表面粗糙度Ra＜0.05 μm的高表面質(zhì)量，滿足微細(xì)加工和高表面質(zhì)量零件的加工要求。同樣，日本沙迪克公司的AP250L和日本牧野公司的UPV-3油工作液高精度單向走絲線切割機(jī)床，其坐標(biāo)定位精度達(dá)到±1 μm，最佳表面粗糙度 Rz0.2 μm，適合高精度細(xì)小模具加工使用。

（5）為了控制生產(chǎn)成本，節(jié)約能源已成為很多用戶考慮的問題。為此，國外生產(chǎn)廠商在機(jī)床的節(jié)能和生態(tài)保護(hù)方面做了很多工作。如瑞士阿奇夏米爾公司CUT200機(jī)床的Econnwatt電力使用管理模塊，當(dāng)機(jī)床加工完成或中斷時，機(jī)床電源損耗會降低到最??；日本三菱電機(jī)公司的WARK UP模式是合理安排工作時間段的新節(jié)能控制模式，大幅削減了電力消耗；西班牙ONA公司AF系列單向走絲線切割機(jī)床使用100%免維護(hù)生態(tài)環(huán)保過濾器，精細(xì)礦物作過濾，不用更換。

（6）隨著云端控制技術(shù)的不斷發(fā)展，國外企業(yè)已將部分成熟的云端控制技術(shù)引入到單向走絲線切割機(jī)床上，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)床遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程加工信息傳送功能等；3D圖形的直接導(dǎo)入與處理，使得變高度零件加工更順暢，減少加工中的斷絲，減輕變截面加工條紋的產(chǎn)生。

（7）單向走絲線切割機(jī)床的應(yīng)用也在向一些細(xì)分市場和大型模具加工方向轉(zhuǎn)移，如日本發(fā)那克公司的展機(jī)α-C400iA，安裝了英國Renishaw測頭和德國高精度分度軸，實(shí)現(xiàn)棍狀刀具的自動找正、自動加工，特別是硬質(zhì)合金及人造金剛石刀具的切割，替代傳統(tǒng)機(jī)械磨削的方式，降低了加工成本，提高了刀具精度。北京安德建奇數(shù)字設(shè)備有限公司展出了一臺AW1100大型單向走絲線切割機(jī)床 （圖14），X、Y、Z 軸行程為 1100 mm×700 mm×350 mm，最佳加工表面粗糙度Ra＜0.4 μm，最大切割效率250 mm2/min，滿足了大型汽車模具的高精度加工。

圖14 AW1100大型單向走絲線切割機(jī)床

（8）國內(nèi)單向走絲線切割機(jī)床的主要研發(fā)和生產(chǎn)廠家有蘇州電加工機(jī)床研究所有限公司、蘇州三光科技股份有限公司、北京安德建奇數(shù)字設(shè)備有限公司。通過國家科技重大專項(xiàng)和“863計劃”的實(shí)施，國內(nèi)在單向走絲線切割加工技術(shù)上也取得了很大進(jìn)步。三家公司的單向走絲電火花線切割機(jī)床都完成了項(xiàng)目技術(shù)指標(biāo)的要求，加工精度達(dá)±2 μm、最佳加工表面粗糙度為Ra＜0.2 μm，最高加工效率達(dá)到350 mm2/min。部分企業(yè)已經(jīng)掌握了自動穿絲系統(tǒng)技術(shù)，并逐步形成具有自身技術(shù)特點(diǎn)的自動穿絲系統(tǒng)，提升了國內(nèi)品牌數(shù)控單向走絲線切割機(jī)床的自動化技術(shù)水平。國內(nèi)單向走絲線切割機(jī)床綜合技術(shù)水平已達(dá)到國外著名電加工廠家中檔技術(shù)水平，但與國外先進(jìn)技術(shù)水平相比還有較大的差距。

蘇州電加工機(jī)床研究所有限公司展出的浸液式單向走絲電火花線切割機(jī)床（圖15），采用直線伺服電機(jī)作為X-Y軸驅(qū)動，可避免傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)式電機(jī)-絲杠-螺母傳動鏈所帶來的遲滯，響應(yīng)速度和定位精度大大提高，可配置高精度數(shù)控轉(zhuǎn)盤 （直驅(qū)電機(jī)），實(shí)現(xiàn)了A軸與直線軸的聯(lián)動控制，可實(shí)現(xiàn)諸如端面凸輪等特殊零件的加工。此外，對微細(xì)絲線切割技術(shù)的研究也有新的突破，已可實(shí)現(xiàn)最細(xì)電極絲直徑0.05 mm的微細(xì)加工。

蘇州三光科技股份有限公司展出的LA系列數(shù)控高精度單向走絲線切割機(jī)床（圖16），外觀全部改進(jìn)，給人耳目一新的感覺。加工零件精度達(dá)±2 μm，最佳加工表面粗糙度Ra＜0.2 μm，最高加工效率達(dá)350 mm2/min的先進(jìn)水平。

圖15 浸液式單向走絲電火花線切割機(jī)床

圖16 LA系列數(shù)控高精度單向走絲線切割機(jī)床

北京安德建奇數(shù)字設(shè)備有限公司參展的AW310T帶自動穿絲系統(tǒng)的高精度單向走絲線切割機(jī)床，配有坐標(biāo)運(yùn)動軸全閉環(huán)控制系統(tǒng)，除了達(dá)到加工零件精度±2 μm、最佳加工表面粗糙度Ra＜0.2 μm的性能指標(biāo)外，還可以選配第六數(shù)控軸，并可實(shí)現(xiàn)第六數(shù)控A軸和X、Y、U、V軸的從動功能，滿足零件復(fù)雜軌跡加工需要，機(jī)床配置高速無電解電源，實(shí)現(xiàn)從粗加工到精加工的無電解加工。

2.2 往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)床

國內(nèi)往復(fù)走絲線切割機(jī)床總體格局沒有大的改變，線切割機(jī)床主要生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品依舊十分搶眼，機(jī)床的外觀、色彩都很協(xié)調(diào)，一些中小企業(yè)的機(jī)床外觀布局略顯凌亂，缺乏簡潔美感。機(jī)床外觀風(fēng)格多樣化，多家公司的機(jī)床外觀變成了圓角過渡，如江蘇冬慶數(shù)控機(jī)床有限公司、上海特略精密數(shù)控機(jī)床有限公司等；也有些廠家維持了原來的棱角過渡，體現(xiàn)穩(wěn)重厚實(shí)的感覺，如北京阿奇夏米爾工業(yè)電子有限公司、蘇州三光科技股份有限公司等。

江蘇三星機(jī)械制造有限公司的往復(fù)走絲線切割機(jī)床很有特點(diǎn)，機(jī)床整體結(jié)構(gòu)為一體機(jī)。機(jī)床最突出的一個特點(diǎn)是在同一絲筒上分3個工作區(qū)域：粗加工區(qū)、半精加工區(qū)、精加工區(qū)。進(jìn)行多次切割加工時，分別使用不同區(qū)域的電極絲進(jìn)行切割，即用同一根絲的不同部位進(jìn)行不同精度要求加工，減少粗加工絲的損耗對精加工的影響。絲筒獨(dú)特的排絲機(jī)構(gòu)專利技術(shù)又有新的改進(jìn)，一改傳統(tǒng)的絲筒排絲方式，采取貯絲筒不移動，由排絲架移動排絲的方式。從樣本所列的加工指標(biāo)上看，加工精度、表面粗糙度、加工效率和其他主流產(chǎn)品的加工指標(biāo)沒有太大的差異。從實(shí)用角度分析，此項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)在使用上有多少優(yōu)越性還有待驗(yàn)證。圖17為江蘇三星公司參展的DK7750CB電火花線切割機(jī)床。

圖17 DK7750CB電火花線切割機(jī)床

圖18 DK-7732-ZG中速走絲電火花線切割機(jī)床

江蘇冬慶數(shù)控機(jī)床有限公司展出的DK-7732-ZG.全伺服數(shù)控中速走絲電火花線切割機(jī)床 （圖18），從外觀看非常出眾，機(jī)床外形圓角過渡，色彩搭配協(xié)調(diào)；在機(jī)床整體結(jié)構(gòu)方面，電柜與主機(jī)分開，機(jī)床布局簡潔明快，表面沒有過多的控制開關(guān)，控制集成度高；Z軸電動升降；自動集中潤滑，推拉式絲筒蓋防護(hù)罩；雙向自動恒張力裝置，無噪音抽屜式滑軌防護(hù)罩；液槽整體防護(hù)罩殼。加工技術(shù)指標(biāo)為：表面粗糙度 Ra1.2～1.4 μm（切一修二），最大切割效率≥140 mm2/min。機(jī)床做工較細(xì)致，主機(jī)上的門扶手、工作液槽泄放加工液的銅接頭、機(jī)床表面的警示標(biāo)志等，都能顯示出做工細(xì)致和講究。

杭州華方數(shù)控機(jī)床有限公司的HF320D提出8 A連續(xù)切割，表明大電流切割不斷絲的優(yōu)勢。其他公司雖然沒有特別突出的性能指標(biāo)，但機(jī)床品牌和外觀依然給人穩(wěn)定踏實(shí)的感覺。如蘇州三光科技股份有限公司、北京阿奇夏米爾工業(yè)電子有限公司、北京安德建奇數(shù)字設(shè)備有限公司及蘇州寶瑪數(shù)控設(shè)備有限公司等。

從線切割機(jī)床整體加工性能上講，除個別廠家的加工性能比較突出，大多數(shù)廠家加工精度在10 μm左右，最大加工效率為140～200 mm2/min，最佳加工表面粗糙度在Ra0.8～1.2 μm。這種加工性能指標(biāo)說明技術(shù)上已經(jīng)發(fā)展到一個相對穩(wěn)定的階段，受外在因素限制，短期很難有較大突破。機(jī)床從加工性能為主的競爭轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)床性能可靠、操作簡單、維修方便的競爭，即機(jī)床綜合實(shí)力的競爭。

影響中走絲線切割機(jī)床精度的主要環(huán)節(jié)在運(yùn)絲系統(tǒng)。在本屆展會上可以看到，現(xiàn)在大多數(shù)機(jī)床的主導(dǎo)輪均采用寶石材料的雙支撐結(jié)構(gòu)，只有北京阿奇夏米爾公司與北京安德建奇公司等少數(shù)公司采用寶石材料單支撐導(dǎo)輪。寶石材料比較耐磨，可以起到較好的絕緣作用，雙支撐導(dǎo)輪結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，這些可能是市場發(fā)展的一個趨勢?，F(xiàn)在機(jī)床用于穩(wěn)絲的結(jié)構(gòu)主要有圓孔導(dǎo)絲嘴結(jié)構(gòu)、開槽式導(dǎo)絲嘴結(jié)構(gòu)、絲自動張緊結(jié)構(gòu)，其中開槽式導(dǎo)絲嘴結(jié)構(gòu)在穿絲的方便性和絲的穩(wěn)定性方面綜合來看是比較好的。

3 專用數(shù)控電加工機(jī)床

隨著聚晶金剛石（PCD）、立方氮化硼（PCBN）刀具市場從簡單的車刀、直刃銑刀、鉸刀向高精度、復(fù)雜刃口方向的快速發(fā)展，以及這種超硬材料機(jī)械磨削的難點(diǎn)，電火花加工必將是超硬刀具的常用加工手段之一，電火花加工技術(shù)必將獲得更廣泛的應(yīng)用。本屆展會有多家制造商展出了適用于PCD多齒片形刀具、螺旋線多齒柱形刀具、復(fù)雜形狀刃口刀具、木工刀具以及精密復(fù)雜超硬刀具的電火花刀具磨削機(jī)床。

北京凝華科技有限公司展出了MD25H電火花刀具磨削機(jī)床（圖19），北京迪蒙特佳工模具技術(shù)有限公司展出了BDM-903精密數(shù)控電火花超硬刀具磨床（圖 20）。

圖19 MD25H電火花刀具磨削機(jī)床

圖20 BDM-903數(shù)控電火花超硬刀具磨床

MD25H型刀具磨削機(jī)床使用簡單可靠的單片機(jī)系統(tǒng)，采用多模塊協(xié)作的先進(jìn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)低成本、高性能設(shè)計，為客戶提供高性價比的刀具電火花磨削；該機(jī)床可依據(jù)用戶不同的加工要求，提供各種智能加工模式，廣泛用于傳統(tǒng)方法難以加工的超硬、脆性等特殊材料和復(fù)雜形狀的刀具的加工。

BDM-903型超硬刀具磨床配備7個傳動軸，可實(shí)現(xiàn)三軸數(shù)控三軸聯(lián)動功能，滿足多刃超硬刀具電火花加工的各項(xiàng)要求；變頻調(diào)速主軸，配以X、Y數(shù)控軸及車刀架，可完成直徑50～200 mm盤狀紫銅（或石墨）電極的在線車削；專用CNC數(shù)控系統(tǒng)，內(nèi)含放電參數(shù)專家數(shù)據(jù)庫，并提供程序、手動等多種加工方式，方便用戶使用，保證高效穩(wěn)定的放電加工過程；專用脈沖電源內(nèi)置超精加工回路，可實(shí)現(xiàn)表面粗糙度 Ra≤0.2μm的 PCD、PCBN刀具的刃磨；全封閉式結(jié)構(gòu)，排煙裝置，多級絕緣，多層防護(hù)，保證磨床長久使用。

德國斯來福臨集團(tuán)展出了Helitronic Power Diamond電火花磨削和機(jī)械磨削復(fù)合加工機(jī)床 （圖21），用于加工硬質(zhì)合金、PCD和PCBN等超硬材料的刀具。機(jī)床具有雙端磨軸（圖22），一端可安裝3片電極輪，另一端安裝砂輪，相當(dāng)于具有多個工位的電火花磨削和機(jī)械磨削功能，使幾何形狀更復(fù)雜的刀具加工簡單化；機(jī)床具有在線測量功能，能自動測量刀具在運(yùn)動和補(bǔ)償缺失時最重要的5個參數(shù)：直徑、錐度、槽深、槽角度、螺旋角或螺旋導(dǎo)程。

圖21 電火花和磨削加工二合一機(jī)床

圖22 雙端磨軸

蘇州電加工機(jī)床研究所有限公司展出了一臺DJK 6032電化學(xué)去毛刺機(jī)床，機(jī)床的主機(jī)部分采用了全防腐鋼板焊接結(jié)構(gòu)，工作區(qū)域?yàn)槿讳P鋼制成，主軸部件同樣采用防腐結(jié)構(gòu)，用氣動驅(qū)動，工作液系統(tǒng)由優(yōu)質(zhì)不銹鋼制造，工作液泵為丹麥格蘭富不銹鋼泵。機(jī)床具有短路檢測、過電流保護(hù)等功能，能進(jìn)行手動和自動循環(huán)操作，去毛刺加工的最小圓角為R0.1 mm，表面粗糙度Ra0.2～0.4 μm?？蓮V泛用于不同金屬材質(zhì)的泵、閥、缸體、齒輪、連桿等零件交叉孔或棱邊的去毛刺加工。

4 激光加工機(jī)床

在激光設(shè)備展示方面，世界上著名的激光設(shè)備制造商德國通快（Trumpf）、瑞士百超（Bystronic）、美國PRC激光公司以及國內(nèi)大族激光、奔騰楚天等20余家激光企業(yè)參加了展覽。從數(shù)量看，與上屆展會基本持平，但展示內(nèi)容上有所不同。如德國通快公司第一次展出了光網(wǎng)技術(shù)，該技術(shù)早在五、六年前就被提出了，它是將高能激光利用光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)礁鱾€工位；就像使用電力一樣，在工位上插上開關(guān)就能使用。在本屆展會上，德國通快公司展示了該技術(shù)的應(yīng)用，它用一臺4000 WDisk激光器產(chǎn)生激光，通過地下光纜，將激光分別傳輸?shù)?個不同的工位進(jìn)行切割、焊接和表面處理，系統(tǒng)根據(jù)每個工位的需求進(jìn)行自動切換和能量的調(diào)度，為充分利用現(xiàn)有的激光設(shè)備提供了一個新的解決方案。圖23是通快（中國）有限公司展出的TruLaser 1030光纖激光切割機(jī)床。

圖23 TruLaser 1030光纖激光切割機(jī)床

德國耶拿（Jenoptik）首次展示了一款三維激光切割系統(tǒng)，從外觀看，與傳統(tǒng)的光纖激光+機(jī)器手沒有區(qū)別，仔細(xì)看才發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)外圍沒有光纖纏繞在機(jī)器手臂上，他們使用的機(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。

本屆展會上，還出現(xiàn)不少激光生產(chǎn)企業(yè)的新面孔。如瑞士阿奇夏米爾公司，該公司是一家生產(chǎn)高檔電火花加工設(shè)備的著名企業(yè)，在電火花加工領(lǐng)域享有崇高的聲譽(yù)。在本屆展會上，首次展出了公司最新開發(fā)的激光三維雕刻設(shè)備。據(jù)介紹，2009年公司開始進(jìn)行激光設(shè)備的研發(fā)，本次展示的是公司新開發(fā)的適用于五軸應(yīng)用的可編程擺動激光頭，利用該技術(shù)能制造出具有紋理圖案、雕刻、微細(xì)結(jié)構(gòu)、標(biāo)志和標(biāo)記的從2D到3D的復(fù)雜幾何形狀。另一家切割行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者——德國梅塞爾公司，也展出了激光切割設(shè)備，雖然配備的是IPG公司的光纖激光器，但他們的激光切割機(jī)基于Microsoft.net技術(shù)，真正做到了“一鍵式”操作，從焦點(diǎn)到切割參數(shù)，都能在“一鍵”下完成。這些產(chǎn)品雖然價格昂貴，但由于能滿足用戶的需求，因此在國內(nèi)外很受歡迎。圖24是梅塞爾切割焊接 （中國）有限公司展出的FiberBlade 3015光纖激光切割機(jī)床。

圖24 FiberBlade 3015光纖激光切割機(jī)床

反觀國內(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，或采用德國Rofin公司的大功率CO2激光器，配備交換工作臺。三維激光加工設(shè)備還是光纖激光器+機(jī)器手?？傮w來說，產(chǎn)品的附加值不高，仍停留在價格戰(zhàn)階段。從側(cè)面反映出企業(yè)只有不斷創(chuàng)新，掌握自己的核心技術(shù)，才能在市場中不斷發(fā)展壯大。

總之，本屆展覽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)床仍然以老面孔為主，如德國通快公司、瑞士百超公司、美國PRC公司等。但老牌公司也都新推出了基于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。

（2）國內(nèi)新出現(xiàn)的激光加工制造企業(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。面對龐大的用戶群，今年IPG光纖激光公司首次參加了本屆展會，展示了新型的千瓦級光纖激光器，以更好地為客戶提供全面解決方案。

（3）盡管本屆展會上半導(dǎo)體激光的應(yīng)用設(shè)備還不多見，但通過今年3月在上海舉辦的光博會，專家預(yù)測半導(dǎo)體激光加工將是未來的發(fā)展方向。半導(dǎo)體激光又稱LD（laser diode），是以半導(dǎo)體材料為工作物質(zhì)的一類激光器件，它誕生于1962年，除了具有激光器的共同特點(diǎn)外，還具有以下優(yōu)點(diǎn)：① 體積小，重量輕；② 驅(qū)動功率和電流較低；③ 效率高、工作壽命長；④ 可直接電調(diào)制；⑤ 易與各種光電子器件實(shí)現(xiàn)光電子集成；⑥與半導(dǎo)體制造技術(shù)兼容，可大批量生產(chǎn)。正是由于這些特點(diǎn)，半導(dǎo)體激光器自問世以來得到了世界各國的廣泛關(guān)注與研究，成為世界上發(fā)展最快、應(yīng)用最廣泛的一類激光器。然而，目前大功率半導(dǎo)體激光器的光束質(zhì)量還不夠好，主要用于熔覆和激光修復(fù)等領(lǐng)域，相信隨著光束質(zhì)量的不斷改善，將會在焊接、切割領(lǐng)域占領(lǐng)一席之地。

5 快速成形（3 D打印）機(jī)床

目前，快速成形技術(shù)被稱為3D打?。◤V義）技術(shù)，作為“一項(xiàng)將要改變世界的技術(shù)”，已引起全球關(guān)注。英國《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志2012年發(fā)表文章認(rèn)為，3D打印技術(shù)將“與其他數(shù)字化生產(chǎn)模式一起推動實(shí)現(xiàn)第三次工業(yè)革命”，它正在快速改變我們傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式和生活方式，作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，歐美等發(fā)達(dá)國家紛紛制定了相關(guān)的國家戰(zhàn)略。

本屆展覽會上，快速成形機(jī)床的參展商并不多，這是由于制造商和用戶并沒有普遍把3D打印設(shè)備作為機(jī)床來看待。我國自從制定快速成形機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)而走在世界各國前面起，在設(shè)備上處于急起直追的態(tài)勢，也使得國外參展商有所減少。

英國雷尼紹（Renishaw）公司主要從事3D掃描與測量設(shè)備的研發(fā)，近年來開發(fā)了多項(xiàng)快速成形制造技術(shù)，包括激光熔化、真空鑄造及注塑成形技術(shù)。雷尼紹的激光熔化工藝?yán)眉す饩劢鼓芰繉⒔饘俜勰┤刍瞥扇S實(shí)體，主要用于醫(yī)療（整形外科）行業(yè)和航空航天、高科技工程及電子領(lǐng)域。相關(guān)設(shè)備包括AM250和AM125。AM250具有真空室抽空系統(tǒng)，內(nèi)部充有高純度氬氣，用于產(chǎn)生高質(zhì)量空氣環(huán)境。特別是在用鈦等活性材料制造時，氧氣含量必須盡可能低。使用全密閉焊接真空室可以最大程度地降低氣體消耗量，而且堅固耐用。該系統(tǒng)也可以在氮?dú)猸h(huán)境中制造非活性材料。它的外部送粉器帶有閥聯(lián)鎖裝置，可以允許在操作時再向系統(tǒng)中添加材料。它的粉末溢出收集容器位于真空室外側(cè)，具有隔離閥，在系統(tǒng)運(yùn)行時，能過濾沒有使用的材料，通過送粉器將其重新送入系統(tǒng)。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。它能夠生產(chǎn)高達(dá)360 mm的零件。

香港寶力公司多年來一直代理許多外國公司的快速成形機(jī)床。本次參展的有美國Stratasys公司的FDM系列設(shè)備和以色列Objet公司的Polyjet系列設(shè)備等。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）、ABS-ESD7 （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。

國內(nèi)許多研究單位將注意力集中于金屬快速成形機(jī)床的研發(fā)。北京航空航天大學(xué)開發(fā)的類似于激光近凈成形制造 （Laser Engineered Net Shaping，LENS）設(shè)備，完成了多項(xiàng)航空航天關(guān)鍵部件的制造，獲得了國家技術(shù)發(fā)明一等獎。華中科技大學(xué)開發(fā)了金屬粉末材料快速成形機(jī)床，形成了系列產(chǎn)品，可以提供自主研制的系列商品化裝備及其成形材料，工作面（長×寬）為：0.32 m×0.32 m、0.4 m×0.4 m、0.5 m×0.5 m、1.0 m×1.0 m、1.2 m×1.2 m、1.4 m×0.7 m、2.2 m×2.2 m。清華大學(xué)開發(fā)了電子束選區(qū)熔化（EBSM）快速成形機(jī)床：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（長×寬×高）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。

我國現(xiàn)在對快速成形制造（3D打印）非常重視，成立了中國3D打印產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，各地也有3D打印產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟或類似組織，力圖促使國內(nèi)的研發(fā)力量通過整合、重組、協(xié)作等方式，達(dá)到資源配置合理化，發(fā)揮正能量，國家和各地政府部門進(jìn)行統(tǒng)籌安排。我國的3D打印將在4個方面有長足發(fā)展：一是關(guān)鍵金屬零部件制造；二是傳統(tǒng)快速成形制造；三是結(jié)合個人消費(fèi)的桌面型原型制造；四是與生命科學(xué)的結(jié)合。這4個方面各有不同，但若能真正的商業(yè)化，將來很可能看到奇跡。