DMC2010现代模具制造技术及设备评述

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㎜。