高速加工机床及关键技术的新进展

高速加工机床及关键技术的新进展

湖南大学!"#$$%&’郭力

刘建宁

盛晓敏

摘要)介绍了高速加工机床新进展*对超高速机床的几个主要关键技术++高速主轴单元,(

高速主轴轴承,直线电机进给驱动系统,高速机床控制系统以及高速加工刀具进行了探讨-并就我国发展超高速机床技术进行了讨论*关键词

高速机床

高速主轴

直线电机

高速刀具

超高速加工是指高于常规切削速度.倍乃至十

几倍条件下所进行的切削加工*例如在实验室中-铝合金加工已达/$而在实际生产中也达到$$401023

磨削中单层镀了#.$$5..$$*在实验室中-01023砂轮磨削速度达6目前正探索.速度$$-$$017017

的磨削4而实际生产中也达到了&.$*017

超高速加工不但可以大幅度提高零件的加工效率,缩短加工时间,降低加工成本-而且可以使零件的表面加工质量和加工精度达到更高的水平*

陶瓷球密度低-离心力小4刚度高4发热少4热稳定性好4寿命长4为了增加轴承滚道的耐磨性-可以对滚道进行涂层处理或其他表面处理*这种轴承转速比温升可减少6相应规格的钢轴承提高.$=以上-.=

弹性模量是轴承钢的#这种轴承的极5/$=-<.倍*限转速与其润滑方式有着重要的关系*一般多采用油气润滑和喷油润滑*油气为空气与油的混合-压缩空气!来自工厂气源-经精细过滤器’常供-而油!少数厂家还加某种添加剂’采取定时-必需的最小量的方式供给*油气润滑轴承极限转速可以达!#<%5

/

&<#’Q#$&<61*喷油润滑轴承极限转速可达!;023

/

这种润滑方式会污染环境*一般5&<.’Q#$1-;023

高速机床的主轴加工单元

高速主轴单元是高速,超高速加工机床最为关键的部件*其主要类型有电主轴*在国外-具备各种先进的电气驱动和控制技术的电主轴已经达到专业化生产和商品化供应-如瑞士的8公司生产的279:;

这些技术包括可实现准停的变频驱动-变速电主轴*

精度在$带>轴功能的<.=以内的优化矢量控制-矢量控制*在这些主轴单元中-主轴套筒外径从665&.$%$$$100有十多个规格*转速最高可达#;

功率最大可达?电主轴$F?上--023@A*在BCDE是机床制造技术中最热门的功能部件-参展商达6/家*而且瑞士著名的C2LG;H3机床厂的成员IJ:K公司已专业生产电主轴部件*M:G

在高速主轴系统中成功地采用了各种超高速轴承*这种轴承是高精度陶瓷球角接触球轴承,磁力轴承,流体动静压轴承-要求主轴高速旋转时有较高刚度和承载能力-且要求有较长的使用寿命*

为了减小高速旋转时产生的离心力-高精度陶瓷球角接触球轴承中-滚动体使用热压氮化硅陶瓷材料-轴承内外圈仍为轴承钢*这种轴!I2N"’6

承为密珠结构-接触角为#而且是外径定心的保.O-持器-前后两个支承处安排两个背靠背安装陶瓷轴

采用迷宫和压缩空气外吹的密封方式-且这两种润滑方式均需要专门的润滑装置*

流体动静压轴承在高速主轴系统中也应用较公司在VWC%多*美国S$$高速加工中心3T:;7HUU

上采用液体动静压轴承-主轴转速可超过&$$$$1;

轴颈表面圆周速度达.-$*轴承的特点为高023017压,大间隙,小孔节流*国外从F$年代开始投入大量人力物力开发高速动静压轴承-对这种轴承的刚度,承载能力,温升,稳定性作了大量地研究*目前-美国已推出了主轴转速超过"$$$$1;023的高速液体动静压轴承-润滑剂采用水*高速液体动静压轴承设计同时-高速动静压轴承与主制造技术在美国已成熟*轴系统一体化技术也在发展中*

磁悬浮轴承因其不可比拟的优越性而受到青

/

睐*目前-磁力悬浮轴承的X值可达"Q#$00R03

承载力达6轴向静刚度达&动1-$$@N-@N1Y0-;023

刚度达#可靠性超过"$$$$$*瑞士SN1Y0-9Z[T公

司主轴制造厂制造的采用磁悬浮轴承的主轴单元-主轴转速可达&最高可达$$$$5"$$$$1-;023&$$$$$1*德国\]^;023^公司采用的磁浮轴承砂

/

承*这种轴承的P轮主轴-转速可达/Q#$1-$$$$1*目前市场上有00R;023;02303值已超过&

万方数据

新技术新工艺‘_R机械加工与自动化&$$#年第6期R"R

%.家公司可以供应带!"#$&’(和日本)*+,-)*+,+磁悬浮轴承的电主轴/

综上所述%目前高速大功率主轴单元中%基于功采用陶瓷混合球轴承或液体动能和经济性的要求%

静压轴承/但随着主轴向更高速发展%磁悬浮轴承是各研究机构和制造商更为重视的研究和应用领域/

传统的(M程序存!)L(M代码/但在高速条件下%

在很多问题%诸如应采用特殊的编程方法%使切削数据适合高速主轴的功率特征曲线的问题S如何解决高速加工时MCTUMT’高速通信时的可靠性问题等%需进一步研究加以解决/

高性能的刀具系统技术

对安装在超高速主轴上的旋转类刀具0包括砂轮1来说%刀具的结构安全性和高精度的动平衡是至关重要的/当主轴转速超过D一方面HHHHC5B+3时%由于离心力的作用使主轴传统的>VAN锥度端口产生扩张%刀具的定位精度和连接刚性下降%振动加剧%甚至发生连接部的咬合现象/另一方面常用刀片夹紧机构的可靠性下降%刀具整体不平衡量的影响加强0与转速平方成正比1德国开发出8)/为此%W短锥空心柄1连接方式和对刀具进行等级平衡及主0

轴自动平衡的系统技术/8)W连接具有很高的接触刚度%夹紧可靠%重复定位精度高%适合于AHHHHEN?HHHC5B+3的超高速主轴/而主轴自动化平衡系统能把由刀具残余不平衡和配合误差引起的振动降低RHX以上/近几年开发了不少适合于超高速切削的刀具%采用比强高的刀体材料和零件少2简单2安全的刀体结构%同时具有较短切削刃%较大刀尖角2较强断层能力和经过优化设计的切削几何角度/如今一些刀具公司已能提供具有8)W接口和不同平衡精度的超高速刀具%如WL’I已%Y和)TU9!M用于飞机和汽车的高速加工/

高速机床的进给驱动系统

超高速机床要求进给系统有与主轴高转速相应的高速进给运动0空行程时的移动速度更高1直线%电机驱动实现了无接触直接驱动%避免了滚制丝杠齿轮2齿条1传动中的反向间隙2惯性2摩擦力和刚0

度不足等缺点%可获得高精度的高速移动并具有极好的稳定性/最早开发使用进给直线电机的美国!34公司%在其89’:加工中心的;%$*56-77<%=轴上

进给最高速度达>使用了永磁式直线电机%?@ABC进给加速度达D意大利9+公司%ED@F/B+3$$-7G-3*

生产的高速卧式加工中心%三轴采用直线电机%进给速度三轴均达到>加速度达到DH%/德国的BCB+3$

采用4AN卧式加工中心%IJK*77L公司生产的;8M了!公司的直线驱动电机%最高进给速度可3O5#B#P

达?加速度为DH%/在MR>上德国西门BCB+3$!’Q子公司作了直线电机D该AHBCB+3高速进给表演%公司直线电机最大进给速度达A最大推HH%BCB+3力可达?最大位移距离为F?HHHN(%BB/目前直线电机加速度可达A另外%日本’#@F$以上/G#,公司的直线电机也在市场中占较大份额/

高速加工机床的控制系统

目前%主轴电机的设计仍然是在现有的矢量控制变频调速交流电机的基础上%优化现有的技术%采用更复杂2性能更好的半导体器件和处理速度更高的处理器以及进一步优化矢量控制技术等/

高速机床中%数字主轴控制系统和数字伺服轴驱动系统应具有超高速响应特征/主轴单元的控制除了要求控制主轴电机时有很高的快速响应系统%

特性之外%对主轴支撑系统也应该有很好的动态响应特性/采用液压或磁悬浮轴承时%要能够根据不同的 …… 此处隐藏：6069字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……