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第十四届中国国际模具技术和设备展览会现代模具制造技术及设备评述

来源:       时间:  2013-03-05 10:01

第十四届中国国际模具技术和设备展览会
现代模具制造技术及设备评述

DMC2012模具制造技术与设备评述专家组

摘要:对第十四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,检测仪器及刀具等进行了评述和分析,介绍了现代模具加工技术及设备的现状、亮点和发展动向。

第十四届中国国际模具技术和设备展览会(DMC2012)于2012年5月31~6月3日在上海新国际博览中心举办。本届展览会云集了来自中国、日本、德国、意大利和美国等15个国家和地区的1500多家厂商参展,展出面积超过7万m2。DMC2012是展示国内外模具、模具制造技术及设备的重要舞台,体现了我国模具工业的技术水平和发展趋势,也是国内外同行开展交流和经贸活动的高层次平台。本届展会上,模具加工设备的展出面积约占70%,尤其是数控特种加工机床中的数控电火花加工机床国内外知名厂商悉数到会,充分反映了当今数控电火花加工机床的国内外先进水平。
1数控特种加工机床
1.1 数控电火花加工机床
本届展会上,国外厂商主要的参展展品有:瑞士阿奇夏米尔公司的FO350SP、FORM200数控电火花成形机床及CUT2000 OIL Tech(油工作液)、CUT2000、CUT200单向走丝电火花线切割机床;日本沙迪克公司的AG40L、AD30L、AQ45L数控电火花成形机床,AP200L、AG400L、AQ400L、AQ600L单向走丝电火花线切割机床;日本三菱电机公司的EA8A数控电火花成形机床、MV2400R、MV1200R单向走丝电火花线切割机床;日本牧野公司的EDAF3数控电火花成形机床、U3单向走丝电火花线切割机床;德国英格索尔(OPS INGERSOLL)的GANTRY  EAGLE 400数控电火花成形机床等。
国内参展的单向走丝电火花线切割机床有: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LA500、北京阿奇夏米尔工业电子有限公司的CA20U、CA30等;数控电火花成形机床有:苏州电加工机床研究所有限公司的DK7140、北京阿奇夏米尔工业电子有限公司的SA20、苏州宝玛数控设备有限公司的EDMN640CNC等;参展的多次切割往复走丝电火花线切割机床(中走丝机床)较多,基本上每个电火花加工机床展位上都有多次切割机床。例如:苏州三光的HA系列机床、北京阿奇夏米尔的FW2U机床、苏州宝玛的BM400—C机床、苏州新火花机床有限公司的M732机床、上海大量电子设备有限公司的TP400—8WPC—B机床以及江苏冬庆数控机床有限公司、杭州华方数控机床有限公司的多次切割机床等。
国内外数控电火花加工机床的评述、报道较多,本文仅就当前几个热点和亮点进行评述。
1.1.1 单向走丝电火花线切割机床采用水、油工作液加工的发展动态
当前,单向走丝电火花线切割机床(WEDM—UT)已发展得相当完善,尤其是国外的水平更高,如参展的瑞士阿奇夏米尔公司的CUT2000及CUT2000 OIL Tech等系列机床,日本沙迪克公司的AP200L、AG400L、AQ600L等系列机床,日本三菱电机公司的MV2400R、MV1200R等MV系列机床,牧野的U3机床等。这些机床的精密制造技术、精密加工技术、自动化智能化技术、电极丝(双丝)自动交换技术、配备自动托盘转换装置的工件自动交换技术、网络远程控制技术等都已发展到相当高的水平,有的专家甚至说,今后WEDM-UT的精密加工技术的发展空间已相当有限。我国的WEDM—UT虽然还有很长的一段路要走,但也在不断进步,例如,苏州所、苏州三光、北京安德建奇、北京阿奇夏米尔等公司的WEDM-UT的加工精度达±2μm、表面粗糙度Ra0.2μm、最大切割速度可达300~350mm2/min;苏州所和苏州三光的DK7632以及北京阿奇夏米尔公司的CA2U机床还具有自动穿丝等功能。
虽然WEDM—UT的精密加工已达到相当高的水平(尤其是国外机床),但以往加工的工件表面质量达不到机械精密磨削的水平,这主要是由于WEDM-UT的工作液为去离子水,在加工硬质合金时,硬质合金的粘接剂钴会在水中溢出,造成硬质合金的表面产生“软化层”,影响了加工表面质量。研究表明,如果硬质合金在水中浸泡80h以上,硬质合金材料的表面会粉末化,而目前高速冲压模的冲头和凹模的镶块都采用硬质合金。由于硬质合金在冲压模中的普遍应用,其表面质量引起了广泛关注,即使工件是钢材,在去离子水中也会产生锈蚀或点腐蚀,这成为WEDM—UT高水平的精密加工技术不能直接完成精密零件和模具加工的主要问题。针对上述问题,最初瑞士阿奇夏米尔提出了“表面完整性”技术的研究,即把表面“软化层(变质层)”控制在1.0μm以内。后来,日本沙迪克开发了以油作为工作液进行加工的AP系列机床,使得不论是硬质合金还是钢在进行精密加工时,都可以获得良好的表面质量。但是以油作为工作液存在的最大问题是粗加工和第一次修切加工速度很低,而在去离子水中加工,当前的加工速度最高水平已达500mm2/min,因此制约了以油作为工作液的WEDM-UT的发展;但在精加工方面,瑞士阿奇夏米尔的试验证明,在Ra≤0.2μm时去离子水工作液和油工作液的加工速度已非常接近。所以瑞士阿奇夏米尔推荐,用户基本上是加工硬质合金材料,又要求高的表面质量时,如硬质合金镶块的精密多工位级进模、粉末冶金模、信息通信行业的电子元器件的高速冲压模等,则采用油工作液机床;而对于表面质量要求很高的小型零件加工,如手表行业的小型零件的加工等,也应采用油工作液机床;其它情况则应选用去离子水加工机床。
最近,在去离子水工作液中加工的工件表面质量问题,以及在油工作液中加工速度的问题都有了新的进展:一是采用油工作液的日本沙迪克公司对水工作液防锈、防腐蚀开展了进一步的研究,采取了电防腐蚀和化学防腐蚀两方面的措施。在电防腐蚀方面对Super—BS防电解电路进行了改进,主要是针对不同的工件材料,设定适合工件材料的不同参数,进一步抑制了锈腐的产生;在化学防腐蚀方面,采用了“RUST—less”选配件,可抑制在水中浸渍加工以及加工后工件长时间放置在水工作液中产生的锈蚀、腐蚀等现象。二是瑞士阿奇夏米尔公司一直以水工作液实现精密加工,但在今年的展会上,第一次展出以油作为工作液的CUT2000 OIL Tech机床,并且可以实现Ra0.03μm的精密加工。面对油工作液机床粗加工及第一次修切加工速度低的问题,他们认为,其独有的双丝交换切割技术,可以有效地解决这一问题。
1.1.2 五轴联动精密电火花成形加工新技术
这次展会上,苏州所展出的DK714O五轴联动精密数控电火花成形机床是根据国家数控机床重大专项任务所研制的新产品,机床采用了主机主要结构件的有限元分析、优化设计技术、热变形检测分析技术、数控轴全闭环控制技术、五轴(x、y、z、A、C)五联动专用数控系统软硬件技术、超光加工技术、智能化技术以及专家系统等一系列先进技术,总体水平已基本达到发达国家同类产品的水平。机床的研制成功为航空航天及精密模具制造领域提供了一种新型的高端装备,并且已在航空航天领域的应用方面实现了新的突破。
1)开发了钛合金、高温耐热合金等难加工材料的高效脉冲电源,可对脉冲前沿快速、精准检测,以实现等能量脉冲加工、对放电状态进行检测,以实现加工过程适应控制,还具有高精度稳压等功能,在难加工材料的加工方面已达到国际先进水平,为航空航天工业难加工材料的加工提供了加工性能优异的先进装备。
2)为带冠整体涡轮盘扭曲叶形五轴联动加工开发了五轴联动电火花加工的CAD/CAM软件系统以及成套加工工艺技术,完成了高温耐热合金、钛合金材料的带冠整体涡轮盘扭曲叶形的五轴联动电火花成形加工,并已应用于火箭发动机涡轮盘等产品的加工,这是金属切削机床难以完成的加工技术。
1.1.3 数控电火花成形机床与高速铣的系统集成
在模具加工中,由于数控电火花成形机床(NCSEDM)和高速铣(HSM)各具特长,且相辅相成,所以NCSEDM和HSM已成为高效、精密模具加工的核心技术。由该核心技术组成的成套解决方案和系统集成主要有以下几种形式。
成套解决方案在机床制造企业为用户服务方面是一个重要的发展方向,即针对用户的加工对象提供成套的机床装备和成套加工工艺技术。例如,瑞士阿奇夏米尔公司为国内某企业提供的精密LED硬质合金模具成套加工机床和工艺技术。该成套解决方案是用阿奇夏米尔公司的ROBOFIL440CC  WEDM—UT进行硬质合金模具的外形加工,用米克朗(MIKRON)公司的HSM300  HSM进行铜电极加工,最后用阿奇夏米尔公司的FO350SP  NCSEDM完成硬质金LED模具的加工。这是专门针对特定加工对象提供成套设备及成套加工工艺技术的典型范例。
成套解决方案的进一步发展是NCSEDM与HSM的CAD/CAM技术。例如,日本三菱电机及牧野开发了利用HSM与NCSEDM进行电极制作和模具加工的CAD/CAM技术,以日本牧野的成套加工系统为例:先由模具3D模型建立电极3D模型(CAD)并生成EPX格式文件,采用FF/eye生成电极铣削加工程序,由HSM(或加工中心)进行电极铣削加工(CAM);采用EPX格式文件,生成电火花成形加工程序,采用通用夹具,将铣削加工的电极安装在NCSEDM主轴上,由NCSEDM进行模具成形加工(CAM)。
当前成套解决方案的最高阶段是系统集成。国外,电火花加工机床(EDM)的系统集成主要包括NCSEDM、HSM、机器人(或机械手)、电极库、工件库等要素。以瑞士阿奇夏米尔公司的EDM系统集成为例,是由瑞士system  3R公司的机械手、电极库和工件库与一台阿奇夏米尔的FO350MS  NCSEDM和米克朗公司的HSM500  HSM进行系统集成的,机械手的一端可将电极毛坯自动放入HSM500中进行铣削加工,并将所有加工好的电极放入电极库中,以待下一步进行放电成形加工;机械手的另一端进行工件的自动交换和管理,工件库中的待加工工件等待系统的指令,待加工工件经测量和调整之后,机械手将会扫描所有待加工工件和电极,并通过操作员在软件系统中的排序和管理,控制所有待加工工件的加工顺序和状态,以完成全部放电成形加工。这种系统集成还可以有多种组合。例如HSM和NCSEDM的集成,HSM不但完成电极铣削加工,还可进行工件的高速铣加工,对工件中需要NCSEDM加工的部分,采用HSM制作好的电极进行放电成形加工;也可以根据加工工件的要求,进行NCSEDM、HSM、WEDM—UT三种机床的系统集成,WEDM—UT可经完成工件的型孔加工等。
成套解决方案和系统集成,将成为我国EDM的一个重要的发展方向。
1.1.4 往复走丝电火花线切割机床的多次切割技术成为热点
往复走丝电火花线切割机床(WEDM—RT)以往又称“快走丝机床”,虽然最多可以四轴(x、y、u、v)联动,但由于加工精度、加工效率和加工表面质量水平较低,所以一直被列为低档机床。
近几年开发的多次切割WEDM—RT(又称中走丝机床),由于可对工件进行粗、中、精多次切割加工,故加工精度和表面粗糙度有较大改善,目前生产WEDM—RT的厂家几乎都生产多次切割WEDM—RT,是当前的一个热点。
多次切割WEDM—RT与以往WEDM—RT相比水平有很大提高,例如苏州三光机床,切割厚度40mm的Cr12材料,对边为15mm的八角,经4次切割后Ra0.8μm,加工精度≤0.005mm;苏州宝玛机床的最大切割速度为200mm2/min,加工精度<0.01mm,表面粗糙度Ra≤0.8μm;苏州新火花机床的最大切割速度为200mm2/min,加工精度0.005mm,表面粗糙度Ra0.8μm;上海大量机床的最大切割速度>150mm2/min,加工精度0.005mm,表面粗糙度Ra≤0.8μm;杭州华方机床的最大切割速度200mm2/min,精度0.005mm,Ra1.0μm;还有如北京阿奇夏米尔、泰州冬庆等公司的多次切割WEDM—RT也都达到了相应的水平。这些指标表明,多次切割WEDM—RT已达到中档机床的水平。
虽然多次切割WEDM—RT与普通WEDM—RT相比有较大的技术进步,但还存在不少问题,主要是钼丝运行空间位置精度的保持性问题。引起这个问题的因素较多,如电极丝的换向引起电极丝张力的波动;加工过程中电极丝在高温影响下,引起屈服强度的变化和弹性变形,进而引起空间位置的变化;电极丝的重复使用,引起电极丝的损耗(变形);硬度远大于铜丝且高速运行的钼丝,不可避免地引起导轮、导向器的磨损,进而影响导轮、导向器的精度和寿命等问题都影响空间位置的精度。针对上述问题,各企业做了许多工作。例如,针对电极丝往复运动的张力波动问题设置了张力控制装置。苏州宝玛多次切割机床采用了闭环张力控制电路,该电路通过钼丝张力传感器,检测钼丝张力的变化,实时调整加工时的钼丝张力,以达到控制张力的目的,该电路采用频响特性达到2kHz的小功率交流伺服电动机作为实时调整张力的执行元件,以保证钼丝恒定张力伺服跟踪的控制精度;苏州新火花采用双向涨丝及导轮组导向结构,改善了钼丝的平稳运行等。对电极丝的导轮、导向器的精度、寿命及防水方面的研究也取得了一定的进展;在加工过程中减小钼丝的损耗也不断取得进展,例如杭州华方机床切割40万mm2工件,钼丝损耗0.01mm;还有如改进进电装置,消除或减小钼丝在进电块间的机械磨损,造成钼丝损耗,有利于钼丝在导向器中配合精度的提高等。以上这些,都是为提高钼丝在空间位置精度而采取的措施,已取得了一定效果。
但应该指出,上面提到多次切割WEDM—RT存在的问题,基本上是一些固有的问题,如钼丝往复运动和周期性停、放电造成张力的波动。虽然采取了恒张力措施,但其水平还是难以与WEDM—UT相比,故当前还是难以长时间保持钼丝空间位置精度的稳定。因此,多次切割WEDM—RT虽然取得了长足进步,达到了中档机床的水平,但精度的稳定性和保持性仍是今后重要的课题。
1.2 数控激光加工机床
这次展出的激光加工机床不多,而且参展的基本是外资企业,主要有以下几种。
1.2.1 数控激光雕(铣)机
瑞士阿奇夏米尔展出的LASER500激光雕铣机床,具有3轴(x、y、z)、4轴(x、y、z、c)和5轴(x、y、z、A、B)数控功能,激光器为20W光纤激光器,可以选配50W光纤激光器,激光头为3轴,也可以选配5轴(倾斜激光头),主要用于二维或三维物体高效可重复的纹理、图案、标志和标记、微细结构的雕刻加工,可对铝、铜、钢、石墨、硬质合金、黄铜、陶瓷等各种材料进行雕刻加工,还可以对放电加工用的石墨电极和铜电极进行雕刻,实现先激光加工后放电加工。这种加工方法对于多个相同纹理、图案、标志、标记的加工具有重要意义。
杭州先临三维科技股份有限公司自主研发的Shining3D—LaserEngraving系列激光内雕机(又称水晶激光雕刻机、3D激光机),采用进口激光器,自主设计控制系统。可用于水晶、玻璃制品的加工。
高速桌面式系列SPARK、ARGUS是先临三维推出的全新外观的高速三维激光雕刻机。融入多项高新技术,使雕刻速度达到4000点/s,大大提高了加工效率。
大幅面系列GlassMax激光雕刻机(激光内雕机),可雕刻幅面为1350mm×1750mm×80mm的平板玻璃制品。
1.2.2 数控激光三维切割机床
关于激光切割机床的报道很多,这里简单介绍一下三菱电机展出的VZ系列二氧化碳三维激光切割机床。
该系列机床采用2kW、3kW、4kW二氧化碳激光器。配置2kW或3kW激光器的VZ10型激光切割机床,只进行二维或三维切割加工;VZ20型激光切割机配置4kW激光器,可进行二维、三维激光切割和激光焊接。该系列机床采用激励型三轴正交发振器,以进一步提升加工性能;采用的高速能量传感器,对激光束的输出功率进行实时监测,稳定控制设定的输出频率,能连续加工铝、铜等高反射材料;激光气体封闭循环式运行,使更换气瓶时间大幅度延长,降低了运行成本;准时供电方式,是采用光束通时(发射时)瞬时供电光束中断的省电方式,大幅降低耗电量,达到节能的目的。
1.2.3 激光熔融快速成形机床
雷尼绍(上海)贸易有限公司参展的AM250激光熔融快速成形机床体现了一种新的加工工艺技术。该机床基于CAD模型驱动下的离散堆积3D成形原理,通过高能束光纤激光聚焦的能量,将微细的金属粉末在严格控制的环境下,经过完全熔化制成3D实体,所制作的金属层厚度为20~100μm,主要用于医疗(整形外科)、航空航天及电子等领域。
1.3 超声波加工与传统加工技术相结合的复合加工机床
超声波可以加工非常坚硬的材料和脆性材料。将传统的加工技术和超声波加工技术结合应用在一台机床上,机床就具备了加工各种材料的能力。德国德马吉这次展出的复合加工机床,实际上是在常规机床上换上带超声波的刀柄来实现两种加工技术的复合。超声波的产生是通过感应的方式将高频电信号,从位于主轴的固定线圈传送到位于刀柄的旋转线圈,提供给驱动刀柄压电元件高频,并在刀尖上相应地产生20~50Hz的振动,然后将刀具的振动与转速高达42000r/min的旋转主轴结合在一起。
以往也有这两种加工技术相结合的机床,但超声会使整个主轴都振动,影响主轴精度和寿命,因此限制了在机床上的应用。现在可以通过气隙传递超声能量,因此可严格地将振动与主轴隔离,将振动限制在刀具区域,所以只要通过自动刀具交换系统,就能实现常规刀柄和超声波刀柄的自动交换。
这种复合加工技术还具有自适应控制/声控装置,能够在加工过程中自动地调节进给率,从而产生一个可控的加工环境,使刀具的切削力降低,切削速度保持不变。超声波发生器控制系统可以手工输入超声波参数,如频率、振幅和输出功率,也可以用随机提供的智能软件,自动调节超声波参数。
这种加工方法,可以加工高速铣以前从未加工过的材料。例如,硬质合金加工,即采用一个超声波刀柄和一把金刚石刀具加工硬质合金,与传统的加工技术相比,可以降低刀具的磨损。
2高速铣床、加工中心及数控雕刻机
第十四届中国国际模具技术和设备展览会举办之际正值欧美经济处于动荡回升乏力之时,因此国外展商都对本届展会寄予拓展产品销售的愿望,几乎所有国际知名的模具切削加工设备尤其是加工中心和数控铣床制造厂都有近年研发的新型产品参展,如瑞士阿奇夏米尔集团展示的MIKRON高速、超高速镗铣加工中心,采用直线电动机驱动,其进给速度可达60m/min和100m/min,主轴转速可达54000r/min;德国DMG(德马吉)展出的HSC75Linear高速加工中心的进给速度可达90m/min;意大利Breton公司展出的MATRIX系列五轴联动高架动梁式加工中心具有在工件一次安装下完成铣、钻、攻丝及车削、磨削等复合功能,它的A/C双摆铣头切削扭矩高达480N•m,快移速度达60m/min,立式的回转分度台可作高达500r/min的车削和磨削加工,是加工大型模具的高效设备;美国HASS(哈斯)自动化公司的加工中心以重载强力铣削见长,但也重点推出了用于模具加工的小型高速立式加工中心;在模具加工中心方面日本的参展商众多,包括MAKINO(牧野)、MAZAK(马扎克)、OKUMA(大隈)、MORI  SEIKI(森精机)、KITAMURA(北村)和TOSHIBA(东芝)等公司的展品引人注目,较全面地反映了他们在精密模具加工机床和工艺方面所取得的进展。尤其是牧野展出的V33i微米级精度的精密加工中心和东芝展出的UVM—450C亚微米级加工精度的高精密加工中心更显突出。
综观本届展会在模具加工领域的加工中心和高速数控铣床有以下三方面的技术特点。
2.1 模具加工中心从高速精密加工向微细精密加工发展
上世纪90年代高速铣削在提高模具加工精度、减少后续精整加工的工作量、缩短模具制造周期上发挥了重要作用,尤其对薄壁模具效果更为明显,推动了适用于高速加工的加工中心和铣削工艺的发展。
对于模具精加工通常用球头立铣刀,因此高速加工中心所配置铣头的转速较高,通常认为主轴转速在20000r/min以下只能作为常规转速。主轴转速的提高主要受轴承高速性能、润滑条件和主轴动态刚度等因素制约,目前滚动轴承的高速主轴≤54000r/min,而用空气轴承则可达60000r/min。
提高主轴转速可以在保持较高的金属切除率的条件下减少铣削力,并有利于切削热随切削过程排出,但要获得良好的加工表面还需控制更多的工艺因素和进一步提高机床的性能。例如日本牧野株式会社提出了“微观平顺切削(Micro  Flush  Fine  Cutting)”的理念,简称FF。其实质是为使切屑能流畅地从切削点流出,从而获得优质的加工表面,它包括以下五个要点:
1)切削液经主轴内孔直接注入刀具前面,使切屑流畅,而不形成切屑瘤引起崩刃,并能减少传至工件的切削热。
2)控制工件与刀具的温度,主要通过提高切削速度来减少传至工件的切削热,并减少每个刀齿在一转中参加切削的比例以减少刀具的温升。
3)精加工三维雕塑型面时,宜使刀具每转的进给量与周期行切进给量一致,可使表面显得平整。
4)合理选择切削路径如按等高轮廓线铣削,以保持切削力的恒定,更精确的加工可以通过程序编制中的偏移来补偿切削力不一致引起的偏差。
5)为了获得极小的表面粗糙度和高精度,需消除机床和刀具在高速旋转时的振动,且要求伺服进给平稳、精确,以及热位移的稳定。
近年注塑件要求形成各种逼真的材质观感的表面纹理,因此对注塑模表面提出更匀称、精细的纹理加工要求。
基于上述要求,用于制造精密模具的加工中心须具有以下基本性能:
1)具有良好的动态性能和抗热位移的特性。如高速主轴的内外径需精心修整,动平衡使主轴转速达30000r/min时主轴端双振幅≤0.5μm;主轴中心和夹套用大量温控冷却油来降低温升;轴承由内环小孔喷射润滑。
2)刀具采用双面接触HSK刀柄。对于小直径的铣刀,采用直接夹持刀具系统替代刀柄和夹头可使振动进一步降低。
3)进给系统具有高速平稳运动的性能,且能实现0.1μm的精确进给。
4)对于精密模具,为保证不受环境温度波动对表面精细纹理均匀性的影响,需采用各种环境控温措施,如热防护罩壳的隔热控温,其树脂混凝土(人造大理石)整体构件可增大热容量减少温度波动。
对展会中一些代表性的模具加工中心列表对比如下:
 2.2 大型高速立式加工中心的发展为中大型模具提供更灵巧的制造装备
立式加工中心对模具加工具有很好的实用性,但传统的主轴箱悬伸的十字工作台式的立式加工中心的刚性和承载能力较差,故一般模具用的立式加工中心大都小于630㎜,而中大型的模具通常都带有模架,模具的尺寸和重量均较大,故一般中大型模具大多应用龙门铣床或龙门加工中心进行加工。但其操作的接近性、方便性和精度方面都不及立式加工中心。
展会中牧野和德马吉均展出了用于中大型模具加工的高速精密立式加工中心。其中,牧野F8加工中心的工作台尺寸为1550mm×800mm、承载2500㎏,X/Y/Z行程为1300mm/800mm/650mm,主轴最高转速标配为10000r/min,可选20000r/min,切削进给速度 24 m/min,按ISO标准定位精度0.006㎜,重复定位精度0.004㎜。
其机构特点为一体式的立柱横梁布局,主轴悬伸小结构对称,整机静动态刚度高、振动小,且配以主轴轴心和夹套的冷却系统和轴承内圈压力喷射润滑,使机床热稳定性好,即使更换刀具仍有很好的接刀精度,并具有良好的高速进给的运动精确控制技术 ,故是一台适用于加工高表面质量中大型三维轮廓模具的精密立式加工中心,反映了大型立式加工中心的发展方向。
2.3 模具加工应用软件提升模具表面质量和加工效率
模具大都为三维自由曲面,因此要获得优化的刀具轨迹和高品质的加工表面,不仅需要有高效、精密的加工中心和数控铣床,还需仰仗完善的加工程序。一个好的计算机辅助加工软件(CAM)是在充分掌握加工中心特性的基础上,融合制造诀窍与经验而开发出的专用软件。例如米克朗HSM400 LP加工中心提供的OSS软件模块可选择精度优先、速度优先或表面质量优先等过程优化的控制;大隈为其加工中心提供的“超级NURBS ”能在确保复杂曲面达到指定精度要求的前提下实现高速和高表面品质的加工。
牧野则为其加工中心研发了以下两套模具三维曲面加工的CAM软件。
1)FF/CAM三维模具加工软件系统。FF内涵已在前面做了介绍,其中心内容除了涉及机床机构保持温度控制、运动平稳和提高制造精度外,在工艺上还要求优化运动轨迹、保持稳定的切削条件和选用合理的行距进给量等措施,以确保刀具运动的平稳性和切削力的一致性,从而保证加工表面的平顺性和缩短加工工时。
该软件备有工艺数据库,为各种工件材料、刀具和切削条件提供适用的精细加工的程序和数据。
2)STL/CAM注塑模表面纹理加工软件系统。由于塑料、橡胶、玻璃等注塑件要求具有某种质的的观感,例如微丝纹可使塑料件有金属加工后的表面质感,银杏树皮可使塑料件有木质感,而粗犷的凹凸起伏可形成岩石的质感等。这些纹理都是极为微细并需模拟实物表面的复杂形态,而该软件的使用将大大简化编程的工作量。
这种软硬件结合的做法,不仅方便用户使用,也提高加工中心等产品的市场竞争力。
这次展会对我国机床行业的产品发展的一些启示:
我国机床行业参展的厂商较为踊跃,各种规格的加工中心都有展出。例如,以加工中心为主导的南通科技投资集团股份有限公司无论在参展面积,还是产品品种方面都反映出国产加工中心的技术进展,但是通过与国外一些厂商的同台竞技,也看到了国产加工中心的努力方向:
1)首先是国产加工中心大多为通用型,功能、结构较多雷同,缺乏针对模具加工特征开发的加工中心,而北京精雕科技有限公司和苏州宝马有限公司展出的数控雕刻机就其结构来说是从数控仪表铣床发展而成的轻型多轴联动中心,虽然其切削能力并不强劲,加工精度也不算高,但能满足电器开关、小家电组件、鞋底、车灯罩、饰物和玩具等注塑模的加工要求,取得了良好的业绩。
因此有必要根据市场不同的需求进行产品细分,开发出适用于模具加工的高效精密加工中心。
2)其次,针对高档模具加工对精度稳定性和微细表面纹理的平顺性等要求,需要解决加工中心的精化制造、高抗振能力和热位移稳定控制技术,以及适当提升其切削能力,实现在一台加工中心上完成由粗至精的全部工序,从而有助于提高模具的制造效率。
3)本届模展在时间上与第十一届中国国际机床工具展览会(CIMES 2012)较接近,因此影响到一些机床企业高档数控机床的参展,未能全面展示出国内新产品的技术水平。
3测量仪器
本届展会,来自德国、英国、日本、瑞士、挪威、美国、意大利、韩国、新加坡和国内公司等近50家国内外著名厂商展出的三坐标测量机、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、在机检测装置,集中展示了现代测量仪器向高精、高效、多功能复合化、测量现场化、检测在机化和网络集成化方向发展的最新成果,以及现代测量技术的发展趋势。
3.1 三坐标测量机
海克斯康测量技术(青岛)有限公司展出了新一代GLOBAL Silver(亮箭系列) 桥式三坐标测量机。全新的GLOBAL Silver SF系列,采用最新的DC运动控制技术、优化的运动算法和增强的软件功能,使扫描测量速度提高35%;采用先进的结构结合线性温度补偿技术,使该系列测量机能在15~30℃的车间环境下,提供高精度的测量。该系列三坐标测量机,行程范围为700mm×1000mm×700mm,测量精度为MPEE=(1.5+3L/1000)µm。
用于大型工件测量的Alpha Performance大型龙门式测量机。采用双光栅检测、实时几何误差补偿和温度补偿系统保证测量精度,行程范围为2000mm×3300mm×1000mm,整机测量精度MPEE=(3.5+3.5L/1000)µm。
用于高精度测量的PMM—C Infinity超高精度三坐标测量机可以配备LSP—S4三维扫描测头。行程范围为1200mm×1000mm×700mm,测量机的整机测量精度MPEE=(0.3+L/1000)µm,重复精度可达0.1µm。
蔡司工业测量技术(上海)有限公司(蔡司在全球的三个生产基地之一)展出了2012年3月发布的新一代本土化新产品CONTURA G3大型桥式三坐标测量机。该测量机的桥架采用钢铝结构,重量轻且具有极好的刚性,铝质部件上的CARAT涂层使其具有良好的温度稳定性和使用寿命;新设计的空气轴承从结构上保证了机器的长期稳定运行;整体设计减轻了运动结构的重量,实现了更高的动态性能。CONTURA G3的Z向最大测量范围为1200mm×2400mm×1000mm。使用具有20736个空间位置(步距角2.5°)的RDS旋转测座,搭配蔡司VAST—XXT 扫描测头,不仅可以测量工件的尺寸误差,还可以测量工件的形状误差。
展出的全新ACCURA桥式三坐标测量机,采用创新的高性能保温技术(F.I.隔离技术),可在20~26℃的车间温度下实现同等测量精度。配备具有MASS技术的ACCURA桥式三坐标测量机,可以使用卡尔蔡司的全系列测头,包括ViScan光学测头和LineScan激光测头。其测量速度高达800㎜/s,加速度达2300㎜/s²,测量范围为900mm×1400mm×800mm,测量精度为(1.4+L/333)µm。
三丰精密量仪(上海)有限公司展出了Crysta— Apex S776 高精度CNC桥式三坐标测量机,采用温度补偿系统,保证16~26 ºC 温度下的主机精度(该温度补偿系统是基于永久安装在光栅尺上的温度传感器和安装在工件上的温度传感器共同监测光栅尺和工件的温度,输出测量结果之前,同时考虑工件材料的膨胀系数以及CMM 的特点,将测量结果修正到它在20ºC 时的测量值),具有高速、高加速度的性能驱动系统以及高刚性的设计(为了提高刚性,采用附属于花岗岩平台一边的Y 轴导轨)。该测量机的测量精度(使用SP25M时)M P E E = (1.7+3 L / 10 0 0 ) µ m;驱动速度为各轴8 ~300mm/s ,最大合成速度为519mm/s,最大驱动加速度为各轴 1333mm/ s²,最大合成加速度为2309mm/ s²。
还展出了用于CNC 三坐标测量机的Surface Measure 606非接触式线性激光测头。该测头具有根据物体的表面状况(色彩和反射率)的变化,自动调节激光强度和相机感光度的功能,可实现无粉和高速扫描。该测头的测量距离为93 mm,测量幅宽为60 mm,测量深度为6 0 mm,扫描测量的测量精度为12 µ m,数据间距(线条方向)为0.06 mm,采样速度为75000点/ s(1000点/ 线,75 Hz)。配备具有根据CAD模型数据编制测量程序功能的测量软件MSURF—G、 MSURF—I,可以大大减少从测量到产品评价的工作时间。
西安爱德华测量设备有限公司(AEH爱德华集团)展出了横梁采用45°r 斜樑结构的Daisy系列桥式三坐标测量机。该测量机具有空间误差修正功能,可配置点测量的接触式测头、连续扫描测量的接触式测头、光学测头、线激光和点激光测头,用于完成各种测量任务。该公司的MGH—786高精度三坐标测量机的测量精度M P E E = (1.2+L/400) µm。
尼康仪器(上海)有限公司展出了LK V 10.7.6 + 交叉扫描系统XC65Dx桥式三坐标测量机。LK V采用工业陶瓷材料的横桥、主轴和花岗岩工作台,具有良好的热稳定性和刚性,采用高性能空气轴承 、零迟滞的摩擦传动装置及高分辨率的光栅尺保证测量机的高精度和高重复性。可支持触发式测头、模拟式扫描测头或激光测头等多传感器,满足各种测量应用。测量精度为(1.8+L/350)μm。其LK V HA高精度桥式三坐标测量机的测量精度为(1.5+L/375)μm。
XC65D(—LS) 交叉式激光扫描测头采用多线激光技术(专利技术),可以同时从三个方向扫描工件,具有只需一次扫描即可采集产品特征、边缘、腔体、肋状物和自由形状的三维细节数据的特点。该激光扫描测头还具有智能化的激光强度自动调节功能,使其可以实现无粉、高速扫描测量。XC65D(—LS)的扫描速度为(交叉扫描模式)3× 25000 pts/s、(线扫描模式)1 × 75000pts/s,条纹宽度为3 ×65mm,测量精度为20μm。
雷尼绍(上海)贸易有限公司展出了英国RENISHAW公司新推出的三轴Equator™ 300比对仪。该测量机以生产件与标准件的传统比对测量方法为基础,采用自动比对测量替代手动测量,显著提高了生产效率。由于标准件的“重新校对”与生产件的“测量”同样快速,生产线可以定期采用“重新校对”工序,对热效应进行补偿,从而使其能在车间环境条件下应用。该测量机采用雷尼绍SP25模拟扫描测头,扫描速率为1000点/s。其工作空间为:XY ϕ300 mm 、Z 150 mm ;光栅分辨率为0.02μm;比对测量的不确定度为± 2μm;重量为25 kg 。具有体积小、易于安装的特点,与工件搬运机器人相结合可以方便地集成到自动生产线中,自动生产线可以接收来自Equator的数据并更新偏置,对刀具磨损和机床热漂移的影响进行补偿,实现在线过程控制,降低废品率。
英国雷尼绍(Renishaw)公司新推出的“PH20新型五轴触发式系统”(PH20 测座),采用独特的“测座碰触”,通过移动测座(测座的快速旋转运动),而不是移动坐标测量机结构来采集测量点,可以更快地采集测量点并提高测量精度和重复性,应用在三坐标测量机上可显著提高测量机的测量效率(比传统系统提高两倍)。
3.2 影像测量仪
海克斯康测量技术(青岛)有限公司展出了用于小型电子模具、塑料模具等精密模具检测的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。系统可支持光学传感器、触发传感器、激光测头以及白光传感器(CWS)。Optiv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Optiv Advantage 663高精度影像测量仪的测量范围为 650mm×600mm×300mm,测量精度为E2=(1.0+L/700)µm。
三丰精密量仪(上海)有限公司的Quick Vision Stream系列CNC 视像测量系统,采用了创新的图像获取技术,借助新开发的频闪照明系统使其具有连续测量功能,并仍然保持测量仪的测量精度。该技术通过取消传统测量过程中加速、减速以及让工作台保持不动的时间,来提高测量效率。与传统系统的测量效率相比,该系列的测量效率提高了5 倍多。
蔡司工业测量技术(上海)有限公司展出的O—INSPECT,具有“四合一”复合功能的影像测量仪。“四合一”可以实现一机多用(投影仪、三坐标测量机、轮廓测量仪和显微镜)。该测量仪的长度测量精度为(1.9+L/250)µm。
尼康仪器(上海)有限公司展出了新的iNEXIV VMA—2520全自动视频图像坐标测量仪。它具有8方向程控LED环形照明,10倍变焦比的5段程控变焦镜组, 5级放大倍率,可满足不同视场及倍率要求。物镜采用消畸变的大视场测量专用复消色差型物镜,工作距离长达73.5mm,具有智能搜索功能,可完成自动目标定位,确保自动测量程序的不间断运行,其Z轴行程长达200mm。VMA—2520可以选配激光测头和接触式测头,并支持接触式测量模式与非接触测量模式的混合编程。
西安爱德华测量设备有限公司(AEH爱德华集团)展出了CV系列影像测量仪、UG系列复合光学测量和接触测量的影像测量仪。UG系列的分辨率为0.1µm,测量精度为E(XY)=(1.5+L/300)µm。
思瑞测量技术(深圳)有限公司展出了SVM DCC Standard系列、Classic系列全自动影像测量仪,测量仪采用花岗岩的底座、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。配备的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。Standard系列的分辨率为1µm,测量精度为(3+L/150)µm。Classic系列的分辨率为0. 05µm,测量精度为(2.8+L/150)µm。还展出了SVM DCC系列大行程影像测量仪。
奥智品光学仪器(上海)公司展出了Vantage™300全自动影像测量仪,SmartScope® Vantage™300采用OGP公司专利所有的TeleStar®10:1光学变焦镜(为全程远心式、连续变焦的AccuCentric®,放大倍率改变时可进行自动校准),具有连续变焦的功能。可以配置接触式探针、TTL 激光、激光指示器、微型探针、旋转台以及SP25连续接触式扫描探针。其MeasureMind® 3D多传感测量软件可以对采用各种测头的测量进行编程,并使之自动运行。照明有轮廓灯、LED 同轴TTL 表面灯、以及8 区/6 环光圈SmartRing™ LED。Vantage™300的测量范围为300mm× 300 mm× 250mm,分辨率为0.1μm。还展出了CNC250经济型自动影像测量仪,测量范围为 250 mm× 150 mm× 200 mm,光栅尺分辨率0.5µm。
威申精密仪器(上海)有限公司展出的 InTegra系列精密影像测量仪是VGS推出的结合工具显微镜、三坐标测量仪和影像仪的复合式影像测量仪,配备多功能的QC3D专业测量软件,满足各种测量的需要,具有较高的性价比。
东莞七海测量技术有限公司展出了SMART和 Eagle手动影像测量仪、ACCURAI 5040半自动影像测量仪、一键式影像测量仪。该公司“五合一”自动影像测量仪,采用在一台影像仪上同时配备了5个高分辨率镜头,可同时测量5个零件并输出5组报告,实现了高效测量,广泛应用于平板类产品的检验。
3.3 便携式CMM、便携式影像扫描仪、便携式激光扫描仪
海克斯康测量技术(青岛)有限公司展出了利用机器人提升测量效率的自动化拍照式白光测量系统Cognitens WLS400A和利用机器人加工消失模的ROMOCUT可移动式模型铣削系统,并展示了与生产线集成的自动化检测和加工,备受业内专业人士的关注。
展出的新一代Cognitens白光测量系统(手动版Cognitens WLS400M白光测量系统和自动版Cognitens WLS400A白光测量系统),采用碳纤维外壳和紧凑的结构设计,以及数字化立体影像测量技术和创新的LED照明技术,用于生产现场自动完成各种三维检测任务。
展出的ROMER 绝对关节臂、集成充电电池和WiFi无线通信功能、数码相机,采用主轴无限旋转技术、Zero—G平衡杆系统、绝对编码器、碳纤维臂身、新型测头TKJ接口,具有测头自动识别功能。其点测重复精度为0.016 mm,空间长度测量精度为0.023 mm。 
还展出了新开发的ROMER管件测量系统,该管件专用测量系统的测量范围为2.5m或者3.0m,用于管件的现场测量。
法如科技在本届模展新推出了采用蓝牙无线通信技术的FARO Edge便携式测量机,测量臂采用内置触摸屏PC和SmartArm测量程序使其无需外接电脑即可进行基本的测量;配有蓝牙、WiFi、USB、以太网通信接口和用于实现选件快速更换的智能多功能手柄端口;配备内置温度补偿传感器,使其可在10~40℃环境条件下进行测量;具有接触式测量和非接触式测量功能。该测量臂的测量范围有三种规格:1.8m/2.7m/3.7m,测量精度最高可达0.024mm 。
尼康仪器(上海)有限公司展出了MCA II —便携式测量臂。 MCA II系列测量臂有六轴和七轴两个版本。 该测量臂可配各种测头,用于进行触发式测量和连续扫描测量,具有自动测头识别功能,更换测头无需重新校准。采用WiFi无线数据通信技术,实现无线操作。其测量范围为1.8m,MCA II 七轴的点测重复精度为0.024mm,空间长度测量精度为0.035mm。MCA II 六轴的点测重复精度为0.016mm,空间长度测量精度为0.023mm。
用于MCA II测量臂的ModelMaker MMDx手持式激光扫描测头,具有增强传感器性能(ESP3),在扫描期间激光扫描测头会自动跟踪物体表面状况(色彩和反射率)的变化,实时调整激光功率和传感器的设置。MMDx还配备了智能防反射过滤器(具有过滤掉分散在多个方向的所有反射激光的功能),从而使它可以扫描任何材料,无需重新扫描或喷粉处理。其扫描精度可高达10µm。
API(美国自动精密工程公司)展出的Axxis便携式三坐标测量机,采用高强度、轻便、温度膨胀系数小的碳纤维材料,重量在4kg左右,采用USB数据接口,具有自动温度补偿功能。其测量范围可以选择2.6~4.2m,高精度的Axxis6—100/M测量直径为2600mm,测量精度为0.060mm。
AxxisScan便携式三维扫描仪(7轴)的基本系统包括Axxis的柔性三维关节臂、Scaner激光扫描测头。并集成了CMM、三维扫描、CAI功能,具有一机多用的特点。其采样速度每秒高达26000点,测量景深为100~200mm ,测量精度为0.05mm(2σ),重复精度为0.02mm(3σ)。
迈卓诺测量系统有限公司(挪威METRONOR AS)展出了基于摄影测量技术的高精度光电式便携坐标测量系统(光笔测量仪)。展出的SOLO便携式测量系统是由单个相机、光笔测头和计算机组成的单相机测量系统,DUO便携式测量系统是由双相机、光笔测头和计算机组成的双相机测量系统,可用于中、大尺寸的检测。该系统还可配备若干个LED光靶,将LED光靶固定在被测工件上,利用三角测量原理,系统可以同步测量这些LED的空间坐标,实现对大型零部件的测量。该系统具有的多点同步测量功能可实现很多独特的应用,如实时变形的监测等。系统的测量范围可达30m,测量精度可达25µm。
德国Breuckmann公司展出了采用微结构光投影技术、非接触式扫描技术的smartSCAN系列(入门型)、结合机器人实现自动扫描的stereoSCAN系列、用于大型物体高精度扫描检测的naviSCAN系列、适用于涡轮叶片检测的b—INSPECT系列、结合回转台定位系统实现自动扫描检测的d—STATION系列三维扫描系统,体现了该公司专业制造三维扫描仪的最新成果。
杭州先临三维科技股份有限公司展出了新的高精度双目三维扫描仪OptimScan,采用铝合金整体成形的外框,局部采用碳纤维质感材料对外观、结构进行了改进,增强了产品的稳定与高效率的性能。配套的软件有Shiningform XOR逆向设计软件、Shiningform XOV三维检测软件,实现从三维扫描到逆向设计和三维检测的一体化操作,提高了工作效率。该扫描仪的单面扫描范围为200mm×150mm,扫描方式为白光,非接触式(拍照式),单面测量精度为0.015mm,单面扫描时间<5s。
同时展出了 用于大尺寸(几米甚至几十米)工件三维检测的Shining3D—Metric摄影测量系统。该系统与Shining3D—Scanner系列三维扫描仪配合工作,快速获得高精度、超大工件的三维整体数据,有效减少累积拼接误差。其Shining3D—Metric—H型摄影测量系统的测量范围为0.1m×0.1 m×0.1 m~50 m×50 m×50m,三维测量精度≤0.10mm/4m,可应用于汽车、航天航空、船舶工业、建筑、大型文物、发电设备及工程机械等领域。
还展出了 拥有自主知识产权的Shining3D—Camera系列三维相机(又称三维拍照机),采用多目视差法和光影梯度法,通过瞬间取像即可一次性生成180°的真实立体模型及其表面色彩信息,可快速进行三维拍照形成三维人像,对人体三维扫描构建人体数字化,可应用于医疗整形、数字娱乐、三维身份识别和个性化定制行业。其Shining3d—Camera M1型三维相机的3D重建精度为0.5mm。
温泽测量仪器(上海)有限公司展出了能实现全自动扫描测量的新一代MobileScan3D便携式CNC激光扫描系统。MobileScan3D由激光测头、两轴高精度旋转头、高精度转台、控制箱和三角架等组成。该系统的扫描测头运用两轴高精度CNC旋转头(可360°连续定位的B轴和C轴),并配备CNC控制的高精度转台(第三个CNC控制轴)对被测工件进行360°旋转测量,得到的扫描结果自动完成拼接,无须使用标识点,减少了累计误差。系统应用新一代“蓝光”激光扫描测头,具有自动调节的激光强度和传感器灵敏度的功能,自动适应不同的零件表面,使其适用于几乎所有物体。扫描过程由CNC控制,无须人工干预,最大程度保证了系统的精度和可重复性,系统最高可获得0.01mm的精度。该系统可用于实现零件的逆向工程与检测的自动化。
还展出了专门用于叶片测量的CORE—DS光学高速多轴测量系统。CORE—DS使用的光学测头应用了创新的白光点光源进行数据采集,直径小至9µm的光点可以检测到零件表面最细小的几何特征。光学测头的应用完全避免了接触式测头容易产生的半径补偿错误。系统具有每分钟高达4200点的采点速度和高动态多轴联动测量功能,以及一键式测量结果评价的功能。应用CORE—DS对中规格的叶片进行三个截面型线的检测只需2min,大大提高了叶片的检测速度。
Creaform形创中国贸易公司展出了新推出的MaxSHOT 3D光学坐标测量系统(由视频摄像头、磁性编码目标点、标定杆和VXshot处理软件组成)。该系统基于一系列的拍照,快速生成物体的高精度定位模型,生成的定位模型与MetraSCAN三维激光扫描仪配合使用,用于重新定位扫描检测的对象,从而提高大型零部件的测量精度。该系统的空间测量精度为0.025 mm/m。
北京天远三维科技有限公司展出了新的采用碳纤维结构设计的OKIO—H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—H—400三维扫描仪的测量范围为200mm×150 mm~400 mm×300mm,测量精度为0.02~0.03mm,扫描速度<2s;OKIO—S—100三维扫描仪的测量范围为50 mm×38 mm~100 mm×75mm,测量精度为0.008mm,扫描速度<2s。扫描测量的速度明显得到提高。
上海数造机电科技有限公司展出的3DSS便携式三维照相测量仪,采用碳纤维外壳、LED光源(寿命超过1万h)、具有全自动参考点拼接功能。其3DSS(精密型)便携式三维照相测量仪的扫描范围为100 mm×75mm,点距为0.06mm,单幅测量时间为5s,测量精度为0.01mm。该公司的桌面式三维激光扫描仪3DLS—L(直线式扫描),采用带细分的步进电动机驱动工作台进行直线式扫描。扫描速度>30000点/s,扫描精度可达0.05mm。
马路科技顾问股份有限公司展出了ATOS Triple Scan三维光学扫描仪。采用新的蓝光窄域波长投影技术,扫描时CCD只能够接受蓝光波长的光源,故扫描时不受环境光的干扰,无需对物体表面进行处理就可以得到精确的测量。采用蓝光光源还具有使用寿命长、发热量小、维护成本低的特点。其ATOS Ⅲ Triple Scan三维光学扫描仪的CCD像素为2×800万像素,测量点距为0.01~0.61 mm。
威申精密仪器(上海)有限公司的LaserQC® 激光扫描仪(具有自动校准功能的高精度二维激光扫描仪),特别适用于各种钣金零部件的首件检测(FAI)、数理统计过程控制(SPC)和逆向工程设计。LaserQC®具有检测速度快(每秒钟可以采集580个数据)、检测精度高的特点。LaserQC可以在生产车间现场检测零部件,完成精确的扫描测量,并将测量结果与CAD设计规格进行即时比较,从而使生产技术人员即刻了解加工零部件的质量偏差,及时加以改进和调整。其LaserQC800的最大(单次扫描)扫描尺寸为 760mm×760mm,最大扫描零件厚度为200mm,测量精度为±0.05mm。LaserQC专用软件的功能,包括首件检测、测量结果统计分析和逆向工程设计功能。
蔡司工业测量技术(上海)有限公司展出了多功能的METROTOM工业CT检测系统。该系统具有无损缺陷检测、几何测量、三维数模对比及逆向工程功能,可用于装配检查、结构分析、缺陷检查及壁厚分析等。
3.4 激光跟踪仪、激光干涉仪、球杆仪、检测装置
海克斯康测量技术(青岛)有限公司展出了由电池驱动实现无线操作、整合了能量锁 (PowerLock)和目标自动识别(ATR)等先进功能、具备IP54防护等级、实现超大空间测量的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的分辨率为0.1µm,测量精度MPE=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。
美国自动精密工程公司展出了新推出的Radian激光跟踪仪。该激光跟踪仪具有两种测量模式,当使用普通的目标靶测量时,激光跟踪仪采用三维跟踪测量模式,当使用STS六维传感器时,激光跟踪仪采用六维跟踪测量模式(可同时测量X、Y、Z、俯仰角、偏摆角、滚动角)。与该公司原Tracker3激光跟踪仪相比,具有体积小、重量轻、测量速度快、测量范围大、支持多靶球操作的自动识别功能、监测仪器工作状态的自诊断功能和靶球自动锁定功能。其水平测量范围为 ±320º ,垂直测量范围为 -60º ~79º,最大测量半径为80m,激光跟踪仪主机重量为7.7㎏,绝对测距ADM的分辨率为0.1µm,IFM静态测量精度为±10µm。
该公司新推出的具有自动定位反射靶功能的第二代AT活动靶标与激光跟踪仪配合使用,可用于大型机床的快速标定,为大型机床采用空间误差补偿技术实现空间误差补偿,提供快速、有效的检测手段。
法如(FARO)科技公司展出了 FARO Laser Tracker ION激光跟踪仪,采用快捷精密的集中式绝对测距仪aADM,具有SelfComp功能、智能预热功能、一体化的气象站、一体化的精密水准仪等功能。其测量范围可达110m,在10m范围内空间测量精度为0.049 mm。
英国雷尼绍(Renishaw)公司展出了用于数控机床回转轴精度检验的新型XR20—W无线型回转轴校准装置(是原RX10回转轴校准装置的全新替代产品)。该装置采用雷尼绍的先进轴承和光栅技术以及蓝牙 (Bluetooth®) 无线通信技术实现无线操作,避免了原RX10的电缆因拖曳带来的安全隐患。XR20—W 无线型回转轴校准装置需与XL—80激光干涉仪配合使用。回转轴的测量速度最高可达10 rpm,分辨率为0.1角秒,角度测量范围为25转,测量精度为±1角秒,重量为1.2 kg。
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实现网络连接的基于PC—DMIS的数字化检测平台。该数字化检测平台展示了现代测量仪器融入产品设计、制造、品质保证的全过程,以及测量软件与CAD、CAM、CAPP、EMS、CAQ无缝集成的发展方向。
三丰公司在本届模具展上推出了用于集中管理测量数据的MeasurLink®测量数据网络系统。该系统可以对各工厂分散的数据进行集中管理。
MeasurLink®系统通过局域网从加工车间、检测室、办公室(工厂/车间、工厂/质量管理部门)的测量系统、测量工具、PC机中获取数据并存储在数据库中,对工厂分散的数据进行集中管理。MeasurLink®可以支持从孤立的小型系统到应用PC网络环境的大型系统。MeasurLink®软件包有7 个软件模块可供选择,使您可以逐步升级系统。MeasurLink®基本软件包括 MeasurLink SPC Real—Time (PLUS) 模块 (用于 Digimatic 测量工具)、MeasurLink STAT、Measure (PLUS) 模块 (用于测量系统)。可选软件模块有:MeasurLink工序管理器模块(用于工序监控)、MeasurLink工序分析器模块(用于工序分析)、MeasurLink量具 R&R模块(用于量具 R&R 计算)、MeasurLink量具管理模块(用于校准历史管理)。相关软件: MeasureReport+MS—Excel 模块(用于创建检验报告)。
4.刀具
在上海举办的DMC2012吸引了来自国内外的约60家刀具公司参展,其中不乏著名的刀具公司,如瑞典的山高、日本的三菱金属、住友电工、泰珂洛、韩国的特固克、德国的HAIMER等公司,以及我国的厦门金鹭特种合金有限公司、普威特镀膜有限公司和星弧涂层科技有限公司等。此外,山特维克可乐满和Paul Horn公司的部分刀具随德马吉公司的机床展出,参与了机床的切削表演;株洲钻石刀具公司的产品由其经销商上海精钻商贸有限公司展出;美国的肯纳金属及其WIDIA公司的刀具新产品也由经销商代为展出。刀具展商在展示为模具加工开发的新产品的同时,也全面展示了刀具材料、涂层、刀柄系统等所取得的新进展。
首先,在刀具材料方面, PCBN刀具材料性能进一步提高,应用范围更宽。三菱公司推出的由其独创的“粉末活性烧结法”制造的PCBN刀片,可用于淬硬模具钢的高效加工,连续切削和断续切削均可使用,并开发了带断屑槽和用于低刚性加工的修光刃刀片,提高了精加工表面的质量。泰珂洛公司展出的BX910 PCBN刀片,其CBN粒子的分布更均匀,并应用耐热性更好的结合剂,在高速加工离心铸造的铸铁时,切削速度达到1000m/min。我国厦门金鹭特种合金有限公司展出了该公司新开发的PCBN系列刀具,产品包括可转位刀片和铣刀、钻头等圆形刀具,适用于加工硬度45~68HRC的淬火模具钢等高硬度材料。各公司还展出了金属陶瓷、PCD新牌号。
其次,国内外的刀具展商还展出了他们新开发的刀片牌号。这些新牌号的共同特点“新”在刀片涂层的改进。其中CVD涂层的进展是晶粒的细化,通过晶粒细化提高涂层的耐磨性、结合强度和表面粗糙度,如三菱公司开发的由纳米结构的Al2O3和纳米结构的TiNC组成的涂层刀片,牌号为UE6105,以及该公司的UC5105/5115等牌号;又如株洲钻石推出的由细晶α氧化铝和超细晶中温碳氮化钛组成的多种CVD新涂层牌号YBM153、YBM253及GP系列牌号等,可大幅度提高刀片的耐热性能。细晶涂层牌号的例子还有住友公司的超级FF涂层,与以往的类似牌号相比,FF涂层的硬度提高了30%,表面粗糙度降低了50%。山高公司展出的DURATOMIC CVD金刚甲厚膜涂层刀片TK1001、TK2001,耐磨性和可靠性好,刀具寿命长,分别适用于灰铸铁和球墨铸铁的高效加工。
在本次模展上,PVD涂层的进展主要是含Si和含Cr的涂层得到了更广泛的认可。与流行的TiAlN涂层相比,含Si、Cr的涂层在某些应用领域更有优势。不仅有参展的专业涂层公司如普威特推出了Si系和Cr系的涂层,也有刀具制造商开发的Si系和Cr系涂层,如日立公司推出的由AlCrSi与TiSi多层复合的涂层,把TiSi的高硬度与AlCrSi的高韧性结合起来,可加工65HRC的淬硬钢。此外,日新公司和星弧公司都展了DLC(类金刚石)涂层,该涂层有很低的摩擦系数(0.06~0.1),可用于涂覆加工石墨电极的刀具或模具,可显著提高刀具或模具的寿命。
在参展的刀具展品中,结构创新的刀具举目皆是。新推出的刀具(片)结构,尤其是铣刀,不仅其性能更高、更可靠,而且功能更多,也更环保。首先,由于立装刀片的承载能力比平装刀片高、切深大而且装夹也更方便,成为高效可转位铣刀的流行结构。日本三菱公司展出了VOX400立装刀片铣刀,可高效粗加工铸铁,每齿进给量可提高30%以上;住友公司的PWS、PWSR型立装刀片铣刀,为强力方肩铣刀,在提高刀片刃口强度的同时加大了前角,使切削更轻快,PWRS型的刀片还具备分屑槽,降低切削力25%以上。其次,山高公司展出的新一代的快速进给铣刀和小魔王铣刀,都具备多功能铣刀的结构和优点,非常适用于模具的加工,包括模具加工中的型腔铣、槽铣、插铣、平面铣、侧面外形铣、斜坡铣和螺旋插补铣等多种不同工序的加工,提高了加工的效率。金万众公司展出的PCD“快锋”高速面铣刀,采用铝合金刀体,每个刀片的轴向位置都有单独的千分微调机构,可提高铣刀的端跳精度,保证精密加工对表面粗糙度的要求。
整体硬质合金刀具包括加工模具的各种立铣刀,现已成为量大面广的通用刀具。此类刀具性能的好坏主要取决于硬质合金棒材的晶粒度。湖南博云东方粉末冶金有限公司展出的超细晶粒硬质合金棒材,其WC原料的晶粒尺寸为0.2~0.3μm,棒材的硬度92.5HRA,强度5100MPa,达到国外同类产品的先进水平。除了材料之外,不少公司都展出了整体硬质合金铣刀的不等螺旋角、不等分齿的消振结构,如株洲钻石公司推出的VSM系列立铣刀。在整体硬质合金钻头方面,住友公司展出的SDP—U型超级多用途钻头采用双刃带设计和月牙形切削刃口,提高了钻孔的精度,ϕ8mm钻头加工C50碳钢,切削速度80m/min,进给量0.25mm/r,孔深24mm,所加工的1500个孔的尺寸分散度仅0.11mm。
黛杰公司展出的“万砍”旋铣刀,是一把由整体硬质合金制造的多功能刀具,既可作为传统的立铣刀用,加工沟槽、侧面等,又可用螺旋插补铣(钻)不同直径的孔。类似的刀具还有三菱公司展出的AQX型多功能可转位立铣刀,该铣刀的端刃中有一个过中心的刀片,从而可以实现对模具各表面的加工。这样的多功能刀具很适合模具加工的特点,可减少换刀次数提高加工效率。
随着切削加工向着更高效更精密的方向发展,对工具系统的刀柄和刀具装夹技术提出了更高的要求,要求工具系统的连接和装夹的定位精度更高,装夹更牢靠。展品显示,日本大昭和公司的BIG PLUS两面接触的7︰24刀柄得到了更普遍的应用,并出现了BIG PLUS刀柄与CAPTO、HSK、REGO-FIX等高性能刀柄(夹)的组合;ROGI—FIX公司还推出了消振的加长刀柄。这些对于加快BIG PLUS、HSK等新型刀柄的应用、提高加工效率和精度有重大的实用意义。
近年来,得到越来越多应用的热装刀柄的性能有了新的改进。日本恩司迪公司推出的超高精度整体式的热装刀柄,在ϕ4mm刀具的4D处的跳动达到1μm,可适用于超高速、高精度加工的小径刀具。德国HAIMER公司展出的“安全锁”热装刀柄在高温合金等难加工材料的重载加工中可防止掉刀事故,使高效加工更安全可靠,该系统所要求的铣刀结构已得到一些著名刀具公司的认可和应用。
带角度头的刀柄可扩大加工中心的工艺范围和柔性,并可实现对零件特殊部位的加工,已成为数控工具系统中重要组成部分,它对于结构复杂的模具的加工可以发挥很好的作用。日本大昭和公司、恩司迪公司、韩国的大因公司都展出了多功能的角度头系列产品,配有BT、SK、HSK、BIG-PLUS等各种刀柄。
为满足绿色制造和环保的要求,参展的新产品中,除了能适应干式切削的高性能刀具外,还尽量提高刀片(具)的利用率,如山高公司展出的“双面王”面铣刀,其刀片两面可用切削刃16个,而且装夹更可靠。又如深圳巴尔斯公司开展了刀具回收业务,以降低加工的成本和节省贵重金属资源的消耗。更多的则通过刀片槽型的设计,在提高刀尖强度的同时加大刀片的前角,从而降低切削阻力和能源的消耗。
除了上述介绍的新产品外,展览会还带来了工具行业在加快向制造服务业转型过程中发生的变化。一方面,参展的日本、韩国等国外知名刀具展商和我国株洲钻石公司都介绍了他们为装备制造业各行业成套开发的刀具,反映出了刀具行业向为用户服务的方向转型的趋势。另一方面,在本届展会上,一些有综合实力的刀具营销商显现出其专业服务的实力和优势,如金万众、阿诺、上海精钻、震铄、仕恺等公司。他们通过代理有实力的刀具公司精品、遍布各地的营销网络和丰富的仓储资源为用户提供成套刀具或解决方案的服务,甚至提供重磨、重涂、刀具管理、回收等服务,成为刀具行业在向用户服务转型过程中新崛起的一支专业力量,显现出强大的生命力。
本届模展较全面地反映了当前切削技术和刀具进步的概貌,为参观者提供了丰富的信息和资源,将推动模具切削加工技术的进步。展望未来,刀具和模具作为制造业的基础工艺装备,模具和切削加工工艺共同被列入国家“十二五‘三基(机械基础件、基础制造工艺和基础材料产业)’”发展规划的支持行业,通过规划的实施,两者将携手加速我国装备制造业由大变强的进程。

 


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