一、簡介

　　高速切削的基本理論在80多年前就已提出，近十幾年來，機(jī)床各主要單元技術(shù)（如電主軸技術(shù)，高精度、高速度CNC技術(shù)）迅速發(fā)展，極大地促進(jìn)了高速機(jī)床的制造水平，高速切削技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛。應(yīng)用已遍及汽車、航空航天、模具以及精密機(jī)械行業(yè)。

二、高速加工的論述

　　高速加工機(jī)床的性能優(yōu)點(diǎn)：高速度:提高加工效率；小切深：能得到較高的加工精度；干式切削：環(huán)保；切削力小，切削溫度低；直接加工硬化材料；加工薄壁零件：減小零件變形；工藝集中。

　　高速加工機(jī)床的關(guān)鍵技術(shù)：硬件技術(shù)：數(shù)控機(jī)床和刀具；軟件技術(shù)：數(shù)控編程技術(shù)（CAM系統(tǒng)）。

　　高速加工對(duì)機(jī)床的要求：主軸轉(zhuǎn)速高、功率大。目前，高速加工機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速一般都在10000r/min以上，為一般機(jī)床的10倍主電動(dòng)機(jī)功率一般為22KW以上，以實(shí)現(xiàn)高效率、重工序切削；進(jìn)給量和快速行程速度高：為一般機(jī)床的10倍左右，可大幅度提高機(jī)床的生產(chǎn)率；主軸和工作臺(tái)（拖板）運(yùn)動(dòng)的加（減）速度高：加減速為1-8g；優(yōu)良的靜、動(dòng)特性以及熱特性 ：高速切削時(shí)，機(jī)床各運(yùn)動(dòng)部件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度很高，運(yùn)動(dòng)副結(jié)合面之間將發(fā)生急劇的摩擦和發(fā)熱，同時(shí)，高的加速度也會(huì)對(duì)機(jī)床產(chǎn)生很大的動(dòng)載荷。因此，在設(shè)計(jì)、制造高速機(jī)床時(shí)，必須在傳動(dòng)和結(jié)構(gòu)上采取特殊的工藝技術(shù)，使高速機(jī)床既具有足夠的靜剛度，又有足夠的動(dòng)剛度和熱剛度；與主要部件的高速度匹配的輔件：數(shù)控系統(tǒng)功能優(yōu)良。

　　高速加工對(duì)CAM軟件的要求：

　　　　１、基本要求：

　　　　　　1)安全性；2)驗(yàn)證機(jī)構(gòu)；3)多種加工策略；4)軌跡編輯功能；5)豐富的數(shù)據(jù)接口。

　　　�。�、特殊要求：

　　　　　　1)自動(dòng)生成高速加工的工藝參數(shù)：系統(tǒng)根據(jù)被加工材料、工藝特點(diǎn)、機(jī)床性能、刀具等參數(shù)，自動(dòng)生成工藝參數(shù)，并允許編程人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化；

　　　　　　2)生成平滑的刀具軌跡 ：高速加工的進(jìn)給量很高，要求刀具軌跡盡量平滑，避免突然換向，否則刀具有可能沖出預(yù)定的軌跡，造成過切；

　　　　　　3)進(jìn)給量優(yōu)化：能夠根據(jù)加工瞬時(shí)余量的大小，由CAM系統(tǒng)自適應(yīng)的對(duì)進(jìn)給量進(jìn)行優(yōu)化處理，使刀具以不斷變化的切削速率加工零件；

　　　　　　4)減少加工數(shù)據(jù)量 ；

　　　　　　5)毛坯余量知識(shí) ：系統(tǒng)能夠自動(dòng)記錄每個(gè)加工步驟之后的毛坯余量。

　　高速加工機(jī)床的主要部件：高速主軸部件（電主軸）；高速進(jìn)給驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)系統(tǒng)；能夠提供高速進(jìn)給控制的機(jī)床數(shù)控裝置；包括安裝、夾緊、快速交換以及實(shí)現(xiàn)動(dòng)平衡的高速刀具系統(tǒng)；適用于高速切削的工件裝夾裝置；高效冷卻和排屑裝置；可靠的安全防護(hù)和監(jiān)測裝置；動(dòng)、靜、熱特性好的床身、立柱和工作臺(tái)等支承部件。

　　國產(chǎn)高速機(jī)床改進(jìn)的唯一目的：適應(yīng)速度快，精度更高。

三、高速主軸技術(shù) 

　　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、油霧潤滑器、冷卻裝置、內(nèi)置編碼器、換刀裝置等。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子直接作為機(jī)床的主軸，主軸單元的殼體就是電動(dòng)機(jī)機(jī)座，并且配合其他零部件，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)與機(jī)床主軸的一體化。 

　　機(jī)床主軸由內(nèi)裝式電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，從而把機(jī)床主傳動(dòng)鏈的長度縮短為零，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床的“零傳動(dòng)”。這種主軸電動(dòng)機(jī)與機(jī)床主軸“合二為一”的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)形式，使主軸部件從機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)和整體結(jié)構(gòu)中相對(duì)獨(dú)立出來，因此可做成“主軸單元”，俗稱“電主軸”(ElectricSpindle,Motor Spindle)。 Electro spindle、Motor Spindle、Motorized Spindle或“直接傳動(dòng)主軸”(Direct Drive Spindle) 

　　高速主軸系統(tǒng)構(gòu)成：主軸電動(dòng)機(jī)、支撐軸承、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、預(yù)緊系統(tǒng)、電氣驅(qū)動(dòng)。

電主軸的工作原理簡介

　　電主軸支撐軸承：高速電主軸的軸承的性能對(duì)電主軸的使用功能和使用壽命有重要的影響，因此它應(yīng)具有以下特點(diǎn)：高速回轉(zhuǎn)精度、徑向和軸向剛度高、溫升較小以及使用壽命長。支承方式有通常包括球軸承、滾動(dòng)軸承；磁懸浮軸承、氣靜壓軸承液動(dòng)壓軸承等電主軸的電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式普通變頻器標(biāo)量驅(qū)動(dòng)和控制。

　　驅(qū)動(dòng)控制特性為恒轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)，輸出功率和轉(zhuǎn)速成正比，在低速時(shí)的輸出功率不夠穩(wěn)定，不能滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求，也不具備主軸的準(zhǔn)停和C軸控制功能——實(shí)現(xiàn)主軸周向任意位置控制的功能 ，但價(jià)格較為便宜。

　　矢量控制驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)和控制：其控制特性為：低速端的恒轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)以及中、高速端的恒功率驅(qū)動(dòng)。有開環(huán)和閉環(huán)控制兩種。在閉環(huán)工作方式下，可通過主軸上的位置傳感器，來實(shí)現(xiàn)位置和速度反饋，獲得更好地動(dòng)態(tài)性能，并可實(shí)現(xiàn)主軸的準(zhǔn)停和C軸控制。

四、高速機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)

　　高速機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的要求：高速度（60m/min;有時(shí)120m/min)；高加速度；高靜態(tài)、動(dòng)態(tài)精度；高可靠安全性；成本較低。

　　高速機(jī)床用的進(jìn)給系統(tǒng)主要有：高速滾珠絲杠副傳動(dòng)系統(tǒng)；直線電動(dòng)機(jī)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。其中，直線電動(dòng)機(jī)具有比滾珠絲杠副進(jìn)給系統(tǒng)更優(yōu)良的加速性能，正在成為現(xiàn)代高速加工機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的基本傳動(dòng)方式。而滾珠絲杠副傳動(dòng)動(dòng)態(tài)特性差，高速下熱變形嚴(yán)重等缺陷，不適宜直接使用。

滾珠絲杠副傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)高速化方法：

　　提高系統(tǒng)剛度；增大絲杠螺母導(dǎo)程和螺紋頭數(shù)；強(qiáng)制冷卻，減少熱變形；采用新型螺母結(jié)構(gòu)；陶瓷等新材料制造滾珠；對(duì)螺母預(yù)緊力進(jìn)行控制；采用螺母旋轉(zhuǎn)，絲杠不動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方案；采用雙電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)；直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

五、高速加工機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)

　　影響高速加工精度的原因：位置滯后誤差；加減速引起的滯后誤差；插補(bǔ)周期大��；輪廓誤差。

　　高速加工機(jī)床技術(shù)要求：高速處理程序段；迅速準(zhǔn)確地處理控制信息流，控制加工誤差為最小；足夠容量，或可通過網(wǎng)絡(luò)傳輸大量數(shù)據(jù)；高速工作主軸電動(dòng)機(jī)、進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)、傳感器；高可靠性、安全性。

下面介紹一款意大利西曼斯的高速加工機(jī)床:

　　意大利西曼斯CMS五軸龍門加工中心POSEIDON系列高速加工中心

　　該加工中心最大主軸轉(zhuǎn)速10000rpm。X軸3800-11700mm，Y軸3300mm，Z軸1800mm。采用橋式結(jié)構(gòu)，龍門電氣雙驅(qū)、齒輪齒條結(jié)構(gòu)，適合于任何非金屬材料和輕鋁合金材料的中、大型工件的五軸聯(lián)動(dòng)加工。

項(xiàng)目 工作臺(tái)最大承載量kg/m2 X軸行程mm Y軸行程mm Z軸行程mm 龍門立柱跨距mm 主軸端部至工作臺(tái)距離mm 最大進(jìn)給速度m/min 最大加速度m/s2 最大轉(zhuǎn)速rpm 最大輸出功率kw 最大輸出扭矩Nm. 截面尺寸mm

38/53/68/83/98/117 15000Xm2 3800/5300/6800/8300/9800/11700 3100/3300 1200/1500/1800 4470 最低點(diǎn)：0~500，最高點(diǎn)：1500~2050 30 3 10000，8000（當(dāng)滑枕為CAC結(jié)構(gòu)時(shí)） 26，32（當(dāng)滑枕為CAC結(jié)構(gòu)時(shí)） 500，611（當(dāng)滑枕為CAC結(jié)構(gòu)時(shí)） 590*590

　　需要了解更多詳情的加工中心，可來電咨詢范總13306110090，郵箱fq@lanshengcnc.com，也可電話咨詢0519-88113113