第十三届中国国际模具技术和设备展览会(DMC2010)
现代模具制造技术及设备
第十三届中国国际模展评定评述专家组
摘要:本文对第十三届中国国际模具技术和设备展览会上展出的模具制造技术及关键设备、测量仪器及刀具等进行评述、分析,介绍了现代模具加工技术及设备的现状、特点和新动向。
关键词:数控电火花加工机床;高速铣及加工中心、精密数控磨床、数控雕刻机;测量仪器;刀具。
DMC2010于2010年5月11-15日在上海新国际博览中心举办。二年一届的DMC是展示国内外模具制造技术及设备的重要舞台,也是对我国模具工业的进步和发展的大检阅,更是国内外同行开展交流和经贸活动的高层平台。本届展会吸引了15个国家和地区的1500多家厂商参展,展出的面积近7万平方米。本届展会中模具加工设备(包括测量仪器)的展出面积约占70%左右,其中尤以国内外数控电火花加工机床占主导地位,可以说国内外知名厂商悉数到会,基本代表了当今国内外先进水平。
1、数控电火花加工机床
本届展会上,国外参展的数控电火花加工机床展品主要有:瑞士阿奇夏米尔公司的FORM1000、FO350MS数控电火花成形机床、CUT1000 oiL Tech(用油工作液)和FI240CCS(水浸式)单向走丝电火花线切割机床;日本沙迪克的AD30LS、AM45LS、C32(新一代)数控电火花成形机床,AQ400LS、AQ600LS、AP250L(水、油工作液)单向走丝电火花线切割机床;日本三菱的EA8AM、EA12AM、EA12DM数控电火花成形机床,NA1200、FA10S、FA20S单向走丝电火花线切割机床;日本牧野的EDGE2-SSGR、EDAF3(混粉工作液)数控电火花成形机床。U32J单向走丝电火花线切割机床等,可以说,所展出的展品,代表
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*第十三届中国国际模展模具评定评述专家组名单:
叶军(组长)单秉俊(副组长)林建平(副组长)陈德忠(副组长)张顺福(副组长)张孝民(副组长)李德群 蔡紫金 张华禹 吴玉道 安文宝 赵炳桢 郑义和 于平良赵震 祝云 郑立人 邵仁兴 罗椿年 汪齐 殷黎明
本文执笔:陈德忠 赵炳桢 郑义和 罗椿年
了当今国际先进(或领先)水平。
国内参展的单向走丝电火花线切割机床如:苏州电加工机床研究所有限公司的DK7632、苏州三光科技股份有限公司的DK7632A、北京阿奇夏米尔有限公司的CA20、北京安德建奇的AW310T等,代表了我国该类机床的水平;参展的数控电火花成形机床如:苏州电加工机床研究所有限公司的DK7140、北京阿奇夏米尔有限公司的SA20、北京安德建奇的AF1100,以及北京凝华科技有限公司展出的机床等。这些展品,同样代表了该类产品的国内水平。往复走丝电火花线切割机床参展数量较多,不少企业推出了多次切割的往复走丝线切割机床,参展的具有代表性的企业有:苏州三光科技股份有限公司、北京阿奇夏米尔有限公司、苏州宝马设备有限公司、苏州新火花有限公司、上海大量有限公司、泰州冬庆机械有限公司、泰州江洲数控有限公司等。
由于2009年中国国际机床展览会同样汇集了国内外知名厂商参展,并对该展会展品进行了评述,评述文章刊登在相关专业的媒体上,因此本文是在此基础上,并结合DMC2010作进一步评述。
1.1 微型模具微细电火花成形加工的新动向
随着高速铣(HSM)的迅速发展,HSM的加工工艺水平越来越高,不但在高精度、低表面粗糙度加工方面有所进展,而且在沟槽加工方面也有新的突破。这种在模具加工技术上的竞争也促进了EDM的新发展,在这次展会上展出微型模具加工的数控电火花成形机床是一个新动向。
随着科学技术的不断进步,微机电系统(MEMS、Micro-Electro-Machanical Systems)越来越受到人们的高度重视,MEMS已相继应用于精密机械、光电通讯、影像传输、生化医疗、信息储存等领域,如微齿轮、插头式光纤连接器、医学用微量泵、导光板、微透镜、内窥镜零件、微流控芯片、细胞培养用微型容器,以及旋转传感器中的衍射光纤等都需要微型模具。国际MEMS市场近年来获得迅速发展,中国的增速必将加快,据有关资料预测,到2011年我国MEMS增速有望达到近30%,说明微型模具市场具有良好的发展前景,如果算上大模具中的微结构部分,则微型模具的微细电火花成形加工技术也成为新的发展方向。
微型模具机械加工十分困难。微型模具一般精度要求为≤1.0μm,表面粗糙度为Ra≤0.1μm,由于机械加工的应力对微型模具的影响较大,机械加工难于达到这一要求,而微细电火花成形加工具有一系列优点:①低应力:由于微细电火花加工是应用微脉冲能量加工,所以比一般电火花加工应力更小,更适合微型模具加工。②能加工高硬材料:这一优点可以使微型模具采用高硬材料,以提高模具寿命。③无毛刺:微型模具的微型腔不允许有毛刺。④能加工复杂微型腔:能加工复杂微型腔是微细电火花加工与其他加工方法相比的重要优势,但复杂微型腔的加工取决于电极形状。微型腔电火花成形加工的关键是微型电极制造。
微细电火花成形加工的微型电极制造有二种方法。日本东京大学增泽隆久教授开发的线电极电火花磨削法(WEDG),是制作微型电极的有效方法,它是建立在电火花反拷贝加工基础上发展起来的一种微型电极制作方法。例如:应用WEDG可以加工Φ70μm的铜、Φ20μm及Φ13μm的钨,甚至可以进行更细小电极的加工。随着HSM的发展,应用HSM加工微型电极是新的另外一种制作方法。HSM为电火花成形加工制造石墨电极已有多年,这次展会上也有多家厂商展出加工石墨电极的HSM,日本牧野已有系列产品,由于HSM也在向微细加工方向发展,HSM的微细加工在这次展会上也有介绍,例如:日本牧野用Φ0.03mm硬质合金端铣刀进行微细加工。日本东芝的HSM(未参展)能加工Φ0.05mm、长15mm的黄铜,所以利用HSM加工微型电极技术日趋成熟。
微型模具的概念为成形制件的尺寸微小,一般体积为1立方毫米左右,除此以外,所有模具中的微结构也属这一范畴,因此,微细精密电火花成形加工具有新的较大的应用领域,所以是数控电火花成形加工的重要发展方面。
这次展会中,瑞士阿奇夏米尔公司展出的FORM1000超精密数控电火花成形机床,该机床配置了集中于工作区的新型JSPG微精加工电源,能加工面积小于1平方毫米的工件,最佳Ra可达0.05μm,最小半径可达5μm,可应用于微型模具加工和小于1立方毫米微型零件加工,如微电子设备的模具、微型阀、医疗用的微器件,通讯用的微零件、微量化学及光学上应用的微细零件等加工。由于大批量微小型化元器件的不断增加,该公司还开发了一款用于微精加工的FO350MS机床。
随着微型模具(模具中的微结构)以及微型零件市场不断发展,微细、精密电火花成形加工技术值得业界关注。
1.2 微细、精密单向走丝电火花线切割机床的新进展
单向走丝机床用油作工作液最早是由日本沙迪克公司开发的,使机床向更精密加工的方向发展。目前沙迪克已形成系列产品进行生产销售,说明用油作工作液已有多年的历史了。但在这次展会上,出现了瑞士阿奇夏米尔公司的CUT 1000 oil Tech机床、牧野UPV-3/upv-5机床(资料)油工作液的机床。
阿奇夏米尔公司的CUT 1000 oil Tech油工作液与水质工作液相比,其加工间隙更小,加工精度更高,并可以加工更小的内角半径,加工表面粗糙度可以达到Ra<0.05μm的水平,加工表面无变质层,表面质量优异,加工工件或模具可以直接使用,还适合微型零件的微精加工。
日本牧野的UPV-3/upv-5机床(展会资料),采用油工作液及SPGⅡ加工电路,加工G5超硬材料,工件厚度20mm,多次切割次数:10次,Rz0.2μm(Ra0.02μm)。
但是日本三菱还是采用水工作液加工,也取得了新进展。展出的NA1200机床可以保证达到±2μm的加工精度(在该公司指定加工条件下)在工件为硬质合金,采用超微细加工电源(Digital-FS)可以实现最佳表面粗糙度Rz0.4μm(Ra0.03μm)。例如:加工G5硬质合金多个凸模,板厚:5mm,Rz可达0.5μm(Ra0.07μm)。NA系列机床与以往的机型相比,还能缩短30%的加工时间(用(Digital V电源),还可最大降低44%的电极丝损耗,以及最多能降低55%的耗电量。
日本沙迪克展出的AP250L同样具有超精加工电路,无论水和油加工,都能获得最佳加工表面,加工表面可以不需要抛光处理,提升了细微、超精密加工能力。
总之,国外单向走丝电火花线切割机床无论在模具或工件上进行微小结构加工,还是单独进行微小零件加工,其加工精度和表面粗糙度等方面又有新进展。
1.3 微孔数控电火花加工的创新点
本次展会上,苏州电加工机床研究所有限公司展出了一台六轴数控精密微孔电火花加工机床,用于加工各种圆孔和异型微孔,在加工圆孔时,最细电极直径为Φ0.03mm,加工孔径精度(板厚1mm时)为±2.0μm,表面粗糙度Ra≤0.4μm,加工喷油嘴喷孔流量散差≤3%。
该产品可实现发动机喷油嘴复杂空间位置分布的精密微孔加工,可解决汽车工业欧Ⅲ排放标准的发动机喷油嘴精密喷孔高效加工,还可以应用于化纤工业中喷丝板加工,以及航空航天、军工等领域的微孔加工,如火箭发动机中钛合金喷注器盘喷注孔加工等。
产品的创新点在于:细长电极滚轮伺服实现纳米级微量再进给、微细电极的高频振动、纳秒级微能量数字高频电源,工作液液温及电导率控制、复杂空间位置分布微孔加工的六轴数控软件及数控系统等。
1.4 多次切割往复走丝电火花线切割机床水平进一步提高
在这次展会上有较多企业展出多次切割往复走丝机床。例如:苏州三光科技股份有限公司、苏州宝马数控设备有限公司、苏州新火花机床有限公司、上海大量电子设备有限公司、泰州冬庆数控机床有限公司、泰州市江州数控机床制造有限公司等,产品水平都取得了较大的进步。
苏州三光科技股份有限公司展出的HA系列机床具有螺距补偿功能,定位精度较高;SKD2控制系统带有工艺数据库及自动编程系统,以及恒张力走丝系统等。例如,切割厚度40mm的Cr12材料,形状为对边15mm的八角,经4次切割,Ra≤1.0μm,精度≤5μm。
苏州宝马数控设备有限公司参展的由Windows XP平台下工作的BMXP控制编程系统的多次切割往复走丝机床配置了新的PC机,提高了可靠性;编程与AUTOCAD兼容,使操作更为简便;具有较大容量的工艺数据,指导用户进行操作;设有虚拟坐标系,实现大模具中局部基准面设定,并以相对坐标进行加工;采用了数字化的采样跟踪系统,提高加工效率,降低电极丝损耗;Windows运行平台解决了原控制系统通信联网的问题。
苏州新火花机床有限公司参展的二台多次切割往复走丝机床,具有自行研制的CNC控制系统、工控机系统拥有七项国家发明专利;数字化脉冲电源,脉冲调节范围为1~256μs,并具有九种脉冲波型;还具有智能化加工工艺数据库、系统故障自诊断功能及钼丝自动校直功能等。机床的最大切割速度:200mm2/min,最佳表面粗糙度Ra≤0.76μm。
上海大量电子设备有限公司展出的TP系列新型多次往复走丝机床获得无条纹切割、多次切割软件、高耐磨导向装置、串口通讯等多项专利。其最大切割速度:150mm2/min,三次切割后的表面粗糙度Ra≤1.2μm。加工精度≤6μm。
必须说明:以上所列举几个企业参展产品的加工精度等数据,并不能确切说明这台机床精度比那台机床精度高、低的问题,因为所加工的工件尺寸和外形不同,但所列出的数据,可以说明与以往的往复走丝机床相比有了很大的进步。
还需要指出:尽管多次切割往复走丝机床的水平有了较大提高,但据用户反映,新产品与老产品(没有多次切割)相比确有较大提高,但使用1~2个月后加工工艺水平就开始下降。这可能成为发展往复走丝多次切割机床的瓶颈,值得进一步研究。
2、高速铣及加工中心、精密数控磨床、数控雕刻机
2.1 高速铣与加工中心
当前用于模具加工主要配套设备的高速铣床和加工中心由于主轴系统、进给系统、CN控制系统以及辅助系统等技术的迅猛发展,机床向三高(高速、高效、高精度)方向发展,目前主轴转速在20000-40000r/min的加工中心已越来越普及,德国的Kugler公司已生产出采用空气轴承的主轴,其最高转速达160000r/min;由于直线电机的应用,使机床的进给速度有了重大突破,其快速进给速度已达到90m/min、加速度可达到2g,甚至已研制出快速进给能达到200m/min,加速度可达到6g,与此相应控制系统的发展使定位精度、重复定位精度也有大幅度提高,对机床加工速度、精度和表面质量的提高给予极大的支持,首先在加工高精度空间曲面时,复杂的刀具轨迹需要庞大的加工程序,控制系统的发展使程序段处理时间的大大缩短,是提高CNC控制系统工作效率的重要指标。目前如海德汉的iTNC530数控系统,对程序段处理时间可达0.5ms;控制系统还具有能以纳米的分辨率进行工作的Nurbs和样条插补功能,以便在高速加工的情况下获得高的加工精度和表面质量。
本届模具展,顺应模具行业的发展,国内外模具设备制造商踊跃参展,展出了数拾台模具加工机床,环绕着模具加工中的三高要求,展现了当前模具加工机床的水平。
高速度:是这次模具展中明显的主题,为了适应高速加工的需要对机床的主轴轴承的配置、主轴的冷却、刀柄的选用、抗震性、各部件的隔热等都采取了相应的技术措施,展出的数控铣床和高速加工中心,普遍采用了电主轴、线性导轨、滚珠丝杠甚至直线电机,使机床的主轴转速都达到了10,000r/min以上,快速进给20m/min以上,意大利FIDIA公司的G996五轴加工中心其快速进给可达45m/min,而德国SPINNER公司的EH系列卧式加工中心其快速进给速度为48m/min;为模具加工的高效率、高精度创造了条件。
精细加工:随着模具精细加工要求的日益提高,模具加工机床的发展实现了以前不可想象的突破,如日本MAKINO公司生产的iQ300精细、精密加工中心其定位精度(ISO标准)0.003mm;重复定位精度(ISO标准)0.002mm, R0.1mm园加工,使用Ф3.0mm立铣刀,加工园度达到0.98μm;采用Ф0.03mm钻头,加工0.15mm厚板,其加工时间69秒/1孔,1把刀具可连续钻孔200个以上;用该机床刮削加工LED导光板其表面粗糙度达到Ra3μm,当然能达到如此高的加工精度是采用了如主轴中心冷却/夹套冷却、线性马达冷却、热防护罩壳及各部件的隔热等一系列技术措施。
多功能复合加工:为了顺应模具加工的特殊要求,多功能的模具加工技术也应运而生,超声波振动加工、激光加工、多轴联动、复合机床在本次展览会上得到了充分展示,意大利FIDIA公司G996RT带A轴、C轴的5轴联动加工中心,配以力矩电机,其加速度可达2000m/s2,还可配有6-8个自动交换工作台;瑞士阿奇夏米尔公司的LASER系列的激光机床提供了从三轴到五轴的解决方案,采用数字化,对模具表面进行激光刻蚀加工实现模具表面的纹理图案加工,同样德国DMG公司的LASERTEC 50 shape通过3D专用软件,可利用srl数据或位图自动生成表面构造,进行大表面激光加工,使模具表面更加丰富多彩;随着模具材料的多样化对模具加工机床提出了新的要求,如石墨电极的加工;陶瓷、玻璃、硬质合金、复合材料和发泡材料的加工,德国DMG公司通过在旋转刀具上叠加专用超声波发生系统,用极小的切削力便可顺利加工坚硬易碎和硬质、难切削材料的加工。
节能环保:节能、环保也是本次展会的亮点,日本森精机制作所的轴承油气润滑、动力遮断功能、照明自动控制极干切削技术,体系了节能环保的理念;另外石墨电极是电加工机床的重要元素,本次展会上日本的MAKINO公司及国内的科挺、海成公司分别展出了该类产品,在满足石墨加工要求的前提下,其中MAKINO公司和广东科挺采用了吹风和吸尘系统实现石墨粉末的循环应用;上海海成采用油幕和反冲过滤方式实现了安全、节能、环保的效果,充分体现了绿色、节能、环保的理念在机床行业已得到充分的重视。
从本届模具展览会可看出:
1. 近年来模具加工机床有了长足的进步,电主轴、直线电机、转矩电机和快速数控系统已得到广泛的应用,多功能加工、激光加工、超声波加工已融入模具加工中,这对我国模具工业的发展起到了关键的支持作用。
2. 这次展出的模具加工机床既体现出模具机床技术的发展,更突出反映出,在模具加工中的实际应用。
3. 国内机床行业展品性能与国外同类产品相比差距较大,也对我国模具行业选用国产机床不利。参展产品(包括台湾产品)的技术参数与国外同类产品相比,其技术水平还有待进一步提高。
2.2 精密数控磨床
由上海新田科技有限公司代理日本WAIDA株式会社和井田制作所的UJG-35数控坐标磨床,采用全新预载结构的U轴,提高C轴、U轴的刚性。采用U轴在孔的两端执行进刀,减少U轴每次进刀量,提高磨孔的园柱度。使园孔磨削加工效率提高了3倍。机床可实现不同孔径的连续自动加工和多个工件的连续自动加工。简单的磨削程序用直观的WAIDA画面输入孔的坐标位置、孔的直径数据,无需编程即可实现,操作简单便于使用。该机床为五轴四联动,最小移动量为:0.0001㎜。工作台尺寸为:700×320㎜,电动磨头最高转速为:90000rpm,气动磨头最高转速为:190000rpm。其定位精度为:1.5μm。实例磨削的孔径、园度、园柱度的精度均小于1μm。
日本WAIDA株式会社和井田制作所的PGX-2500SP数控光学曲线磨床,砂轮主轴上下往复运动的导轨采用静压导轨,砂轮电主轴最高转速为:20000 rpm,上下往复次数为:400次/分。
杭州平野机械有限公司、上海精申连国际贸易有限公司(日本株式会社冈本工作机械制作所)、杭州仲全机械有限公司、上一机械(嘉兴)有限公司、浙江天祥机床有限公司、佛山市力禾机械有限公司、龙扬机械(苏州工业园区)有限公司等也展出了精密平面磨床、精密成形磨床和龙门磨床。
2.3 数控雕刻机
北京精雕科技有限公司在雕刻CAD/CAM技术、RE技术、小刀具精细雕刻工艺等领域又有新发展。用于CNC雕刻机的JDPaint软件已升级至5.50版,增添了多种实用功能。
其SmartCNC500数控雕刻机的主轴最高转速为:28000 rpm,刀库容量为:8把,定位精度为:0.008㎜。
苏州宝马数控设备有限公司的BMDX6050数控雕铣机,主轴转速为:24000 rpm,定位精度为:±0.005㎜。
3、测量仪器
本届模展上来自德国、英国、日本、瑞士、美国、意大利和国内海克斯康测量技术(青岛)有限公司、西安爱德华测量设备有限公司、北京航空精密机械硏究所、西安力德测量设备有限公司、德美测量科技有限公司、北京南航力科机械有限公司、COORD3(北京)有限公司、3DFAMILY智泰集团等60余家国内外世界著名的测量仪器制造厂商展出了近百台三坐标测量机、影像测量仪、便携式CMM、便携式扫描仪、激光跟踪仪、激光干涉仪、直线光栅、角度编码器、在线检测装置。集中展示了现代测量仪器藉助于精密检测技术、测头技术、计算机软件技术、网络通讯技术的发展向高精、高效、多功能复合化、测量现场化、检测在机化和网络化发展的最新成果。海克斯康测量技术(青岛)有限公司首次在本届模展上展示了现代测量仪器融入产品设计、制造、品质保证全过程的数字化检测平台和测量软件支持多种测头与CAD、CAM、CAPP、PDM、CAQ、无缝集成的发展趋势。
3 .1 三坐标测量机
本届模展展示三坐标测量机的高精化、高速化、多功能复合化、测量现场化。
海克斯康测量技术(青岛)有限公司面向模具行业全面展示其用于模具设计、模具加工制造、模具质量检验的通用的高精度桥式三坐标测量机、龙门式测量机、水平臂式测量机。
其用于大型工件测量的Alpha Image龙门式测量机,行程范围为(㎜):2000×3300×1000, 整机测量精度(MPEE)为:4+4L/1000 μm。用于高精度测量的PMM-C Infinity超高精度三坐标测量机,行程范围为(㎜):1200×1000×700,配备LSP-S4三维扫描测头, 整机测量精度(MPEE)为:0.3+L/1000 μm,重复性为:0.1μm。用于车间现场的Global Performance 通用高精度桥式三坐标测量机,行程范围为:1200×2200×1000(㎜), 整机测量精度(MPEE)为:(2.5+3L/1000 )μm。
蔡司光学仪器国际贸易有限公司展出了德国ZEISS公司新推出的ACCURA桥式三坐标测量机,ACCURA采用创新的高性能保温技术(F.I.隔离技术),可在车间环境温度20℃~26℃下实现同等测量精度,其测量速度可高达800㎜/S,加速度可达2300㎜/S2,测量范围为:900*1400*800(㎜),测量误差为:(1.6+L/333)μm。还展出了一机多用型CONTURA G2 和通用型SPECTRUM 桥式三坐标测量机。
德国WERTH公司的VideoCheck UA超高精度复合式光学三坐标测量机,单轴精度高达0.15μm。
瑞士TRIMOS公司的TABC-NANO万能测长机,它采用德国Heidenhain高精度玻璃光栅测量系统、测量系统的分辨率为:0.01μm,重复性为:0.03μm,测量不确定度为:(0.07+L/2000)μm。
北京航空精密机械硏究所(303所)的CENTURY 系列三坐标测量机,采用燕尾型整体花崗岩导轨和工作台移动式结构,测量精度可达(0.9+L/350) μm。
西安爱德华测量设备有限公司的MGH-8106高精度三坐标测量机,测量精度可达(1.2+L/350) μm。
青岛雷顿数控测量设备有限公司的Metroking系列高精度三坐标测量机,采用全花崗岩结构,Z轴形成整机全封闭框架结构,Y轴采用高精度整体双燕尾导轨、三轴均为中心驱动,其NCF553的测量精度可达(1.1+L/400) μm。Metroking系列三坐标测量机可配置RENISHAW公司全系列触发及接触式扫描测头,也可配置LS系列激光线扫描测头、激光点扫描测头 、LV系列CCD数字光学影像测头实现高精度复杂曲面高速扫描(RE)、微小零件的非接触测量任务。
加拿大NDI公司展出了OPTOTRAK PRO 便携式三坐标测量机,它由互相分离的光学跟踪器和探测器组成。其特点是无机械臂、无接线缠绕、无激光束伤害;采用无线通讯技术、“动态参照”技术,测量时可自由移动测头,光路的瞬间阻塞、被测工件和光学跟踪器的任何运动不会影响到测量,从而提高了工作效率。该测量机的点测精度为:0.03㎜,空间测量精度为:(90+2.5L/100)μm。
Creaform形创(上海)贸易有限公司展出了HandyPROBE便携式光笔三坐标测量系统。它是一台无臂的便携式三坐标测量系统,由无线式光笔、C-TRAK 780双相机传感器和特殊光源组成。C-TRAK 780具有随待测工件的移动重新定位、自动捕捉测量坐标系的功能,在测量过程中传感器与工件都能移动,测头采用无线通讯使用极其方便、灵活。该测量系统单点测量精度为:0.055㎜,空间测量精度为:0.085㎜。
3.2 影像测量仪
本届模展展示影像测量仪多功能复合化、自动化。
海克斯康计量产业集团推出了Optiv Classic系列、Optiv Performance系列和高精度Optiv Advantage系列、Optiv Reference系列复合式影像测量仪。Optiv 的多传感器技术将光学和触发测量集中在一套系统中,根据工件的几何形状、材料和精度要求可选择最合适的传感器进行测量。系统支持光学传感器、触发传感器、TTL激光以及白光传感器(CWS)。
Optiv Reference系列复合式影像测量仪采用花岗石底座、固定桥架、移动工作台保证机械系统的稳定性,独特的双Z轴设计为复合传感器测量提供了很强的灵话性。配备具有利用原始CAD模型进行编程和与测量结果比对功能的PC-DMIS VISION 测量软件,大大提高了测量效率。其测量精度<1μm。
思瑞测量技术(深圳)有限公司的SVM DCC全自动影像测量仪,采用花岗石底座、立柱保证机械系统的稳定性,采用连续可调的LED冷光源避免造成被测物体的热变形。配备PC-DMIS VISION 测量软件采用全中文界面、鼠标点击操作,具有自动抓取、自动寻边等智能功能,易学易用。其测量分辨率为:0.001㎜。测量精度为:(3+L/150)㎜。
仁信精密量仪有限公司的SPARTAN系列全自动影像测量仪,SPARTAN系列可配合接触式测头,进行2D/3D复合测量。测量分辨率为:0.001㎜。测量精度为:(3+L/100)㎜。 德美测量科技有限公司M-3020二坐标影像测量仪。
3DFAMILY智泰集团展出了VML系列、Z轴前置型VME系列、大行程VMH系列光学影像测量仪、龙门型Radiant系列和NEW VISION-Ⅱ系列全自动光学影像测量仪。测量精度为:(3+L/200)㎜。
3.3 便携式CMM、便携式影像扫描仪、便携式激光扫描仪
本届模展展示便携式CMM、便携式扫描仪的多功能复合化,非接触式扫描测量的最新技术。便携式激光扫描仪的精度不断提高。
海克斯康测量技术(青岛)有限公司推出新一代的ROMER便携式绝对关节臂测量仪,该测量仪是世界上第一款采用绝对编码器的关节臂测量仪,ROMER还采用具有测头自动识别功能的TKJ测头接口,使仪器开机即可使用,大大简化了测量操作。测量仪的臂身采用具有良好热稳定性和刚性的碳纤维材料,极其轻便,在现场使用能确保可靠的测量结果。测量仪集成可充电电池和WI-FI无线通讯功能,使测量仪实现在现场的“无线”操作。ROMER便携式绝对关节臂测量仪的测量范围:从1.5m-4.5m共有七种机型,点测重复性最高为:0.016㎜,空间长度测量精度最高为:0.023㎜。
FARO Laser ScanArm便携式三维激光扫描仪,也设有温度传感器对环境温度变化进行补偿。它可用硬测头精确采点,再用激光扫描测头获取点云数据。采用无线数据传输,三维扫描的测量精度为:±0.018㎜。
东京贸易技硏(广州)有限公司展出了具有六自由度的VMC6000系列便携式关节臂测量仪,其测量精度为:0.04㎜。配上激光扫描测头可成为一台便携式三维激光扫描仪。
日本三丰公司SpinArm M系列便携式坐标测量系统,该测量仪具有关节自动锁紧、测头自动识别、温度自动补偿、无线通讯功能,更换测头后无需重新校正测头等特点。其SA-M-300-18-6型便携式测量系统点测距离的精度为:±0.028㎜。它除了可配激光扫描测头进行扫描测量外,还可配激光叉测头对弯曲的管子进行扫描测量。
Creaform形创(上海)贸易有限公司展出了MAXscan手持式自定位三维激光扫描仪。它采用自定位技术并集成了照相测量功能,将激光扫描和照相扫描融于一体从而实现对大型工件的高精度扫描和检测。MAXscan的扫描速度为36000点/秒,精度为:0.05㎜。
北京天远三维科技有限公司展出了与清华大学联合开发、具有国际先进水平的OKIO照相式三维扫描仪,该系统在物体表面投射光栅,用两架摄像机拍摄发生畸变的光栅图像,具有标志点自动拼接功能和独特的GREC全局误差控制功能,可实现物体表面三维轮廓的精确测量。其OKIO-V-100三维扫描仪的单面扫描范围为:50×35~100×75(㎜2),测量精度为:0.01㎜。OKIO-V-1000三维扫描仪的单面扫描范围为:400×300~1000×750(㎜2),测量精度为:0.03~0.06㎜。
神州数码(中国)有限公司展出了RexcanⅢ便携式照相扫描仪。它采用双CCD镜头技术和白光相位偏移三角测量技术实现高分辨率、高精度的扫描测量。RexcanⅢ便携式扫描仪通过不同的镜头可涵盖从66㎜~912㎜共20种不同的扫描区域,扫描仪的三角测量角度也是可变的(10°,25°)使用户可以根据不同的物体选择最恰当的扫描区域和三角测量角度。测量精度高达0.01㎜。
柯尼卡美能达公司新推出的RANGE7非接触式三维激光扫描仪,它使用一个CMOS传感器(131万像素)、两个可更换的镜头,主机与控制器集成一体重量仅6.7㎏。具有自动对焦、自动拼接、三维预览功能,其RANGE VIEWER三维数据处理软件具有黑暗表面测量模式功能和操作导航功能使整个扫描测量过程变得更加简单、快捷。其扫描时间为:2秒/次,测量精度为:±40μm。
东京贸易技硏(广州)有限公司展出了COMET5便携式照相机扫描仪,COMET5的照相机由互相分离的投影仪单元及CCD照相采集单元组成,投影仪将斑马网纹投射到被测物体上,CCD照相单元以图片型式采入图像后经图像处理产生高密度的点云数据。COMET5使用4M镜头时每秒可采集400万点云数据,其50型测量范围为:55×55×50㎜,平均点距为:0.025㎜。800型测量范围为:760×760×500㎜,平均点距为:0.38㎜。
上海数造机电有限公司的3DCC彩色三维扫描仪,它采用相移和格雷码相结合的白光面扫描技术,从而使解码准确、对人眼又无危害。其扫描时间为:2秒,精度为:0.05㎜。
温泽测量仪器(上海)有限公司展出了采用工业计算机断层体积扫描技术的新型exaCT工作站(其工作原理:被测件在X光束中旋转,藉助旋转扫描获得的二维投影重现三维模型),exaCT不仅能测量常规几何体、自由曲面,还可以对另件内部几何特征进行测量、对另件的材料缺陷和结构进行分析。
3.4 激光跟踪仪、激光干涉仪、球杆仪
用于大型工件现场测量的激光跟踪仪测量精度不断提高。数控机床动、静态精度检测,在线检测技术的发展使数控机床的精度不断提高。
海克斯康测量技术(青岛)有限公司新推出了全球首款由电池驱动实现无线操作、具备IP54防护等级、超大空间测量的Leica AT401绝对激光跟踪仪,其水平测量范围为:±360o, 垂直测量范围为:±145o,最大测量半径可达160m。绝对测距ADM分辨率为:0.1μm,最大测量不确定度为:10μm。激光跟踪仪主机重量为7.3㎏。具有重量轻、精度高、量程大、目标自动识别等特点。
美国FARO公司展出了FARO Laser Tracker ION 激光跟踪仪,其水平测量范围为:±270o ,垂直±145o测量范围为: +145o至-50o。最大测量半径为:55m。空间测量精度为:0.049㎜。激光跟踪仪重量为17.7㎏。
美国API公司展出了Tracker3激光跟踪仪 ,其水平测量范围为: ±320o ,垂直测量范围为: +77o至-60o,最大测量半径为:60m,激光跟踪仪主机重量为:8.5㎏;绝对测距ADM分辨率为0.1μm,精度:±15μm。还展出了Tracker3激光跟踪仪的新附件IntelliCombo 360智能复合测头。该附件复合了用于隐藏点测量的智能测量头IntelliProbe 360和用于非接触测量的智能扫描头IntelliScan 360的功能,其空间点测量的不确定度为:100μm(7m),空间长度测量的不确定度为:50μm(7m)。
本届模展上英国雷尼绍(Renishaw)公司展出了用于机床几何精度检测的XL-80激光干涉仪,具有气压、温度、湿度自动补偿功能,其激光稳频精度为:±0.05ppm ,分辨率为:0.001μm,线性测量精度为:±0.5ppm。激光头重量为:1.85㎏。
美国API公司展出了XD系列激光干涉仪,该仪器配上6D传感器后,一次安装即可测得6个参数,具有测量效率高的特点。其激光稳频精度为:±0.05ppm ,分辨率为:0.02μm,线性测量精度(高精度型)为:0.2ppm。
英国雷尼绍(Renishaw)公司展出了该公司於2010年1月新推出的QC20-W无线球杆仪,与原QC10球杆仪不同的是QC20-W无线球杆仪新设计的球座,使其在中心座的位置一次设定后,就可以完成通过中心座轴线的三个正交平面上分别为360°、220°、220°的园测试,测试结束后新的空间分析软件可以给出描述空间精度的“球度”数值、三个平面上的园度数值和三个轴间的垂直度数值, 从而实现快速的空间精度测试。
QC20-W无线球杆仪采用蓝牙(Bluetooth)无线通信技术,避免了原QC10球杆仪因电缆拉扯影响测量精度甚至损坏球杆仪的缺点。该球杆仪传感器的分辨率为0.1μm,系统的测量精度为±1.25μm,最高采样速率为1000Hz。
美国API公司展出了适用于大型数控机床空间精度检测和补偿的VEC空间误差补偿技术。该技术使用API T3激光跟踪仪和Active Target活动靶标,在几小时内就可对大型机床(尤其是五轴机床)完成标定工作。VEC测量软件计算出机床各个轴运动时产生的各种误差和补偿数据上传给数控系统实现空间误差补偿。
德国海德汉(Heidenhain)公司展出了具有自动检验和调整五轴加工机床回转轴KinematicsOpt功能和三维误差补偿KinematicsComp功能的iTNC530数控系统。其KinematicsOpt功能是用一个高精度3D触发式测头(TS740)机床执行检测循环自动检测由回转轴定位的校准球(KKH100/KKH250)的位置误差,数控系统用测量值计算出回转轴的静态回转误差,并将计算结果存储在机床数据中。其KinematicsComp功能是先用激光干涉测量方法高精度地测量刀尖在机床整个工作区中的空间位置,并根据测量值计算出机床的几何误差后,输入至数控系统由KinematicsComp功能实现空间误差补偿。从而显著地提高五轴加工数控机床,尤其是大型五轴加工数控机床的空间定位精度。
英国雷尼绍(Renishaw)公司、德国海德漢(Heidenhain)公司、意大利马波斯(Marposs)公司、德国波龙科技有限公司展出了用于数控机床在线检测的工件测头和对刀测头。
3.5 现代测量仪器的网络化
海克斯康测量技术(青岛)有限公司首次在本届模展上展出了包括三坐标测量机、关节臂测量仪、激光跟踪仪、影像测量系统、白光测量系统、机器人测量、在线测量等测量仪器和数字化管理中心(10个数字化体验点)实现网络连接的数字化检测平台。该数字化检测平台通过智能测量程序编制、智能测量操作、智能设备监控、智能数据处理四大系统展示现代测量仪器融入产品设计、制造、品质保证全过程,测量软件与CAD、CAM、CAPP、PDM、CAQ无缝集成的发展方向。它也反映出海克斯康测量技术(青岛)有限公司软件二次开发的实力。
4、刀具
本届模具展吸引了来自国内外50余家刀具展商,琳琅满目的刀具展品,不仅为我国模具工业展示了它们最新开发的模具加工用刀具产品,而且还反映出当前切削技术和刀具发展的趋势。了解并应用刀具新产品和切削新技术,对于正在由模具制造大国向模具制造强国发展的我国模具工业提供了有力的支撑。
铣刀是模具加工的主要刀具,模具的轮廓侧面、上下平面、沟槽及凹凸的成形表面都得由粗精铣削加工完成,其工作量约占模具切削加工量的80%~90%,从而也成为模具刀具发展的重点。在本届展会上,很多刀具公司都成套地展出了模具加工用的铣削刀具,并把加工后的模具和刀具摆在一起,吸引着众多的参观者。山特维克可乐满展出了该公司CoroMill系列铣刀家族众多的成员,其中不少是模具加工用的铣刀。新参展的CoroMill 345是一把带修光刃刀片的45°主偏角的面铣刀,与标准的仅有平行刃刀片的面铣刀相比,可提高工作台进给速度三倍,并获得更好的表面粗糙度。由于传统的配修光刃刀片的铣刀通常是精加工铣刀,切深较小,而CoroMill 345铣刀的最大切深可达6mm。在本届展会上,特固克公司也介绍了类似的一款铣刀。可以预言,它们的展出树立了一个大切深大进给的铣刀新标杆,将引起行业的共鸣,对于提高量大面广的平面铣削的质量和效率有重大的意义。
在本届展会上,可以看到近几年推出的一些铣刀的新结构,已应用在更多的铣刀产品上。在这次展会上,可斜坡走刀的铣刀的结构特征已被应用到平面铣刀、立铣刀、方肩铣刀、圆弧角铣刀等不同的铣刀品种上,使多数的铣刀品种具有多功能的优点,从而给模具的铣削加工带来更多的效益。类似的情况还出现在小切深大进给铣刀上,株洲钻石切削刀具有限公司、Tungaloy公司都开发了这种铣刀的系列产品,以充分利用其大进给的优点,提高铣削的效率。Tungaloy公司甚至把这样的概念用到车刀上,推出了Turning X超大进给车刀,加工效率提高8倍。株洲钻石切削刀具有限公司还展出了新开发的FMD03、FMD04、FMP03系列的立装刀片重力切削面铣刀,所配的LNKT系列刀片有正的刃倾角和前角,在加工中切削轻快,机床功率消耗少,切深可达17mm,效率高
为了帮助刀具用户克服金融危机带来的困难,从刀具的结构设计考虑,提高刀具的经济性成为当前铣刀新品开发的特点之一。一个共同的做法是,把刀片设计成双面可用,使切削刃增加一倍,同时还增加刀片多边形的边数。在这次展会上配六边形、七边形或八边形双面刀片的面铣刀成为各参展公司宣传产品经济性的一个卖点。如Dijet公司七边形刀片的面铣刀及三菱公司的8边形CBN刀片面铣刀。VARGUS公司推出的螺纹刀片,把通常的3个刀尖增加到6个,并且是双面刀片,使刀片的成本降低了一倍以上。各公司展出的模块式可换头立铣刀,不仅可减少换刀时间,而且可减少刀杆的数量,降低刀具的成本。日研公司展出的一种减振的刀具接杆,用特殊合金制造,代替常用的硬质合金材料,以降低消振接杆的成本。
整体硬质合金铣刀也是模具加工中的主要刀具。从本届展会看,其主要的发展趋势是:一是开发各种消振铣刀,在本届展会上,日立公司推出的EPOCH MIRUS系列高效模具铣刀,设计了新的苞米齿的齿形和相邻刀刃刀齿不等距错位的结构,降低了切削力和振动,提高了加工的效率。二是开发加工淬硬模具钢的刀具,硬度覆盖从HRC45至HRC67,甚至高达HRC70。如优能公司参展的HARDMAX涂层的硬质合金立铣刀则适合HRC45~HRC65模具的高速加工。又如日立公司的HGOB—PN 铣刀可加工HRC52的淬硬钢。三是开发加工超级合金包括高温合金、钛合金等难加工材料的刀具。随着航空航天工业和能源设备制造业的发展,超级合金的用量迅速增加,对加工的效率和刀具的寿命提出更高的要求,推动各刀具公司的研发工作。如三菱公司推出的CoolStar系列的整体硬质合金立铣刀,特殊设计的排屑槽形状改善了排屑的效果,并在每条排屑槽里配置了多个内冷却孔,提高了冷却的效果,加上耐磨性好的高韧性的基体材料,实现了超级合金的高效加工,刀具寿命更长。OSG公司展出了为航空工业加工复合材料的立铣刀,该铣刀具有特殊的槽形,在加工多层复合材料板时,可避免分层和形成毛剌。四是开发加工石墨和铝合金的刀具。具有金刚石或类金刚石涂层的这类刀具,为高效加工石墨电极及铝合金提供了有力的支撑,如OSK公司展出的粗加工铝合金的前刀面带斜向分屑槽的铣刀,使切削更轻快,并可防止切屑粘结,刀具寿命更长。
当前,刀片材质牌号开发的特点是根据刀片的加工对象和应用范围,有针对性地集成刀片基体、涂层和几何形状的优势,开发出专用型或通用型的刀片牌号。新开发的这两种类型的牌号都可以在展会的刀具展品中找到。山特维克可乐满在展会上介绍了两种加工钛合金的铣削牌号S30T和S40T,钛合金属难加工材料,针对加工钛合金而开发的这两种牌号,使用时可获得更高的加工效率和更长的刀具寿命。该公司还推出了螺纹刀片的新牌号GC 1135,该刀片为细晶粒硬质合金基体加PVD TiAlN涂层,有锋利的槽形,尤其适合不锈钢和耐热合金的螺纹加工。株洲钻石切削刀具股份有限公司开发了适用于钢与不锈钢粗铣加工的YBM351牌号和适合于钢、不锈钢、铸铁粗铣加工的通用牌号YBG302,以及为QC系列浅切槽刀开发的YBG205和YBG202牌号。特固克公司则专为整体硬质合金立铣刀开发了TT9020、TT9030、TT1040和TT6050多种牌号,分别用于不同的加工材料和切削条件,其中TT6050为金刚石涂层,用于加工石墨。
CBN超硬刀具有扩大应用的趋势,在本届展会上有不少公司都展出了CBN刀具的系列产品。OSG公司展出了CBN立铣刀系列,扩大了品种和规格,包括4种球头立铣刀和3种平头立铣刀。该公司甚至称:如今,时代已经逐渐从硬质合金步入了CBN。Tungaloy公司则开发了CBN车刀系列,通过调节CBN的含量、粒度和涂层处理,针对不同的使用条件开发了众多的牌号,应用领域覆盖了淬火钢、普通铸铁和球墨铸铁、烧结金属、钛合金和喷镀材料等加工场合。还有更多的公司展出了各种CBN刀具。CBN的扩大应用将给切削加工和制造业带来深远的影响,不仅提高加工效率,而且将使硬切削、干切削、以车代磨、以铣代磨等新工艺更加普及。如三菱公司的CBN八角形刀片面铣刀,用于铸铁的高速高效加工,刀具寿命长,经济性好。随着CBN、PCD和CVD厚膜PCD等超硬刀具材料的发展,这类刀片的加工问题如槽形的加工被提上日程。DMG机床公司在展会上介绍了可加工CBN、PCD和CVD厚膜PCD的3D激光加工机床LASERTEC 40,可对这些刀片进行三维槽形加工,将提高超硬刀具的性能,促进超硬刀具材料的推广应用。
在本届展会上,涂层技术有不少亮点。赛利涂层技术有限公司推出了二硼化钛钠米涂层Aluspeed,涂层表面光滑,刃口锋利,显微硬度HV4000,最高使用温度900℃,非常适合加工铝、铜和钛合金及含硅量在10%以下的硅铝合金。该公司还推出了超级氮化物涂层HSN2,用于对硬切削和干切削刀具的涂层,可加工硬度HRC50~70的钢材。欧瑞康巴尔查斯公司推出了BALINIT ALCRONA PRO新涂层,这是该公司AlCrN涂层的升级版,使耐磨性、热稳定性和红硬性得到进一步的提高,因而可以提高切削速度和进给量,该涂层还适用于成型、冲压工具和铝合金压铸模具。该公司还推出了用于模具的低温涂层BALINIT ARCTIC,这项涂层技术可在200℃低温下涂覆TiN、CrN、TiAlN等涂层,从而提高模具的使用寿命,减少润滑油消耗,降低生产成本。星弧涂层科技有限公司推出的ta-C是一种无氢DLC(类金刚石)涂层,由于没有使用传统的碳氢气体为原料,而采用石墨为靶材,因此结构更稳定,涂层的硬度更高(HV6000),摩擦系数更低(0.06),可用在加工石墨或有色金属的刀具上,也可用于模具的涂覆。除了上述专业的涂层公司开发的新涂层以外,一些刀具公司结合自己的刀具产品也开发了新的涂层,如日立公司的开发的PN涂层,是在AlCr类涂层中添加Si生成的,涂层与基体的结合强度更好,涂层的结晶更细更耐磨,表面更光洁。又如三菱公司为加工铜电极铣刀开发的CrN涂层,硬度高,结合力大,具有良好的耐磨性和润滑性,应用于该公司加工铜电极立铣刀系列,显著提高了刀具的性能。
本届展会还展示了刀柄与刀具装夹等配套技术。如山特维克可乐满展出的带CAPTO接口的7∶24 BIG PLUS锥柄,可扩大CAPTO刀具(柄)的应用。该公司还展出了一种重载加工用的液压夹头,夹紧更可靠,提高了圆柱柄铣刀的切削能力。又如日研公司展出的超级减振可换式铣刀刀柄,在刀具与刀柄的连接端面上配有消振的碟形弹簧,刀具寿命可提高50%以上,并减少了机床传动系统零件的磨损。NT公司展出了长度可调的刚性攻丝用丝锥刀柄,可方便地调节夹头的长度。ZOLLER公司推出了一台既可测量刀具又可测量电极的调刀仪smile EDM,一机两用,很适合模具生产企业。无独有偶,HAIMER公司推出的新型刀具动平衡仪TD2010 Automatic也可以一机两用,既测量不平衡量,又具备去重功能,由平衡仪测得的去重量可由一个切削单元自动去除。
这次参展的株洲钻石切削刀具股份有限公司全面展示了它们在刀具材料、涂层、槽型、结构的开发实力,完备的刀具品种系列和面向行业面向用户的开发理念,显示出先进工具企业的特征。参展的厦门金鹭特种合金有限公司展出了新开发的可转位刀片,在发展的里程上迈出了重要的一步。新参展的中硬金属切削(大连)有限公司,展出了新开发的硬质合金车刀片系列,可提供加工各种材料的牌号和槽型,显示出一定的开发能力。
面对着建设制造强国的宏伟目标,我国的制造业尤其是模具工业、汽车工业、航空航天工业、能源工业等对先进刀具有着十分迫切的需求。据中国模具工业协会秘书长武兵书在展前接受机电商报采访时称:我国模具制造使用的刀具进口占90%以上,用于五面加工、复杂运动的高精度刀具仍以海外产品为模具行业主采购对象。由此可见,我国工具技术的水平与国外先进水平尚有很大的差距,制造业期待着我国工具工业的振兴,开发出更多的先进刀具和切削技术。
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