高速加工技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展前景

前言
    目前國(guó)際上對(duì)高速加工尚無(wú)明確、統(tǒng)一的定義。一般認(rèn)為，凡切削速度、進(jìn)給速度高于常規(guī)值5～10倍以上，可稱(chēng)為高速加工。目前適用于進(jìn)行高速切削的加工中心，其主軸轉(zhuǎn)速一般都在10000r/min以上，有的可高達(dá)60000～100000r/min，主軸軸承的dn值高達(dá)2×10的6次方，主軸電機(jī)功率15～80kw。不同行業(yè)對(duì)進(jìn)給量和快速行程速度有不同的要求，大約在30～100m/min的范圍內(nèi)變化。除了具有上述高速性能外，加工中心的主軸和工作臺(tái)還應(yīng)具備極高的加速度性能，主軸從啟動(dòng)到最高轉(zhuǎn)速(或相反)只用1～2s的時(shí)間，工作臺(tái)的加(減)速度要達(dá)到(1～10)g(g=9.81m/s2)。上述運(yùn)動(dòng)指標(biāo)都比目前普通數(shù)控機(jī)床高5～10倍以上。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外各工業(yè)部門(mén)，特別是航空航天、汽車(chē)工業(yè)、模具工業(yè)和摩托車(chē)工業(yè)等對(duì)高速加工中心的需求量與日俱增，美、日、德、瑞士和意大利等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已生產(chǎn)多種商品化產(chǎn)品。
    高速加工技術(shù)與一般加工方法相比有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)加工時(shí)間大幅度縮短，只有原來(lái)的1/4左右，意味著一臺(tái)用于高速加工的高速機(jī)床可以代替4臺(tái)普通cnc機(jī)床；(2)高速加工時(shí)，機(jī)床的激振頻率很高，遠(yuǎn)離“機(jī)床—刀具—工件”工藝系統(tǒng)的固有頻率，工作平穩(wěn)，振動(dòng)小，所以其加工表面質(zhì)量很高，無(wú)需再進(jìn)行其它表面處理工序；(3)單位時(shí)間的材料切除率可增加6倍，故生產(chǎn)率極高；(4)切削力可減少80%以上，尤其是徑向切削力大幅度降低，零件變形小，加工時(shí)基本不產(chǎn)生熱量，所以特別有利于薄壁細(xì)筋件的加工；(5)高速加工采用小直徑刀具、小切深、小切寬和快速多次走刀來(lái)提高效率，而傳統(tǒng)的加工一般采用大直徑刀具、大切深、大切寬；(6)高速機(jī)床的投資回收快，可縮短交貨期，減少車(chē)間占地面積，減少工人數(shù)量。��
    一般來(lái)說(shuō)，高速加工中心都是全數(shù)控機(jī)床和高精度機(jī)床，其傳動(dòng)和結(jié)構(gòu)的最大特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了機(jī)床的“零傳動(dòng)”。這種傳動(dòng)方式的主要特點(diǎn)是，取消了從驅(qū)動(dòng)電機(jī)至工作部件(主軸、工作臺(tái)等)之間的一切中間機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)(皮帶、齒輪、滾珠絲杠、螺母等)，把傳動(dòng)鏈的長(zhǎng)度縮小為零。零傳動(dòng)不但大大簡(jiǎn)化了機(jī)床的傳動(dòng)與結(jié)構(gòu)，而且還顯著地提高了機(jī)床動(dòng)態(tài)靈敏度、加工精度和工作可靠性，是一種新型的傳動(dòng)方式。��
高速電主軸
    電主軸是高速加工中心的主要部件，其機(jī)械結(jié)構(gòu)雖不復(fù)雜，但要求的加工精度極高，關(guān)鍵零件的材質(zhì)和熱處理要求都較嚴(yán)格，是一種機(jī)電一體化的高科技產(chǎn)品，整個(gè)部件必須在恒溫、潔凈的環(huán)境中進(jìn)行裝配和調(diào)校。其性能參數(shù)和制造質(zhì)量的高低，在很大程度上決定了整臺(tái)高速加工中心的加工速度、工作精度和生產(chǎn)效率。電主軸是一套組件，它包括電主軸本身及其附件：電主軸、高頻變頻裝置、油霧潤(rùn)滑器、冷卻裝置、內(nèi)置編碼器及換刀裝置等。
目前國(guó)外較流行的電主軸參數(shù)如下：
機(jī)床類(lèi)型——額定扭矩(nm)——轉(zhuǎn)速(r/min)——刀柄
鉆銑床——0.02～10——40000～150000——hsk e25/e32，sk120或彈簧夾頭
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
龍門(mén)加工中心——70～300——8000～24000——hsk a63/a80/a100
電主軸所融合的技術(shù)包括：��
    高速軸承技術(shù)：電主軸通常采用復(fù)合陶瓷軸承，特點(diǎn)是耐磨、耐熱，其壽命是傳統(tǒng)軸承的幾倍，有時(shí)也采用電磁懸浮軸承或靜壓軸承，內(nèi)外圈不接觸，理論上壽命無(wú)限長(zhǎng)。��
    高速電機(jī)技術(shù)：電主軸是電機(jī)與主軸融合在一起的產(chǎn)物，電機(jī)的轉(zhuǎn)子即為主軸的旋轉(zhuǎn)部分，理論上可以把電主軸看作一臺(tái)高速電機(jī)，其關(guān)鍵技術(shù)是高速度下的動(dòng)平衡。