【機床商務網欄目 展會快報】引用論文:
 

　　CCMT2024特種加工機床評述組*. 第十三屆中國數控機床展覽會特種加工機床評述[J]. 電加工與模具，2024(3)：15-24.
 

　　DOI: 10.3969/j.issn.1009-279X.2024.03.002
 

　　1評述背景
 

　　由中國機床工具工業協會主辦的第十三屆中國數控機床展覽會(CCMT2024)于2024年4月8日至12日在上海新國際博覽中心隆重舉辦。本屆展會以“聚焦——數字·互聯·智造”為主題，展出總面積達20萬平方米，吸引了全球28個國家和地區近2 000家機床工具制造廠商參展，充分體現了全球機床工具行業正以更堅定的步伐、更清晰的方向，邁向更加廣闊的未來。眾多世界知名機床工具制造商展示了最新技術和產品，其中特種加工機床(包括電加工機床、激光加工機床、增材制造機床等)參展廠商近60家、展示產品130多臺(套)。展會期間，中國機床工具工業協會特種加工機床分會和中國機械工程學會特種加工分會邀請專家組成評述組，通過現場觀摩、資料收集以及與參展廠商的技術交流，并結合特種加工機床的最新發展動態和市場需求，撰寫了本評述報告。
 

　　2展品種類
 

 

　　1   電加工機床
 

　　本屆展會期間，有12家國內外廠商展出23臺數控電火花成形機床、1款電火花專用CAM軟件和3臺(套)自動化單元，參展產品在性能的成熟度、可靠性、穩定性和功能的自動化等方面均有提升；有6家國內外廠商展示了6臺單向走絲電火花線切割機床，18家企業展出了37臺具有多次切割功能的往復走絲電火花線切割機床(俗稱“中走絲”機床)，機床的加工性能、自動化水平、產品外觀質量等方面都有了長足進步。
 

　　1.1   數控電火花成形機床
 

　　(1)新品新技術特點突出。與2023年在北京舉辦的中國國際機床展覽會相比，本屆展會展出的幾款新產品呈現了新的技術特點。
 

　　(2)自動化和產線化明顯。近年來，以電火花成形機床為主體的自動化單元和產線逐漸成為熱點。本次展會有10家企業展示了配置自動升降工作液槽、快換精密夾具、ATC刀庫和機械手等單元部件的電火花成形機床，為以后形成自動化加工單元或組成自動化產線打下基礎。與此同時，制造商越發重視機床設計，比如對床身和重要部件采用有限元技術分析和優化設計；采用高剛性、低熱膨脹系數的鑄造材料，以減少因熱變形造成的精度波動。閉環伺服控制系統已成為大多數中高端機型的標配，定位精度較高。部分參展廠商引入人工智能、物聯網和CAM等技術，在自動監控、遠程控制及易于編程等方面提高了機床的自動化、智能化水平。
 

　　(3)加工性能指標不斷提高。參展展品能針對用戶實際需求，通過大量工藝試驗優化工藝參數、工藝路線和控制策略，有效提高加工精度、降低加工表面粗糙度。
 

　　(4)數控系統功能日趨完善。近年來，我國特種加工機床企業在數控系統方面積極創新研發，自主創新能力也得到提升。本次展會上，國內參展機床的數控系統大多數基于Windows操作系統而自主研發或合作開發，具有數控軸聯動、三維搖動加工、螺距補償、自動回加工起始點、原軌跡回退、自動調取加工參數和抬刀自適應等控制功能，人機界面友好，易于操作。
 

　　1.2   電火花微小孔加工機床
 

　　(1)結構形式和配置更趨科學合理。經過多年的優化改進，電火花微小孔加工機床的結構形式趨向于工作臺固定的雙轉軸牛頭式結構，并配置了高精度旋轉頭和電極扶持器。
 

　　(2)控制功能和加工性能日趨完善。從展品來看，多軸數控電火花小孔加工機床控制功能和加工性能日趨完善，能更好地滿足用戶需求。
 

　　(3)加工范圍和應用領域進一步拓展。隨著新型發動機葉片簸箕孔、化纖噴絲板噴孔等異形孔的加工需求大幅度增加，各廠商在電火花小孔加工機床上開發了相應的功能模塊以及相應的工藝數據庫和專家系統，實現了異形孔的高效率高質量加工。
 

　　1.3   數控電火花線切割機床
 

　　1.3.1   單向走絲電火花線切割機床
 

　　(1)高精度及高加工性能。采用低熱變形礦物質床身、AI熱位移補償技術以及通過保護罩內空氣流通和冷卻工作液在床身內循環等手段均衡調節機床內部溫度，減小由于溫度的變化而導致的機械變形，并配置高精度伺服驅動技術和高分辨率位移傳感器，從而獲得機床高精度和高加工性能。
 

　　(2)連續無人加工實現高運轉效率。不斷完善和優化自動穿絲技術，可進行大厚度穿絲和水中穿絲。將型芯在任意指定位置焊接在型腔中的“加工型芯熔合技術”和將型芯切割為料渣的“無芯加工技術”的應用，實現了多個型腔的高效連續自動加工。
 

　　(3)自動化產線管理提高可用性。由多臺機床、檢測設備、料庫、機械手等組成自動化生產線，通過車間管理軟件進行集中監控和管理，實時監測加工過程、放電狀態以及自動化流程，對偏離標準設定的狀態進行報警及采取對應措施。甚至將物聯網管理納入產線內，以實現任務管理與動態調度、進度監控與信息提取、數控編程與工藝參數優化支持、加工程序傳送和質量信息采集與分析等多維度綜合管理。
 

　　1.3.2   往復走絲電火花線切割機床
 

　　(1)加工性能指標提升。近年來，在大電流切割、納秒級脈沖電源、細絲切割、加工狀態實時檢測及自適應控制技術等方面取得了較大進步，表面粗糙度和加工效率有了進一步提升，最佳加工表面粗糙度可達Ra 0.4 µm。
 

　　(2)新技術應用更受重視。將主機精度、消除電極絲張力變化及抖動對切割表面質量的影響作為重點研究方向，并及時移植到產品上。機床結構部件采用礦物質材料，提高機床精度的穩定性和保持性；進一步優化張力控制系統，保證在不同工件材料、不同厚度和不同加工狀態情況下電極絲張力的穩定性，從而獲得較高的加工精度，切割150 mm厚工件的腰鼓度≤3 µm。
 

　　(3)自動化水平明顯提升。近年來自動穿絲、工作液槽自動升降技術在“中走絲”機床上得到廣泛應用，已有多臺“中走絲”機床與機器人組成的產業化自動生產線在用戶單位落地使用，明顯地提升了“中走絲”機床的自動化技術水平。
 

　　(4)快速應對市場新需求。如今，在大型壓鑄、塑膠模具加工和3D金屬打印件基板切割以及核電、航空航天等領域大尺寸零件加工中應用“中走絲”機床的場景越來越多。制造廠家快速響應市場新需求，開發出大行程、重載并能加工高厚度零件的“中走絲”機床。
 

　　2   激光加工及增材制造機床
 

　　本屆展會激光加工及增材制造機床的展商近30家、展品近50臺。整體來看，國內激光產業發展越發有活力，激光工藝軟件及其CAM軟件的自主研發逐漸成為主流，光纖激光器功率技術與相配的光學元器件技術不斷突破，激光加工裝備的工藝能力、光機電協同控制、模塊化和智能化不斷進步，特別是大功率激光加工裝備的發展勢頭喜人，進一步向自動化、智能化、定制化方向發展。
 

　　2.1   激光切割機床
 

　　隨著超快激光器的快速發展，激光切割機床可對難加工材料如陶瓷、藍寶石和玻璃等進行高精度加工，擴展了激光切割在微電子和消費電子行業的應用。三維激光切割機和超大功率激光切割機的出現，部分替代了傳統的火焰切割、等離子切割、高壓水切割等傳統切割工藝。從本屆展會激光切割機床的技術參數和技術特點來看，高動態特性和萬瓦級激光器成為激光切割機床的標配，機床的智能化趨勢明顯。大功率激光切割在切割速度、應用成本、能量轉換效率和材料適應性等方面具備綜合優勢，此次展出的激光切割設備普遍配置了20、30、40 kW級激光器，部分切割機可配置80 kW激光器。得益于先進的結構形式與新材料的應用，激光切割機床普遍采用直驅直聯的驅動方式，在動態特性方面表現優異，使機床可實現較高的轉速、線速度、加速度或高頻動作，進一步提高其加工效率。
 

　　2.2   管材激光切割機床
 

　　管材激光切割機床專用于切割圓管、方管等。從眾多展品的技術參數和技術特點來看，加工精度不斷提高，模塊化、自動化、智能化方面進步顯著。廠商針對管材切割應用場景，開發了高柔性的半自動/全自動上料模塊、半自動/全自動下料模塊、伺服托料模塊、生產監控模塊、上下游數據交換模塊和管材內壁除渣模塊等，并可根據客戶要求定制全自動管材切割產線。
 

　　2.3   激光精密加工機床
 

　　隨著超快激光技術的發展和進步，皮秒、飛秒等超快激光加工憑借其超越衍射極限的加工精度和極高能量密度等特點在硬質合金、金剛石、陶瓷、藍寶石、半導體材料及各種纖維復合材料等難加工材料的高精度、高效率加工中占有越來越重要的地位，在醫學、微納加工和航空航天等領域展現出巨大的應用潛力。
 

　　2.3.1   水導激光加工機床
 

　　水導激光加工是先將大功率脈沖激光束耦合至水射流，后作用于工件表面進行加工，在保證加工精度的同時無需進行激光聚焦和距離控制。水導激光加工適用于無錐度孔的制備，水射流可降低脈沖激光加工對材料的熱損傷、提高切割邊緣的均勻性、有效避免激光燒蝕后的熔融物附著于加工表面。水導激光加工機床的核心技術在于水射流水柱的直徑和長度。近年來，水導激光加工機床的應用領域逐步向精密精工領域靠攏，隨之而來，水柱直徑不斷縮小、水柱長度不斷增加、光路同步控制性能不斷增強。目前市面上的水導激光加工機床，其制備微孔和深孔的能力不斷提升，配合運動控制系統可實現任意錐度的制孔。
 

　　2.3.2   五軸超快激光加工機床
 

　　為滿足日益增長的三維異形構件加工需求，五軸聯動機床與超快激光加工系統的集成可在發揮超快激光精密加工能力的基礎上增大加工范圍，適用于曲面、復雜型面零部件的鉆孔、焊接、切割、微結構加工和紋理加工。從展品來看，刀具加工是五軸超快激光加床的主要應用方向，而五軸聯動加工系統與超快激光加工系統的集成、專用CAM軟件和面向不同應用場景開發的功能模塊則是各廠家五軸超快激光加工機床的核心技術。
 

　　2.4   激光增材制造機床
 

　　激光增材制造技術為輕量化、超強韌、耐極端載荷和超強散熱等新型結構制造提供了新的解決方案，受益于該技術的優勢特點，激光增材制造機床備受制造業青睞。觀摩展出的激光增材制造裝備發現，激光選區熔化技術(SLM)仍是主流增材制造技術，更多的激光光束與智能化監測控制系統的集成成為激光增材制造機床的發展趨勢。其中，多光束技術提高了工件成形速度、增加了材料沉積率、改善了表面質量；智能化監測系統可實時監測成形過程中的缺陷、溫度變化和材料性能，有助于提升產品質量和一致性。
 

　　4結束語
 

　　特種加工機床作為工業母機的重要品類，是精密加工的關鍵設備，其技術進步與市場需求息息相關。從CCMT2024來看，隨著技術的不斷創新和市場的不斷擴大，國內外廠商推出了各具特色的電火花加工、激光加工等特種加工機床，不乏創新技術和亮點，能滿足不同行業的加工需求。特別是，高功率激光、超短脈沖激光、納秒激光等新激光技術的發展，提高了加工的速度、精度和質量，使激光加工的應用領域不斷擴展；激光增材制造技術從宏觀到微觀層面都充分發揮出構件優化設計優勢，進一步促進了多尺度結構、復雜內部結構設計在航空航天和高端裝備等領域的應用。CCMT2024賦予行業信心，相信在智能制造和高質量發展的大背景下，隨著工業領域從傳統制造向高端制造轉型，特種加工裝備的前景廣闊，必將迎來更為廣泛的應用。
 

　　評述組成員
 

　　吳強(組長)、盧飛星、張寶華、伏金娟、榮佑民、顧琳、丁連同、盧智良、徐均良、王應、王曉娟。