从CIMT2021部分钻削中心展品看相关技术发展趋势

第十七届中国国际机床展览会（CIMT2021）于2021年4月12-17日在北京成功举行。笔者仅对展出的部分钻削中心进行评述探讨。

展品主要特点为：机床结构布局，类似立式加工中心，多数为十字滑台式，也有龙门式（1台）；电机与传动部件采用直联式，响应快，振动小；主轴锥柄BT30；主轴采用陶瓷轴承，转速进一步提升，大多主轴转速在12000-24000r/min；主电机功率一般为3.7-5.5kW，个别型号也有7.5 kW和10.1kW；三轴（X、Y、Z）滚动导轨和滚珠丝杠，响应速度快，运动平稳，利于实现高速运动，快速进给48-60m/min；三轴（X、Y、Z）行程基本在500/400/350mm，个别型号为1000/600/350mm（龙门式）；工作台尺寸（620-700）mm×（400-600）mm，个别1200mm×600mm（龙门式），负荷250-400kg；定位精度0.005-0.008mm，重复定位精度0.003-0.006mm；基本上采用转塔式刀库，刀数在16-21把，个别14把；换刀动作通过Z轴的升降同时完成，节约换刀时间，换刀时间分别为0.7-1.6s（T-T），1.3-2.4s（C-C）。数控系统采用发那科、三菱的较多，有些产品配置了自行开发的系统。笔者也了解到，境内很多企业与华中数控紧密合作，开发了自己的数控系统。机床全重2250-3500kg，个别款型（龙门式）6000kg；占地面积1600mm×2600mm，个别款型（龙门式）2760mm×2600mm。

1．部分展品介绍

（1）深圳市创世纪机械有限公司（简称台群精机）

展品为T-500B 高速钻攻机。

该机床铸件采用对称结构、热平衡设计方法，改善结构热变形，有利于提高机床热稳定性。大型立柱，大跨距底座，六点支撑结构，提高了高速位移时的刚性及抗振性，有利于加工过程的良好稳定性。机床大倾斜排屑角度，有效提升排屑效果，加快切削液的回流速度。底座与宽型立柱基座采用米汉纳（Meehanite）铸铁，其特殊的金相结构和严格的制程控制，使其具有良好力学性能（强度、刚度等），不易扭曲变形。

低惯量主轴电机与低惯量主轴采用直联式驱动。响应速度快，降低高速攻牙时皮带传动所造成的误差，延长刀具寿命；主轴采用陶瓷滚珠轴承，延长主轴使用寿命。主轴从0加速到15000 r/min只要0.8s，大幅提升主轴应答能力，缩短在刚性攻牙过程中所需大量加减速动作的反应时间；攻牙时可以达到4000r/min（加速时间只要0.3s），大幅提高攻牙效率。

X、Y、Z三轴为滚动直线导轨；消除间隙的滚珠丝杠；采用伺服电机，三轴加速度达到1.5/1.2/1.1G，短距离移动时更能缩短定位时间。快移速度48m/min，节省了加工时间，提高加工效率。

转塔式刀库，刀具交换装置由凸轮式驱动机构，通过Z轴移动完成换刀过程，换刀速度快。

主要参数：工作台尺寸 620mm×400mm，行程（X/Y/Z）500/400/320mm，主轴锥孔BT30，主轴转速50-24000r/min，快速进给60m/min（面访数据，样本为48m/min），主电机功率3.7/5.5kW，刀库容量21把，换刀时间分别为1.2s（邻刀）和2.0s（远刀），定位精度0.006mm，重复定位精度0.004mm，工作台最大负荷250kg。

（2）舒能数控机床有限公司（简称舒能数控）

展品为SNSK T600高速钻攻中心。

该机强度高，刚性、减震性、耐磨性好，基础零部件可在较长时间内保持较好初始精度。

主轴电机与主轴采用直联式，低噪音，低震动，主轴响应速度快，便于实现高速切削，高精度线性滚动导轨和滚珠丝杠。

三轴快速进给48m/min，三轴工作进给24m/min，主电机功率3.7/5.5 kW，刀库容量16把，定位精度0.008mm，重复定位精度0.006mm，工作台最大负荷300kg。

（3）深圳市兴富祥科技有限公司（Henfux）

展品为HSVTP -500T高速钻攻中心。

该产品床身、箱体等主要铸件采用米汉纳铸铁并经时效处理，结构坚固且不易变形。    主电机和主轴采用直联式，响应快，振动小。高速主轴采用陶瓷轴承，主轴转速20000 r/min。

X、Y、Z各轴均采用直线滚动导轨，预拉伸的滚珠丝杠，以消除热变形的误差。高刚性结构设计，提供足够的稳定性，适用于高速运动和加工，高速进给48m/min。

采用转塔刀库，刀库座采用铸造铝合金，重量轻，韧性好，不易折断、变形。运动惯量小，有利于换刀时的快速运动。

主要参数：工作台尺寸650mm×400mm，行程（X/Y/Z）500/400/330mm，主轴锥孔BT30，主轴转速20000r/min，快速进给48m/min，切削速度30 m/min，主电机功率2.2/3.7 kW，刀库容量16把，换刀时间1.3s，定位精度0.008/300mm，重复定位精度0.005/300mm，工作台最大负荷250kg。

（4）南通中南智能科技有限公司（简称中南智能）

展品为T6钻攻中心。

该产品为床身宽幅跨距结构，滑台移动平稳，可承受重切削。电机与主轴采用直联式，采用3.7/5.5KW高转矩电机，主轴锥孔为BT30，主轴转速20000r/min。

X、Y、Z三轴采用高强度重切削线性滚动导轨及预拉伸方式处理的滚柱丝杠，有利于提高移动效率，减少热变形。三轴快速进给48m/min。

转塔式前置刀库，容量16把。满足不同需求。

紧凑的外型尺寸设计，缩小了占地面积，提高厂房的空间利用率。

主要参数：工作台尺寸700mm×400mm，行程（X/Y/Z）600/400/320mm，主轴锥孔BT30，主轴转速20000r/min，快速进给48m/min，主电机功率3.7/5.5kW，刀库容量16把，定位精度0.008mm，重复定位精度0.005mm，工作台最大负荷250kg。

（5）广东润星科技有限公司（简称润星科技）

展品为HS-500T高速钻攻加工中心。

该产品床身、立柱等主要零件通过机床动力分析和有限元分析，几何结构优化，抗振性、热稳定性较好。采用高强度铸铁，更加坚固；树脂砂工艺铸造，变形小，外形美观。

主轴与主电机及 X、Y、Z 三轴驱动系统均采用直联式传动，响应快，振动小。精密滚珠丝杠及滚珠导轨，提高启动速度，确保传动效率。快速进给达60m/min。

采用伺服驱动转塔式刀库，双机械滚轮机构完成换刀，换刀时间短。

主要参数：工作台尺寸650mm×400mm，行程（X/Y/Z）500/400/300mm，主轴锥孔BT30，主轴转速24000r/min，快速进给48m/min，切削速度1-20m/min，主电机功率3.7/5.5 kW，刀库容量21把，换刀时间分别为1.6s（T-T）和2.4s（C-C），定位精度±0.005/300mm，重复定位精度±0.003/300mm，工作台最大负荷300kg。

（6）山东蒂德精密机床有限公司（简称蒂德精机）

展品为VT60B龙门式高速钻攻中心。

该机床身等支撑件采用人造花岗岩，热稳定性、抗振性能均较好。因铸成后基本不再加工，加工残余应力小。

机床总体布局为龙门式，工作台沿床身做Y向运动。滑座在横梁上做横向X轴运动，主轴箱在滑座上做Z轴的上下移动，有效避免了运动部件的悬伸，具有更高的刚性和精度。

主电机与主轴采用直联驱动，主轴响应快，振动小。丝杠由大扭矩交流伺服电机通过直联驱动，保证机床高动态性。采用预拉伸静音精密丝杠，定位精度高，利于实现快速定位。X、Y、Z三轴采用高刚性线性导轨支撑，可承受较重负荷，快速移动。

主要参数：工作台尺寸1200mm×600mm，行程（X/Y/Z）1000/600/350mm，主轴锥孔BT30，主轴转速12000r/min，快速进给60m/min，主电机功率3.7/7.5kW，转塔式刀库容量21把，定位精度0.008/全长，重复定位精度0.005/全长，工作台最大负荷400 kg。

（7）兄弟机械商业（上海）有限公司（Brother）

2款展品，分别为SPEEDIO S500×2 紧凑型加工中心和SPEEDIO W100×d1。下面以SPEEDIO S500×2为例介绍。

该机以长期积累的技术数据为基础，分析、设计产品的结构，从而改善机床刚性、抗振性、重切削能力。高加减速、低惯量主轴电机与主轴采用直联式，振动小。高加减速主轴电机的采用，使主轴能在短时间内启动和停止，反应迅速。

采用高性能电机实现中高速切削时的高效率，低速切削时的高负荷。下图分别为标准式样的沟槽加工（切削量150cc/min，材质S45C，刀具Ф16端铣刀）和高扭矩的大孔径加工（孔径Ф40mm，材质S45C）。

三轴采用滚动导轨和滚珠丝杠，阻尼小、响应快；Z轴加速度2.2G，Z轴升降的高加速、高响应，能实现较少的循环时间，提高生产效率。

改良了无传感器的热变位修正系统，实现了更稳定的修正。

刀库动作优化，利用无停顿的ATC代码（G100），在Z向不停止的状态下，完成刀具的交换。且在Z向移动更换刀具的同时进行X、Y轴和附加轴的定位，换刀时间0.7s（T-T）、1.3s（C-C）。不仅使刀具交换时间大幅缩短，还进一步压缩了其他非加工时间。

采用高效率电机、节能泵、LED灯等节能装置，减少电能的消耗；优化空气回路，调节送气时间，在保证粉尘去除能力的同时，减少空气消耗量，从而减少了CO₂的排放，更有利于“碳达标”。

主要参数：工作台尺寸600mm×400mm，行程（X/Y/Z）500/400/300mm，主轴锥孔BT30，主轴转速10000r/min，快速进给（X/Y/Z）50/50/56m/min，切削速度1-30000mm/min，主电机功率10.1/7.1kW，刀库容量14把，刀具最大长度250mm，刀具最大直径110mm，刀具最大重量3kg，换刀时间分别为0.7s（T-T）和1.3s（C-C），各轴双向定位精度0.006-0.02mm，各轴双向重复定位精度0.004mm，工作台最大负荷250kg；机床占地1560mm×2223mm×2794mm，机床重量2250kg。

2．发展趋势

从本届展会的部分展品来看，钻削中心形成以下发展趋势：

（1）结构布局多样化，采用热补偿技术，广泛采用预拉伸丝杠。

（2）新材料的推广和使用。陶瓷（轴承）、人造花岗岩、米汉纳铸铁在支撑件和主要铸件的应用，体现了材料对机床性能的积极影响。严格讲，米汉纳铸铁并非“新”材料，国内称之为密烘铸铁，它由美国米汉纳公司享有专利。指在铁水中加入孕育剂（如：矽化钙等），使金相组织更细密，既有灰铸铁的减震性又有球墨铸铁的高强度和耐磨性特点。相当于250灰铁，属于孕育铸铁。从原材料选择，熔炉设备的设计与操作，造模方法与浇、冒口设计，炉前铁水管治，清箱及后处理，铸件检验步骤，提供确实的且数据化管理方法，保证铸件的均质性，无瑕疵，达到合格的物理、力学性能等，各环节有严格的制程要求，需经过有关方面的认证才能标注。如果我们的材料制造过程也能实现上述的过程控制，也一定能生产出高质量材料，从而使机床性能得到有力提升。

（3）机床设计中引入节能减排的理念。采用节能器件，优化过程控制，从而减低能耗和CO₂排放。这方面有些境外企业做得较好。

（4）伺服转塔刀库。由于特殊结构和工作原理，换刀时间将更短，0.7s（T-T），1.3s（C-C）。并且换刀时各坐标可同步运动。

（5）可带APC，可搭载回转工作台加工空间分布的孔系，配合物流系统及（或）机器人组建生产线。

（6）高生产效率。通过优化主轴及相关部件、刀具、切削参数提高材料切除率，主轴转速24000r/min；利用点位加工的特点，注重采用具有高加减速性能的电机，提高快移速度、加速度，减少辅助时间，速度已到60m/min，加速度（X/Y/Z）1.5/1.2/1.1G，境外有的产品Z轴加速度达2.2G。

（7）位置精度的评定方法更多的采用VDI或ISO标准，使结果更可靠；定位精度更高，500行程0.006mm，重复定位0.004mm。原JIS标准的评定方法使用较少了。

（8）某些厂家开始自主或合作研发数控系统。

（9）应用范围更加广泛。除机械行业外，在手机、PC机、通讯设备等领域的应用日益广泛，加工对象不再拘泥于金属。

近年来，随着社会需求的不断扩大和加深，此类机床得到迅猛发展，生产企业不断增多，生产规模逐年扩大，特点更加明显，功能进一步优化。今后，此类机床将继续保持点位加工、小规格（占地和行程）、钻铣负荷轻、速度快，即：“点、小、轻、快”的基本特征。

（王禹（北京北一机床有限责任公司））

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