高速銑削加工的現狀和發展趨勢綜述

  • 分類  >  機床 >
  • 高速銑削加工的現狀和發展趨勢綜述
tags: 高速銑削加工 銑削加工    時間:2014-03-14 00:41:42
高速銑削加工的現狀和發展趨勢綜述簡介
    一般來說能稱為高速加工中心的,其切削速度和進給速度為常規的10倍左右,也就是說主軸的轉速超過20000r/min,甚至能達到60000 r/min;切削……
高速銑削加工的現狀和發展趨勢綜述正文

    一般來說能稱為高速加工中心的,其切削速度和進給速度為常規的10倍左右,也就是說主軸的轉速超過20000r/min,甚至能達到60000 r/min;切削速度達到60m/min,甚至120m/min。不僅如此,為了降低輔助時間要求能在瞬間達到高速和在高速行程中瞬間准停。對於多軸聯動的加工中心而言,同時要求在最短的時間內實現自動換刀,並最大限度地縮短切削-切削的時間。迴轉工作台和叉形主軸的運動速度,要高出傳統傳動方式5~6倍。要滿足上述要求,就需要主機在具有高動、靜剛度的同時,還要配備高性能的功能部件,如高速電主軸、直線電機、轉矩電機、高速自動換刀機構和控制系統等。 高速加工中心主要功能部件的發展現狀和趨勢

1.主軸系統

對於高速加工中心而言電主軸已成為機床的核心部件,由於在高速加工領域中多採用小直徑的銑刀(直徑僅0.1~2mm),而要滿足150m/min以上的切削速度就要求提高主軸的轉速。目前,主軸轉速在20000~40000 r/min的加工中心已經越來越普及,如瑞士Mikro公司的XSM400U。該設備的主軸轉速已達到54000r/min,為了適應高轉速所產生的溫升、振動和位移,主軸軸承採用陶瓷軸承、磁力軸承和空氣軸承替代了傳統軸承;同時對主軸高轉速帶來的溫升、位移和振動進行測量、修正和補償,以確保主軸系統的高速度和高精度。目前德國的Kugler公司已生產出採用空氣軸承的主軸最高轉速達160000r/min的5軸高精度銑床,德國Fruanhofer正在研製300000r/min的高速主軸。

2.進給系統

對於高速加工中心而言,高的切削速度固然是主導因素,然而要實現真正的高效加工,提高進給速度和降低輔助時間尤為重要。

由於直線電機技術的迅猛發展,其速度高、加速度大、定位精度和跟蹤精度高及行程不受限制的優勢已充分體現在高速加工中心上,如德國德馬吉公司的DMC75Vinear型高速加工中心,其快速進給速度已達到90m/min,加速度達到2g,相應的定位精度和重複定位精度也有大幅度提高,目前直線電機的發展已經提高到120m/min,甚至200m/min,加速度達到6g,當然如此高的加速度情況下提高機床的剛度就顯得尤為重要。

對於多軸聯動的高速加工中心、迴轉工作台和叉形主軸的擺動和迴轉是通過轉矩電機實現的,它就和直線電機一樣採用了直接驅動的方式來實現高轉速和高加速度,其能達到的角加速度是傳統蝸輪蝸桿傳動的6倍,加速度可達到3g。

直線電機和轉矩電機在高速加工中心上的組合應用為高速度、高精度和高的表面質量加工模具提供了最佳條件。

3.輔助系統

作為高速加工中心重要部件之一的自動換刀裝置(ATC)的高速化也相應成為高速加工中心的重要技術指標。

快速自動換刀技術是以減少輔助加工時間為主要目的,在儘可能短的時間內完成刀具自動交換的技術方法,如採用機械凸輪機構的自動換刀裝置,其速度要大大高於液壓和氣動換刀裝置。日本SODIC公司生產的MC450立式加工中心所採用的換刀機構,刀-刀時間僅0.6s。同時為了提高自動換刀時間還採用了如多主軸換刀、雙主軸換刀和多機械手換刀等方式,如奧地利ANGERG公司生產的多主軸加工中心,實現了切削-切削時間僅0.4s;德國CHIRON公司採用多機械手的換刀機構實現了切削-切削換刀時間僅1.5s。自動換刀機構的發展有力地推動了高速加工的實現。

4.CNC控制系統

要實現高速加工必須配以高性能的CNC控制系統,因為它是決定機床加工速度、精度和加工件表面質量等性能的重要因素。首先在加工高精度空間曲面時,複雜的刀具軌跡需要龐大的加工程序,因此,程序段處理時間的長短是決定CNC控制系統工作效率的重要指標。目前如海德漢的iTNC530數控系統,對程序段的處理時間可達0.5ms。除縮短程序處理時間外,控制系統還具有能以納米的解析度進行工作的Nurbs和樣條插補功能,以便在高速加工的情況下獲得高的加工精度和表面質量。另外,其還必須能與不同廠家的CAD/CAM系統進行連接,尤其對5軸聯動加工,巨大的數據程序可以通過CAD/CAM系統經網路以很高的速度傳送到控制系統上,最大限度的縮短調整時間和編程時間。

機床行業發展趨勢

1.虛擬軸機床

虛擬軸機床由於具有運動慣量小、剛性潛力大、結構簡單、造價低和5軸5面加工等特點,對加工模具具有很大潛力,當前虛擬機床已進入實際應用階段。

目前,虛擬軸機床的熱門產品是瑞典Tricept(特立開普特)公司的「三條腿」機床。它配備了大功率電主軸,功率達48kW,最高轉速為30000r/min,直徑?170mm,快進速度達65 m/min,加速度高達20m/s2,因而切削效率很高。其工作台直徑為2.4m,配備12把刀,換刀時間5~10s,特別適用於模具加工。據悉,該產品已出售100多台,其中6台進入中國。用虛擬軸機床組成的FTL,已在瑞典SAAB汽車公司生產了5萬多台發動機。

2.複合加工機床值得注意

為了進一步提高生產率,複合加工機床應運而生,如日本TAKISAWA機床公司的TML-8型立式加工中心和車床削中心組合機以及日本MAZAK公司的200Y複合機床,都綜合了加工中心和車削中心的加工功能,可完成複合加工。一次裝夾可完成車、鑽、銑、攻等工序,並可達到很高的切削精度,而且夾具簡單,減少了成本。又如德國的OTTO Bihler公司的MC82型複合中心可進行成型、焊接、攻絲、車螺紋、裝配和檢測等工序,提供了最大限度的柔性和生產率,進一步縮短了非生產時間。

3.適應環保要求的干切削技術的應用

傳統切削過程多採用切削液提高刀具壽命,改善加工表面質量,並利於排出切削熱,但是在高速切削過程中切削液的飛濺和形成的霧狀液滴將污染操作現場和影響操作者健康,而變質切削液的更換排放又會影響環境,因而發展滿足環保要求的干切削技術是綠色製造的一項重要內容。尤其要求強烈的是汽車工業,因為切削液的價格很高,典型生產線設備的刀具成本約佔50%,噴淋佔30%,再加上收集和處理廢液帶來的高昂成本,因此,其設備若換成乾式加工,不僅降低了生產成本又滿足了環保要求。

4.20年後的機床模型描述

日本Mazak公司預報了未來20年技術發展的新概念,它的機床模型特徵是:數字化機械和數字化通信的結合,其規格參數將達到如下指標:主軸轉速100000r/min;運動加速度8g;切削速度660m/s(2馬赫);採用主軸停止機換刀;工作台最小分度精度1/100000;工作台轉速8000r/min;6軸控制5軸同時聯動,在這台干切削機床上,可同時具有車削、銑削、激光淬火、內外圓磨削及機內測量。

總之,高速加工中心是一種高技術的集成產品,是機、電、液、氣及刀具等各技術領域發展的綜合反映,它們既相互促進又相互制約,如加工中心高速技術的發展就要求數控系統提高運算速度,從32位提升到64位,解析度的提高促進了機床定位精度的提高,生產效率的提高就要求提高主軸轉速和進給速度,這就促進了電主軸和直線電機的發展,同樣近年來刀具技術的發展有力地支持了機床高速化的發展,使提高切削速度成為可能。而機床高速化也推動了刀具技術的發展,相信在不久的將來像日本Mazak公司所描述的機床產品也將應運而生。

Bookmark the permalink ,來源:
One thought on “高速銑削加工的現狀和發展趨勢綜述