CIMT2025部分超声加工机床及相关设备评述

　　CIMT2025(第十九届中国国际机床展览会)于4月21-26日在北京隆重举办。展会之后，主办方中国机床工具工业协会收到来自协会分会的展品评述文章，现部分编发供业界参考。文章观点仅代表作者本人。

　　在CIMT2025展会，笔者关注到有20家展商(国内14家、国外6家)展示了数控超声加工机床、超声清洗设备、超声去毛刺机床和机床附件式超声装备，本文对部分展品进行简单评述。

　　一、数控超声加工机床

　　从8家厂商展出的19台超声加工机床来看，数控超声加工机床呈现出大振幅、高效率和智能化等特点，加工效率、加工表面质量和智能化监控等方面均有所提升。

　　1. 实现超声高速、高质和绿色加工

　　德国EXERON公司推出的超声高速加工中心，采用了最大转速42000r/min的超声加工电主轴。中国台湾友嘉国际数控机床有限公司的超声加工中心采用了主轴附加超声刀柄的模块式设计，具备高速、无线传输的特点。汇专科技集团股份有限公司的超声绿色立卧转换五轴联动加工中心，将超声加工系统、微量润滑冷却技术及超临界CO2低温冷却系统融入机床设计，在实现高效高质量加工的同时实现绿色加工。

　　2. 控制系统进一步优化

　　江苏集萃华科智能装备科技有限公司的智慧超声波五轴加工中心，配备西门子Sinumerik ONE系统，具备智慧警示和自诊断功能，极大简化了操作与维护流程。ProcessBox工艺盒子可收集多元数据并通过机器学习优化数控程序，减少辅助加工时间。

　　3. 机床精度和稳定性提高

　　西安超克能超声技术研究院有限公司的超声立式加工中心，可对硬、脆、黏等特殊材料或复合材料进行钻、铣、磨削等加工，具有高刚性、高强度和较好几何形位精度等特点。山东豪迈数控机床有限公司的XSG系列超声精密加工中心，采用龙门结构、直线电机驱动以及全闭环控制，定位精度3μm，其超声波气浮主轴最大转速为60000r/min，可产生30-100kHz的超声高频振动，主要面向硬脆材料和复合材料加工。

　　4. 实现硬脆材料高深径比微孔加工

　　汇专科技的UEM-600型超声雕铣加工中心，采用超声整体式主轴，最高转速可达50000r/min，在单晶硅曲面电极加工上可实现直径0.45mm、深径比55:1的超深微孔加工。苏州尚匠超声设备有限公司的超声振动加工中心，可在碳化硅、氧化锆、氧化铝等硬脆材料实现直径0.1-0.6mm微孔加工，孔损伤得到有效抑制。

　　5. 金属材料微孔加工技术取得突破

　　苏州尚匠的超声振动加工中心通过优化超声振动频率和振幅控制，针对钛合金、高温合金、硬质合金和钨钢等高硬度金属材料实现了高精度微孔加工，最小孔径可以达到0.08mm，而且毛刺得到有效抑制。

　　6. 实现了智能化监测与控制

　　宁庆空天智能装备(南京)股份有限公司的超声龙门加工中心，搭配在线测量和非接触式对刀仪，能在线检测刀具平衡与磨损，并提供了虚拟机床方案，以机床“数字化双胞胎”实现生产流程的可视化。日本发那科的超声加工中心，集成AI伺服监控，通过使用深度学习算法，将与正常加工数据的偏离值量化，无需传感器就可实现可视化主轴和进给轴的变化。深圳市青鼎装备有限公司在清华大学透明超声加工装备研究成果的基础上，推出了基于超声加工技术的刀具磨损状态智能监控系统，可对加工过程中超声频率、电学性能、刀具负载等参数进行识别，监测刀具磨损、崩刃、断刀等状态，可有效利用刀具使用寿命极限，为高附加值零件的精细加工提供稳定保障。

　　7. 向大型复杂结构件矢量化融合加工领域拓展

　　中国机械总院集团江苏分院有限公司的Gm6025大型超声复合钻铣五轴龙门数控机床，能一次性加工各种大尺寸的复合材料工件，实现了RTCP(rotational tool center point，旋转刀具中心点)刀尖跟随程序控制与五轴联动矢量化加工，可满足难加工材料自由曲面、复杂结构件的联动加工以及实际生产的精度效能需求。

　　二、超声清洗设备

　　由3家厂商展出的5台超声清洗设备呈现如下特点。

　　1. 设备功能不断优化

　　美国清洗技术集团的篮筐清洗系统在单个清洗腔内完成清洗、漂洗和干燥，并采用喷淋、浸没、超声波三重清洗工艺。该公司还研发了多频超声波清洗系统，可实现恒温控制水槽温度，提升了自动化控制水平。

　　2. 实现自动化、模块化设计

　　清洗技术集团的MAQ-4-1622模块化水槽清洗系统采用串联式多槽清洗系统，可增加所需水槽的数量进而增加清洗、漂洗或干燥等功能，并采用了全球兼容的西门子控制系统。北京泰拓精密清洗设备有限公司的TCM系列全工艺模块化在线组合清洗系统，采用全工艺模块化单元设计，用户可视实际需求自由配置组合。

　　3. 设备性能进一步提升

　　江苏港星方能超声洗净科技有限公司的CNC数控高压清洗机，采用FANUC Oimate-MF系统，高压泵采用德国WOMA品牌，加装温控系统，有效保证高压泵使用寿命，旋转接头可承受最高700kg水压。

　　4. 自动化程度大幅提高

　　无锡杰瑞德自动化科技有限公司的通过式超声波清洗机、旋转紊流超声波清洗机、多槽机械臂超声波清洗机等，集超声波清洗、喷淋清洗、切风、热风、干燥等工艺于一体。张家港市港威超声电子有限公司的CG-TQ-5多工位真空碳氢超声波清洗机，由脱气超声槽、真空超声槽、真空干燥槽作为主要工作槽，循环过滤系统、真空负压系统、蒸汽浴洗系统、回收系统、水冷却系统等作为辅助功能。

　　三、超声去毛刺机床

　　德国孚尔默公司展出的ultra TEC A25S超声波去毛刺机床，采用高频超声变幅杆，在水槽中受发生器激励产生特定频率和振幅，形成空化气泡非接触去毛刺，保持刃口锋利无热应力，支持钛合金精密部件处理，机床的超声波频率20~35 kHz，振幅±120 µm，适用于航空发动机叶片等零件的加工。

　　四、机床附件式超声装备

　　机床附件式的装备因其具有使用灵活、可适配各种数控机床的特点，日益成为超声系统最重要的研究和应用方向。本届展会共有6家厂商展出多个超声主轴、超声刀柄以及超声加工系统等机床附件式超声加工装备。

　　1. 超声主轴

　　深圳迈菲精密有限公司的超声主轴包括超声电主轴与超声机械主轴，刀具接口包括BT30、HSK-E32等，超声频率覆盖20-60kHz，采用进口无轴承式高速旋转接头的创新结构设计，可调节刀具中心跳动至1μm以下。具有低速高刚性及高速低热伸长特性，兼备低速攻钻与高速铣削优势。

　　2. 超声刀柄

　　(1)结构刚性和加工精度进一步提升

　　深圳迈菲的超声刀柄采用高刚性结构设计，工作频率覆盖20-75kHz，适用于钛合金、不锈钢等金属材料以及玻璃、陶瓷等硬脆材料和复合材料的精密加工，尤其适合复杂曲面和微小结构的高效率、高精度加工。通用性强，兼顾多种CNC设备和个性化需求。

　　(2)加工性能进一步改善

　　汇专科技的超声刀柄工作频率为16-70kHz，最高转速为30000r/min，能有效降低切削阻力，提升切削区域的冷却效果，大幅提升加工效率，延长刀具寿命，广泛适用于钻削、铣削和攻丝等工艺。苏州尚匠的超声振动加工刀柄能使刀具具有104g-105g的加速度，可对工件进行高频切削和分离式间歇性加工，减小刀具所受摩擦，减少热量产生和切削阻力，可充分改善刀具切削性能。

　　(3)智能化水平进一步提高

　　深圳迈菲展出的超声波智慧刀柄基于AI实时监测，实时传输在线检测信号，能精准分析加工数据，通过直观界面呈现刀具健康状态，让加工更加智能和高效。

　　(4)产品种类、加工范围逐渐扩大

　　西安超克能超声技术研究院有限公司展出了超声内孔表面强化刀柄、超声表面强化刀柄、超声车削刀柄和超声切削刀柄等，适用于钛合金、碳纤维、玻璃等难加工材料的加工，满足超低表面粗糙度、高压应力、高抗疲劳性的零件加工需求，相较于磨削、滚压和传统喷丸工艺有很大的提升和改进，已达到镜面加工的水平。

　　3. 超声加工系统

　　常州正河源数控工具有限公司展出的超声波铣削系统，可更换BT系列刀柄及HSK系列刀柄，具有不同机床的适配性。汇专科技展出了双超声(兼具超声切割与铣削功能)绿色系统，超声振动能量转化效率高、振幅大、刀具连续切削温升低，超声切割铣削最高转速为24000r/min，最大超声振幅为50μm。

　　4. 超声振动平台

　　苏州尚匠超声设备有限公司展出的二维超声振动平台通过调控两向超声振动振幅和相位，驱动工件与切削工具之间的相对运动轨迹呈现椭圆形状，提高运动轨迹的交叉和重叠，从而形成有利于改善表面粗糙度和降低切削热的加工效果。此外，工件超声振动对工具没有尺寸要求，还提高了加工过程的控制能力。