高速加工技术的应用和发展前景

发布日期：2011-11-25    兰生客服中心    浏览：2444

前言
    目前国际上对高速加工尚无明确、统一的定义。一般认为，凡切削速度、进给速度高于常规值5～10倍以上，可称为高速加工。目前适用于进行高速切削的加工中心，其主轴转速一般都在10000r/min以上，有的可高达60000～100000r/min，主轴轴承的dn值高达2×10的6次方，主轴电机功率15～80kw。不同行业对进给量和快速行程速度有不同的要求，大约在30～100m/min的范围内变化。除了具有上述高速性能外，加工中心的主轴和工作台还应具备极高的加速度性能，主轴从启动到最高转速(或相反)只用1～2s的时间，工作台的加(减)速度要达到(1～10)g(g=9.81m/s2)。上述运动指标都比目前普通数控机床高5～10倍以上。近年来，国内外各工业部门，特别是航空航天、汽车工业、模具工业和摩托车工业等对高速加工中心的需求量与日俱增，美、日、德、瑞士和意大利等工业发达国家已生产多种商品化产品。
    高速加工技术与一般加工方法相比有以下优点：(1)加工时间大幅度缩短，只有原来的1/4左右，意味着一台用于高速加工的高速机床可以代替4台普通cnc机床；(2)高速加工时，机床的激振频率很高，远离“机床—刀具—工件”工艺系统的固有频率，工作平稳，振动小，所以其加工表面质量很高，无需再进行其它表面处理工序；(3)单位时间的材料切除率可增加6倍，故生产率极高；(4)切削力可减少80%以上，尤其是径向切削力大幅度降低，零件变形小，加工时基本不产生热量，所以特别有利于薄壁细筋件的加工；(5)高速加工采用小直径刀具、小切深、小切宽和快速多次走刀来提高效率，而传统的加工一般采用大直径刀具、大切深、大切宽；(6)高速机床的投资回收快，可缩短交货期，减少车间占地面积，减少工人数量。
    一般来说，高速加工中心都是全数控机床和高精度机床，其传动和结构的最大特点是实现了机床的“零传动”。这种传动方式的主要特点是，取消了从驱动电机至工作部件(主轴、工作台等)之间的一切中间机械传动环节(皮带、齿轮、滚珠丝杠、螺母等)，把传动链的长度缩小为零。零传动不但大大简化了机床的传动与结构，而且还显著地提高了机床动态灵敏度、加工精度和工作可靠性，是一种新型的传动方式。
高速电主轴
    电主轴是高速加工中心的主要部件，其机械结构虽不复杂，但要求的加工精度极高，关键零件的材质和热处理要求都较严格，是一种机电一体化的高科技产品，整个部件必须在恒温、洁净的环境中进行装配和调校。其性能参数和制造质量的高低，在很大程度上决定了整台高速加工中心的加工速度、工作精度和生产效率。电主轴是一套组件，它包括电主轴本身及其附件：电主轴、高频变频装置、油雾润滑器、冷却装置、内置编码器及换刀装置等。
目前国外较流行的电主轴参数如下：
机床类型——额定扭矩(nm)——转速(r/min)——刀柄
钻铣床——0.02～10——40000～150000——hsk e25/e32，sk120或弹簧夹头
小型加工中心——4～70——20000～60000——hsk e32/e40/e50/e63/a63
中型加工中心——16～200——12000～30000——hsk e50/e63/a63/a80/a100
龙门加工中心——70～300——8000～24000——hsk a63/a80/a100
电主轴所融合的技术包括：
    高速轴承技术：电主轴通常采用复合陶瓷轴承，特点是耐磨、耐热，其寿命是传统轴承的几倍，有时也采用电磁悬浮轴承或静压轴承，内外圈不接触，理论上寿命无限长。
    高速电机技术：电主轴是电机与主轴融合在一起的产物，电机的转子即为主轴的旋转部分，理论上可以把电主轴看作一台高速电机，其关键技术是高速度下的动平衡。

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