“第26屆日本國際機床展” （JIMTOF2012）于2012年11月1～6日在東京舉行。此次參展機床廠商公開了各種采用高附加值技術(shù)的尖端機床，其技術(shù)關(guān)鍵詞可以概括為“JIMTOF”，即（1）J：縮短加工時間、（2）I：與眾不同的能力、（3）M：無人化、（4）T：多能、（5）O：大型化、（6）F：復雜化。

J：縮短加工時間

牧野銑床制作所展出了可縮短加工時間的線切割放電加工機“U3”（圖1）。配備能夠?qū)崿F(xiàn)更微細的電壓控制的電源電路（精加工電路），在將表面粗糙度降至低水平的同時，減少了反復進行放電加工的次數(shù)*1。放電加工一般要對同一處地方數(shù)次反復加工才能完成。通過縮短時間，可降低加工成本。

圖1：線切割放電加工機“U3”（牧野銑床） 通過減少放電加工次數(shù)縮短了加工時間。售價為1420萬日元（不含稅）。

設(shè)想的工件為汽車部件及電子部件等普通部件的沖壓模具以及醫(yī)療器械等大型部件、較厚的部件及人工骨骼等，范圍十分廣泛。主要面向要求表面粗糙度Rz（最大高度）為5μm以下，尺寸精度在±4～5μm以內(nèi)，尺寸精度要求不像精密模具那樣高的工件。

圖2是以U3加工的、用來對汽車安全帶的皮帶扣部分進行沖壓成形的沖頭。使用直徑0.25mm的線電極對材料為模具鋼SKD11、板厚為60mm的工件進行了加工。只加工三次便獲得了Rz為3μm的平滑表面。

圖2：汽車安全帶皮帶扣部分的沖頭 用U3加工而成。加工次數(shù)由四次減至三次，加工時間縮短了30分鐘。

加工時間為190分鐘。而原來的線切割放電加工機需要加工四次，比U3多一次，加工時間長達220分鐘，比U3長30分鐘。

一次放電加工也能獲得較高的筆直度

沙迪克公司開發(fā)的新型線切割放電加工機“SL600G”也能縮短加工時間（圖3）。不僅更新了作為心臟部的NC電源裝置，還增加了可提高加工精度的放電控制功能，從而兼顧了高速度和高精度。

圖3：線切割放電加工機“SL600G”（沙迪克） 同時兼顧了高速性和高精度，還可縮短加工時間。售價為1980萬日元（不含稅）。

為了實現(xiàn)高速化，通過采用雙核型CPU提高了NC電源裝置“SPW電源”的處理速度。還結(jié)合使用了通過包覆導電性出色的鋅來提高放電效率的線電極“獵鷹”，從而實現(xiàn)了工件的高速加工。比如，加工次數(shù)為一次時，加工時間最多可縮短50％，進行更高精度的4次加工時，時間同樣可以縮短30％。

圖4為將一個工件加工成7個沖頭的樣品，Rz為2.3μm。通過將加工次數(shù)由原來的5次減至4次，將加工時間由16小時27分鐘縮短到了11小時40分鐘，縮短了近5個小時（約3成）。

圖4：沖模樣品 使用SL600G，用一個工件同時加工成7個。加工時間比原來縮短約三成。

以高速化為前提實現(xiàn)高精度的技術(shù)為這種加工作出了貢獻。其中之一是該公司開發(fā)的可提高加工筆直度的“Tycoless控制”技術(shù)。進行線切割放電加工時，在放電反作用力以及靜電吸引力的作用下，線電極會發(fā)生振動。因此，線振幅較大、位于厚度方向的工件的中央附近的去除量便會增加，凹陷成逆“鼓”狀（弓狀）。而且，工件越厚，這種影響越大。

于是，新控制技術(shù)通過精細地控制電壓和電流等措施，在允許振動的同時，使線電極從上端到下端沿著工件的厚度方向均勻靠近。這樣一來，上端到下端的去除量不均就會減小，即便加工次數(shù)只有一次，也能提高筆直度。以厚度為200mm的工件為例，加工一次時，筆直度為3μm以下。而原來的筆直度為20μm左右。

I：與眾不同的能力

在多數(shù)機床以鋼或鋁合金制成的工件為加工對象的形勢下，唯獨SUGINO MACHINE公司通過巧用高壓水，實現(xiàn)了對玻璃、碳纖維、鈦合金等高難加工材料的支持，表現(xiàn)出了出色的加工能力。

SUGINO MACHINE開發(fā)出了適合用于以難切削材料制成的小工件微細加工的噴水式加工機“KATANA2”（圖5）。主要用于加工鈦合金醫(yī)療部件、由化學強化玻璃制成的智能手機部件、由碳纖維強化樹脂（CFRP）制成的飛機部件等。

圖5：噴水式加工機“KATANA2”（SUGINO MACHINE） 使用高壓水來加工難切削材料。售價為1100萬日元（不含稅）起。

KATANA2更新了含有噴嘴的刀頭。具體而言，通過將用來噴出高壓水（含有石榴石研磨材料）的噴嘴的直徑縮小至0.3mm等措施，實現(xiàn)了微細加工。而原來的噴嘴直徑為1.0mm。

除了縮小噴嘴直徑之外，還采用了將研磨材料料均勻摻入高壓水的機制。首先，制造出專用研磨材料供應(yīng)裝置，并改用更加準確地控制研磨材料供應(yīng)量的方法。SUGINO MACHINE稱，以往“采用像沙漏的沙子一樣依靠重力落下的方法”。而且，新方法可從所有側(cè)面（所有圓周方向）向高壓水中投放研磨材料。而以往只能從一個地方投放研磨材料。另外，還配合噴嘴直徑的縮小，采用了粒徑更小的研磨材料。

SUGINO MACHINE使用KATANA2，加工出了用來連接骨骼的骨板樣品（圖6）。采用鈦合金制成，厚度為0.5mm。可在兩分鐘以內(nèi)完成加工。還使用相同厚度的鈦合金，制作出了形狀更為復雜的微細加工樣品。

圖6：骨板和經(jīng)過復雜加工的樣品 用KATANA2加工而成。均由鈦合金制成，厚度都是0.5mm。

KATANA2還具有運行成本比原來減少40％的優(yōu)點。原因有以下三個。第一是減少了研磨材料用量。第二是將制造高壓水的水泵由油壓式改成了電氣（伺服馬達驅(qū)動）式，從而實現(xiàn)了節(jié)能化。第三是因為使用粒徑更小的研磨材料，所以可減小噴嘴的摩耗，從而降低了切削刀頭的更換頻率。

M：無人化

在本屆JIMTOF上，通過無人化來降低成本的理念也十分引人注目。松浦機械制作所展出了5軸控制加工中心（MC）“MAM72-35V PC32”，不僅可配備多個工件和刀具，而且通過搬運和更換刀具的自動化實現(xiàn)了無人化（圖7）。設(shè)想的工件為飛機、汽車、醫(yī)療及刀架領(lǐng)域的部件。

圖7：5軸控制MC“MAM72-35V PC32”（松浦機械） 實現(xiàn)了無人化加工。包含可選配的托盤系統(tǒng)和刀具庫在內(nèi)，售價為4880萬日元（不含稅）。

圖7在MC上結(jié)合使用了可選配的塔型托盤更換裝置（托盤系統(tǒng)）“PC32”。最大可容納32個直徑350×高300mm、重量為60kg的工件。而且，還安裝了可以選配的刀具庫“Matrix Magazine”。此次展示的是可容納320把刀具的機型（圖8），還備有最多可配備520把刀具的機型。

圖8：刀具庫“Matrix Magazine” 可容納320把刀具。還備有最大可配備520把刀具的產(chǎn)品。

托盤系統(tǒng)中嵌入的機器人將工件逐個從倉儲間搬運到MC的加工部位。然后，內(nèi)置于MC的夾具裝置便自動將工件固定在工作臺上。接下來，MC便開始按照準備好的加工數(shù)據(jù)切削工件。切削時，根據(jù)粗加工、精加工、立銑刀、鉆頭及銑刀加工等切削種類，由自動換刀裝置（ATC）從刀具庫中選出所需要的刀具，安裝在MC的主軸上。加工結(jié)束后，再由托盤系統(tǒng)的機器人將加工好的部件放回托盤系統(tǒng)的倉儲間內(nèi)。通過這種機制實現(xiàn)了無人化。

T：多能

天田公司一直致力于開發(fā)可增加機械加工種類的多能機床。該公司的復合加工機“V8G”在為車床追加銑床功能之后形成的（基于車床的）復合加工機中新配備了研磨功能（圖9）。在將工件安裝在主軸上的一次裝夾時，除了車削和打孔加工之外，還能進行研磨。因此，與原來需要反復多次裝夾時相比，縮短了加工時間。

圖9：基于車床的復合加工機“V8G”的加工部（天田） 在主軸下側(cè)設(shè)置了研磨系統(tǒng)。除了車削和車銑加工之外，還可進行研磨。售價為3800萬日元（不含稅）。在JIMTOF上展出了附帶搬運機器人和夾頭裝置等選配件的5200萬日元（不含稅）產(chǎn)品。

設(shè)想的工件為鋼制棒狀部件，也就是軸承。最大可加工直徑200×長350mm的工件。具體而言，加工對象為汽車凸輪軸、滾珠絲杠、刀架及模具部件等。還能對淬火后的工件進行車削。

該復合加工機在夾持工件并使其旋轉(zhuǎn)的主軸下方配備了研磨系統(tǒng)，在內(nèi)部嵌入了直徑355×厚50mm的砂輪。進行車削及車銑加工時，為了防止排出的切屑或冷卻劑進入砂輪一側(cè)，需要用護蓋罩住砂輪。研磨時打開護蓋，由砂輪旋轉(zhuǎn)來研磨工件。研磨系統(tǒng)與轉(zhuǎn)塔刀具臺一樣，沿著XYZ三軸方向移動，可以研磨工件的最佳位置。

因為可將原來分開的切削工序和研磨工序合并，所以可縮短工件裝卸及定位等非加工時間。比如，可使刀架的加工時間縮短約45％，模具沖切時間縮短約52％。

O：大型化

機床還在不斷滿足工件的大型化要求。三菱重工業(yè)公司追求以高精度切削大型工件。為此，該公司開發(fā)出了3軸控制的門式MC“LH250”。

該MC能以與小型MC同等的高精度加工尺寸為進深1000×長（寬）2500mm、重量最大為3噸的工件。通過減小主軸與各軸的振動并盡量減小熱位移，在增大機身尺寸的同時，實現(xiàn)了很高的加工精度。

設(shè)想的工件為汽車車身及座椅等的模具、飛機鋁合金部件，以及用來搬運智能手機用有機EL面板的托盤等。為了能夠一次將多個有機EL面板豎放在托盤的溝槽上搬運，在長達1200mm的托盤上，將相鄰溝槽的間距精度控制在了±2μm以下。而原來的門式MC為±10μm左右。

圖10是LH250加工的汽車座椅用模具。是用來對汽車的CFRP座椅成形、以灰鑄鐵（FC材料）制成的模具。因減小了熱位移，邊緣部分也沒有刀痕（Cutter Mark）及不平整現(xiàn)象，加工出了光滑的表面。而以前熱位移會導致刀具位置發(fā)生變化，造成模具表面出現(xiàn)刀痕和不平整現(xiàn)象。

圖10：用LH250加工的汽車座椅用模具 用該模具可對汽車的CFRP座椅成型。因為減小了熱位移，模具表面看不到切削刀痕和不平整之處。

F：復雜化

面向復雜加工的機床也相繼亮相。中村留精密工業(yè)是開發(fā)出了面向需要復雜加工的工件的機床。那就是可對棒狀工件打出任意角度的斜向孔（斜孔）、基于車床的復合加工機“NTJ-100”。設(shè)想用于油壓設(shè)備的控制閥用閥芯等的加工。

通過使裝有多個刀具的刀具臺（轉(zhuǎn)塔）旋轉(zhuǎn)，使刀具以傾斜于工件的角度旋轉(zhuǎn)。而以前的轉(zhuǎn)塔不能旋轉(zhuǎn)，所以打斜孔時，需要使用預先找好角度的專用刀具夾（Tool Holder）。

新型復合加工機將夾持工件并使其旋轉(zhuǎn)的主軸設(shè)置在左右兩側(cè)，并在上下配備了兩個轉(zhuǎn)塔。還為其中的上塔追加了以Y軸（機床的進深方向）為中心軸旋轉(zhuǎn)的機構(gòu)（B軸）（圖11）。這樣一來，上塔除了沿著X軸（機床的垂直方向）、Y軸、Z軸（機械的左右方向）三個方向直線移動之外，還能沿著B軸旋轉(zhuǎn)182 °。因此，可以通過使用鉆頭等的車銑加工方式，打出具有任意角度的斜孔。

圖11：基于車床的復合加工機“NTJ-100”（中村留精密工業(yè)） 在夾持工件的主軸上方配置的上塔追加了用來使其旋轉(zhuǎn)的機構(gòu)（B軸）。通過調(diào)整旋轉(zhuǎn)角度，可在棒狀工件上打出任意角度的斜孔。售價為3500萬日元（不含稅）。

打孔加工一般需要立銑刀、中心鉆頭及鉆頭三種刀具。使用立銑刀是因為在打孔之前需要切削出與該孔垂直的平面。因此，以前需要根據(jù)所要求的孔的角度，準備三個專用刀具夾。比如，要打兩個角度不同的斜孔時，需要2×3＝6個專用刀具夾。這種刀具夾的單價高達50萬～60萬日元，所以會造成加工成本上漲。新型復合加工機不需要為專用刀具夾花費成本。

可配備到刀塔上的刀具數(shù)量多也是NTJ-100的特點之一。為了在端面配備一般只能安裝在刀塔圓筒面的刀具，中村留精密工業(yè)精心設(shè)計了上塔。通過這種方法在端面追加了6把車刀。通過使上塔旋轉(zhuǎn)，可以使用安裝在端面的車刀來車削工件。這樣一來，上塔可以安裝的刀具就增加到了30把。因刀具數(shù)量增加，便可減少更換刀具的麻煩。

旋轉(zhuǎn)刀具來切削

山崎馬扎克公司向復雜機構(gòu)發(fā)起挑戰(zhàn)，開發(fā)出了可進行獨特切削的車床“ORBITEC 20”。該公司擺脫傳統(tǒng)車削方法，轉(zhuǎn)換了思想，通過固定工件時使刀具沿著外周或內(nèi)周移動，實現(xiàn)了車削。設(shè)想用來加工機油行業(yè)使用的大型閥門、工業(yè)機械用曲軸以及軸承外殼等。

旋轉(zhuǎn)的主軸（軸頭）為接近900mm直徑的大圓盤狀，里面配置了偏心小圓盤，從小圓板伸出刀具并固定（圖12）。可以按照小圓板的角度，調(diào)節(jié)軸頭（大圓板）中心到刀具之間的距離。還安裝了此時使刀具相對于軸頭中心方向保持一定角度的機構(gòu)，可以朝著工件中心伸出刀具（X軸）。

圖12：車床“ORBITEC 20”的機構(gòu)（山崎馬扎克） 在大圓板中設(shè)置了用來固定刀具的小圓板。通過使小圓板旋轉(zhuǎn)，可調(diào)整距大圓板中心的距離（偏移量）。在固定工件的情況下，通過使刀具移動來車削。售價為1.076億日元（不含稅）。

進行外徑加工時，可以加工直徑最大為450mm的工件。軸頭的轉(zhuǎn)速最大為600rpm，因以大尺寸部件為對象，所以圓周速度很快，可以進行車削。山崎馬扎克稱，因為不必大幅轉(zhuǎn)動大尺寸部件，所以可實現(xiàn)穩(wěn)定加工。

此次展出的ORBITEC 20的另一優(yōu)點是，加工大型閥門部件等端面（與管道的連接部分）時，刀痕會變成同心圓狀（周方向），流體不容易泄露。以前使用銑刀等旋轉(zhuǎn)刀具切削時，切削刀痕是與刀具直徑相當?shù)男�圓弧狀，端面的直徑方向也會出現(xiàn)刀痕，所以可能會導致流體泄露。（日經(jīng)技術(shù)在線！ 供稿）