高速加工中心特点和发展浅析

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欢迎访问e展厅 展厅 1 加工中心/FMS展厅 车铣加工中心, 铣削加工中心, 钻铣加工中心, 镗铣加工中心, 五轴加工中心, ... 高速切削(High Speed Cutting)研究可追溯至30年代由所罗门(Salomons)所提出并获得德国的专利。经过几十年的努力和高速切削的相关技术逐渐地成熟，至今，高速切削技术正在迅速崛起的一项先进制造技术，对机械制造业发展产生了深远的影响。实现高速切削的最关键技术是研究开发性能优良的高速切削机床，自20世纪80年代中期以来，开发高速切削机床便成为国际机床工业技术发展的主流。目前适应高速切削加工要求的高速加工中心和其它高速数控机床在工业发达国家内已是普及应用的趋势，而我国也正在加快发展高速加工中心的生产和研究应用，据初步统计，最近几年进口高速加工中心高达数亿美元，已是我国许多产业部门的进口热点。 下面介绍高速加工中心的特点和发展： 高速主轴 高速主轴是高速加工中心最关键的部件之一。目前主轴转速在20000～40000r/min的加工中心越来越普及，一些欧洲的高速加工中心的主轴转速已经达到60000r/min，转速高达100000r/min以上超高速主轴也正在研制开发中。高速加工中心的转速、马力、动态平衡、刚性、锥度孔型及热变形特性等，对高速加工中心的刚性和热稳定性都有相当程度的影响。这样就要求高速加工中心主轴和电机合二为一，制成电主轴，实现无中间环节的直接传动，减少传动部件，具有更高的可靠性。 主轴主轴轴承也是决定主轴寿命和负荷容量的关键部件。为了适向高速切削加工，高速加工中心的主轴设计采用了先进的主轴轴承的润滑、散热技术。目前高速主轴主要采用3种特殊轴承：(1)陶瓷轴承；(2)磁力轴承；(3)空气轴承。主轴轴承润滑对主轴转速的提高起着重要的作用，高速主轴一般采用油空气润滑或喷油润滑。 高速进给系统 提高切削进结速度是提升加工效率所必须的。目前高速加工中心的切削进给速度一般为20－40m/min，有的直线电机驱动X、Y轴的立式加工中心超高速定位速度达140m/min，有的高速加工中心进给速度高达208m/min。要实现并准确控制这样高的进给速度，对高速加工中心导轨、滚珠丝杆、伺服系统、工作台结构等提出了新的要求。直线电机的成熟应用使高速加工中心在效率、精度和实用性方面翻开了新的一页。直线电机为非接触的直接驱动方式，移动部件少，无扭曲变形问题，采用这种技术，机床制造达到了传统滚珠丝杆所无法达到的水平。直线电机具有高加速度和减速特性，加速度可达2g，为传统驱动装置的10－20倍，进给速度是传统的4－5倍。 高速CNC控制系统 高速加工中心要求CNC控制系统具有快速数据处理能力和高的功能化特性，以保证在高速切削(特别是4－5轴坐标联动加工复杂曲面时)仍具有良好的加工性能。高速加工中心须选择传输速度快，CPU运算速度快，预读单节及NURBS功能等适当的CNC控制器，才能发挥高速切削加工的效能。OPEN架构及PC－Based也是发展的一个新潮流。结合PC在通讯及网络上的发展，建立参数资料库系统、CAD/CAM整合模拟系统及标准化电控模组，也是未来发展的新趋势。 高速CNC数控系统的数据处理能力有两个重要指标：一是单个程序段处理时间，为了适应高速，要求单个程序段处理时间要短，为此，需使用32位CPU和64位CPU，并采用多处理器；二是插补精度，为了确保高速下的插补精度，要有前馈和大数目超前程序段处理功能，此外，还可采用NURBS(非线性B样条)插补、回冲加速、平滑插补、钟型加减速等轮廓控制技术。高速切削加工CNC系统的功能特征包括：(1)加减预插补；(2)前馈控制；(3)精确矢量补偿；(4)最佳拐角减速度。 高速切削刀具 已发展的刀具材料主要有聚晶金刚石(PCD)、聚晶立方氮化硼(PCBN)、硬质含金涂层刀具、陶瓷刀具等，都能适应铝合金、铸铁、钢和耐热合金的高速切削，其切削水平如下：铝合金2500～5000m/min(Si含量≥12%为500～ 1500m/min)，铸铁500～ 1500m/min，钢300～1000m/min，淬硬钢、耐热合金100～400m/min，铁合金90～ 200m/min。有关研究机构正开发新的刀具材料，向更高的切削速度发展。 要对刀具结构进行动平衡，特别刀柄外伸较长的刀具必须进行动平衡，以防止高速引起离心力使抗弯强度和断裂韧性都较低的刀柄或刀片发生断裂，对高速加工中心和操作者带来危险。 刀柄系统选择也会影响自动换刀的重复精度和刀具切削刚性。目前刀柄系统一般选择7:24锥度的单面夹紧刀柄系统，ISO、CAT、DIN、BT等都属此类，两面定位刀具系统有HSK、KM、NC5、BIG-PLUS、WSU、ABSC等。 高速加工中心温控系统 高速加工中心的热特性是指高速加工中心结构在其内部热源和外部热源的作用下，产生结构变形和对加工精度影响的特性，为了改善高速加工中心的热特性，一般采用温控循环水(或其他介质)来冷却主轴电机、主轴轴承、直线电机、液压油箱、电气柜，有的甚至冷却主轴箱、横梁、床身等大构件。此外，还可采用低膨胀系数的铸铁来作高速加工中心的主轴箱体，以减少主轴的热伸长和主轴部件的热变形。 其它 为了使高速加工中心正常运行和发挥效能，高速加工中心总体结构上还要设置刀库及换刀装置、冷却系统、温控系统、安全防护与实时监控系统、刀具破损监控、刀具长度及直径的激光检测装置、光栅尺测量系统和排屑装置等。这里不一一介绍。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (11/17/2004)