通过JIMTOF2018来谈一谈目前最先进的机床设备以及加工技术​

1.前言

11月初,晚秋的气温不冷也不热,就好似风和日丽的春日, JIMTOF2018(第29届日本国际机床展览会)于2018年11月1日(星期四)~ 6日(星期二)期间在东京国际展览中心举办。在JIMTOF2018举办之前,于美国芝加哥举行的IMTS2018(美国国际制造技术展,统称芝加哥展)的参展者、展位及到场人数均创历史新高,并以盛况闭幕。之后举办的JIMTOF2018也从第一天开始就有许多参观者来到会场,让人感受到了日本国内制造业的大好光景(图1)。

制造业迎来信息化时代,美国提出IoT(物联网:Internet of Things)、德国提出工业4.0,日本国内制造业的环境正在发生变化。在这样的情况下开始了机床制造和IT领域的融合,这次在很多展位上都出现了工业和软件相结合的提案。尤其是NC控制器,正在经历着互联网、多功能和高度化的发展,比如对5轴控制分析中心(下文中统称为MC)的NC编程的自动生成等技术在今后的发展情况进行了介绍。此次我们参观了许多展位,从中获得了很多前沿的消息,并以机床为中心进行简单的汇报。


图1 JIMTOF2018展示会现场(东京·Big Sight 国际展示中心会场)

2.信息化时代的数控机床

在JIMTOF2018之前,于美国举办的IMTS2018,以IoT为基础,介绍了互联网和NC控制系统的高性能化等许多的新机轴。现在IoT,人工智能(AI)等技术对零部件生产的影响迅速增加,在机床和IT的融合中,机床的发展逐渐从硬件部分转移到系统开发等软件领域。此次以日本机床工业会为主导,从展示会场中展示的300多台机器的状况中也可以看出一些端倪。

例如图2是以智能仿真为主题的信息化面板的展示。也就是说,主要介绍了主轴和传送轴的AI机械诊断和考虑运转状况的功能,开放网络、生产现场可视化、MT连接等关联功能。

图3是变种变量生产系统的网络介绍,例如人工智能的振动抑制功能、加工状态的判断功能、桌面功能和人工智能健康监视功能。

图4是利用人工智来对机床停止时间的原因进行分析的实例说明,其中,通过机床从X轴的负载状况中发现较低的负载,并执行较高功率的切削。

图5是通过平板电脑和智能手机能够实时看到MC的NC控制器屏幕的系统。例如,可以在外出的时候看到在生产现场运行的样子,特别是在中小企业中会很方便。

图6是利用被称为Vision B.T.S.的CCD相机进行工具损坏检测和具有加工物件检测功能的设备的参考展览。特别是事前用照相机拍摄工具和加工物件,与CAD/CAM数据对照,如果有异常就会发出警告,在切削加工中起到防患于未然的作用

图7在面向5轴控制MC的NC程序自动生成系统的实演中,事先进行加工物件的安装位置的固定、应用工具及模拟,指示灯开始时自动进行切削。NC编程的自动化已经在3D打印机中实现,但在5轴控制MC中还是第一次尝试。除此之外也能看到NC装置的新技术,例如作业者不需要对MC输入NC程序,只要用声音就能使之开始切削的系统登场。加工形状的切削距离越短,NC程序的指令和切削的传送速度所产生的差别就越大。不过,因此MC的传送驱动系统的加减速控制被提高,能够进行MC的传送驱动系统的加减速控制。

图8是搭载了与加工物件的加工形状相对应、具有指示实际输送速度的功能的NC控制装置的MC。

图9是搭载了在NC程序运作时,可以自动修正在输出的点组误差的功能的大型5轴控制MC的实际演示、实现了流畅的曲面形状的样本展示。除了网络特征之外,有很多新进展的NC控制器,未来,这种趋势将会更加明显,目前NC切削的高度化进程正在发展,并且在向着新的技术进步着。


图2以“Smart Factory”为主题的信息化面板介绍(OKUMA)


图3介绍变种变量生产系统的网络(Mazak)


图4根据机械停止理由的分类和车床加工进行AI 事例分析的介绍(OKUMA)


图5可以通过平板电脑和智能手机来实时观测NC 控制装置画面的系统装载MC和实演(KITAMURA)


图6CCD 相机的工具损坏检测,以及加工工件检测装置(VisionB.T.S) 的介绍 (MAKINO)


图7内置自动程序设计系统的NC控制装置搭载MC与实演(KITAMURA)


图8可以显示最佳速度的NC控制装置搭载MC与实演(Sodick)


图9搭载可以自动修正NC程序输出时的点群偏差的NC控制装置的大型5轴控制MC的实演

3.5轴控制MC、复合加工机、超精密加工机的最新动向

零部件的生产在向着工程集约,高精度化等附加价值化的方向发展。在5轴控制MC和复合加工机的生产现场已经算是比较常见了。这次的展会上也有很多相关的产品展出。例如图10,以齿轮解决方案为主题,用复合加工机进行齿轮的切割、工程集约的展示以及专用铣刀等方面的介绍。

图11是用在大型复合加工机上的大型齿轮的切削实演和样本介绍。

图12是具有高速旋转轴的5轴控制MC的演示,能够通过包含旋削在内的多种切削方式来实现工程集成。

图1 3的5轴控制MC是具有轻量紧凑的冷却主轴头(HSK-A63)并且能够敏捷传送动作的结构,可以进行中至大型部件的高精度精加工切削以及模具的抛光,而且时间还会缩短。

图14也是通过控制MC的实演以及切削样品等方式来对多形状单夹头切削进行介绍。

图15是拥有能够进行微小直径切削的高速旋转主轴(每分钟4万次旋转)的5轴控制MC,具有高精细控制特性,实现了微细形状的高效率切削。此次展出的复合加工机及5轴控制MC暗示了今后的生产设备的发展方向。另外,还有以工程密集型、高精度、高效率切削为目标的高精度切削样品展示等。另一方面,工业产品的智能化、超精密、微小零件的切削也备受瞩目。

图16是用于精密切削(1/ 1000μm)的超精密微切削MC,该NC设备是最新开发的,具有诸如输送驱动系统等新轴线,处于世界顶级水平。

图17提供了以1000兆分之1的超短脉冲激光器(称为“Lotus Pattern”)为例的表面改进而成的模仿莲叶表面形状的加工图案的示例。该加工图案在金属可以产生泼水效果,目前正在尝试把该图案运用到多种地方,进而扩大适用范围。例如,用在部品成型上的话,因泼水现象,可以提高离型性。


图10复合加工机的齿轮切削实演和样品介绍(Mazak)


图11大型复合加工机的大型齿轮切削实演和样品介绍(Mazak)


图12拥有高速旋转轴的5轴控制MC的实演和样品介绍(Matsuura)


图13拥有能够进行冷却处理主轴的面向中~大型零部件的5轴控制MC和样品介绍(MAKINO)


图14中~大型零部件用5轴控制MC和样品介绍(DMG MORI)


图15可以进行微小径立铣刀切削,并拥有高速旋转主轴的面向精密型零部件的5轴控制MC和样品介绍(Mazak)


图16实现超精密切削的超精密·微细切削用MC(Sodick)


图17被称为“Lotus pattern”的超短脉冲激光表面改质事例(MAKINO)

4.开始变化的NC磨削盘

在此次展会上,面向NC磨削盘的新型开发产品备受关注,这也意味着NC磨削盘新时代的到来。例如,图18提供了一种新的应用建议,其在介绍五5控制磨削盘的同时,使用专用CAM进行NC编程,搭载了可以自由完成曲面研磨的功能,提出了新的应用方案。

图19是可与加工物件同步旋转、能够磨削多样截面形状的多边形磨削盘。可以磨削的适用范围得到扩大。

图20是与5Waylap盘具有类似功能的两面精密磨削盘。通过将工件设置到沿旋转方向旋转的载体上,无需安装夹具即可进行磨削。在机器人自动操作演示中,将其导向微米超精密磨削。


图185轴控制磨床和CAM的样品介绍(Okamoto)


图19具有多边形功能的磨床和加工事例(Okamoto)


图20利用双面卷板方式的无冶具双面精密磨床(NAGASEi)

5.AM领域的参展动向

IMTS2018中,在宽阔的空间内引入多种多样的AM(Additive manufacturing,附加制造),引起许多参观者的关注。此次的JIMTOF2018也有很多类似的展览,主要是由各大机床制造商出展。而在美国,该产品已经适用于大批量零部件的生产,并开始采用了新的零部件生产方式。被称为3D打印机的生产方式是指,具有能够通过复杂的3D数字直接制造出复杂形状的零部件的特征,介绍了很多使用金属材料的加工事例。

比如说图21介绍了设置有金属粉末层叠造型装置和切削等后加工用的水泵螺旋组件。

图22介绍了在S45C的母材上熔接纯铜的混合材料加工物件。

图23介绍了根据金属粉末积层造型的复杂形状来处理样本的展示。

图24是通过激光熔射而产生的层叠造型,对母材是SCM440、移动部是SKD61、滑动部由滑动灯6的混合材料构成的卷晶片的介绍。

图25是介绍由摩擦搅拌器(FSW)引起的金属接合的现场演示和加工物件试用品的介绍。另一方面,在美国,AM的普及十分迅速,HP(惠普)、GE(通用电气)等机床制造商以外的领域也开始引进金属AM,达到传统方式的50倍的高生产率。以新的视角以及擅长的软件领域进行市场开拓。期待今后在日本国内也能迅速开展,不过,首先要从AM引进的环境构建,以及积极的零部件生产的对策出发。


图21具有基准面的金属粉末积层3D 打印机(Sodick)


图22S45C和纯铜混合材料的零部件与AM实演(Mazak)


图23金属粉末积层造型装置和样品介绍(Matsuura)


图24AM的实演以及由混合素材构成的滚压头的介绍(OKUMA)


图25摩擦搅拌接合实演和样品介绍(Mazak)

6.依靠机器人的自动生产适用范围扩大

世界范围内的零部件生产现场的机器人实现自动化,从以前还需要依靠工作人员进行的生产开始实现全自动生产。现在机器人的适用从机器加工现场转移到了组装工作上,也出现了与人合作的机器人,因此机器人的作用正在发生很大的变化。

图26展示了把机器人设置在机器内,被称为“超融合内置机器人”,不需要进行专业的操作教学学习,只要掌握和机床相同的操作方法就可以轻松驾驭。最近开发出了通过共同指令操作机械和机器人的软件,操作机器人变得更加容易,在这种背景下,“超融合内置机器人”的使用范围逐渐扩大。

图27是打开MC的门进行加工物件的装卸的实际演示,完全由机器人进行全部的工序。

图28是在自动运送车上安装机器人,加工物件和工具的供给、装卸等整体自动生产现场设想的现场演示。如今,全球范围内使用机器人的自动生产正在扩大,制造现场的无人化、自动化是现实的、需要努力的应对措施。


图26超融合内置机器人的实演(OKUMA)


图27打开MC 的门进行工件的装卸工作的机器人(OKK)


图28在自动搬运车上装载机器人系统,进行加工工件和工具的供给。安装卸载等全自动生产现场设想的表演 (MAKINO)

7.结束语

随着信息化时代的到来,越来越多的机器人被应用到实际的生产车间,人和电脑各司其职,工作区分越来越明确,这也体现了制造业今后的发展方向。切削技术也有了新的提案,零部件的生产也有了新的变化。在计算机方面,AI技术备受瞩目,能够根据积累的数据准确地进行判断,从而有效的利用。

今后,对机床、工具、Touring以及测量机械制造商来说,将会增强他们对生产现场的信息化的提案能力。例如,高级切削的实现,需要选择最合适的工具,根据切削条件的数据库提供合适的情报等。此次的JIMTOF2018在各个领域都有很多提案,给人以拉开新一代零部件生产序幕的印象。

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