試析數控高速加工技術(shù)綜述

論文關(guān)鍵詞:數控技術(shù)數控高速加工數控加工技術(shù)

論文摘要:高速切削技術(shù)是機械制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢，其應用將大幅度地提高加工效率和加工質(zhì)量。高速切削技術(shù)不僅涉及到高速切削加工工藝及高速切削機理，而且包括高速切削所用的刀具、機床等諸多因素。本文著(zhù)重介紹了高速切削各相關(guān)技術(shù)的研究動(dòng)態(tài)，并對高速切削技術(shù)的應用前景進(jìn)行了展望。 一、 高速加工的技術(shù)優(yōu)勢 高速加工在切削原理上是對傳統切削認識的突破。據資料介紹，在國外的高速加工試驗中已經(jīng)證實(shí)，當切削速度超過(guò)一定值(V=600m/min)后，切削速度再增高，切削溫度反而降低，在切削過(guò)程中產(chǎn)生的熱量進(jìn)入切削并從工件處被帶走。試驗條件下的測試證明了在大多數應用情況下，切削時(shí)工件溫度的上升不會(huì )超過(guò)3℃。相應地，在已給定的金屬切除率下，當切削速度超過(guò)某一數值之后，實(shí)際切削力會(huì )近似保持不變。 經(jīng)過(guò)理想的高速加工后，切屑變形及其收縮加工的實(shí)現與應用對航空制造業(yè)有著(zhù)重要的意義。高速加工自身必須是一個(gè)各相關(guān)要素相互協(xié)調的系統，是多項先進(jìn)技術(shù)的綜合應用，為此機床廠(chǎng)商應進(jìn)行大力的開(kāi)發(fā)研制，推出與高速加工相關(guān)的新技術(shù)設備。 二、 數控高速加工的發(fā)展現狀 實(shí)用的高速加工技術(shù)跟隨引進(jìn)的先進(jìn)數控自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)、刀具(工具)、數控機床(設備)，在機械制造業(yè)得到廣泛應用，相應的管理模式、技術(shù)、理念隨之融入企業(yè)。在我國航天、航空、汽輪機、模具等行業(yè)，程度不同地應用了高速加工技術(shù)，其間的差距在于國家對該行業(yè)投入資金、引進(jìn)政策等支持的多少，以及企業(yè)家們對高速加工系統技術(shù)認識的深淺。相對于汽車(chē)制造業(yè)而言，這類(lèi)機械制造行業(yè)基本上是屬于工藝離散型制造業(yè)。其高速加工技術(shù)主要表征在對高速數控機床與刀具技術(shù)的應用上。目前國內已引進(jìn)的加工中心、數控鏜、銑床主軸轉速一般≤8 000r/min(極少有12 000r/min)，快進(jìn)速度≤40m/min。對鑄鋁、鍛鋁合金體、高強度鑄鐵和結構鋼件，多采用超細硬質(zhì)合金、涂層硬質(zhì)合金刀具材料和標準結構的各類(lèi)刀具加工。超硬刀具材料及專(zhuān)用結構刀具應用還較少，加之機床主軸轉速偏低，一般不能進(jìn)入高速切削領(lǐng)域。以銑削加工為例，這些行業(yè)加工鋁合金工件:切削速度1 000m/min，進(jìn)給速度15m/min，每齒進(jìn)刀量0.35mm。車(chē)削:切削速度700m/min。銑削鑄鐵、結構鋼(含不銹鋼)工件:切削速度500m/min，進(jìn)給速度10m/min，每齒進(jìn)刀量0.3mm。上述行業(yè)中，數控設備利用率僅為25%左右。預計“十五”期間，上述行業(yè)將會(huì )在應用高速加工技術(shù)方面發(fā)生跳躍式的進(jìn)步與發(fā)展。 三、 數控高速加工機床的關(guān)鍵技術(shù) 高速機床是實(shí)現高速切削加工的前提和關(guān)鍵。具有高精度的高轉速主軸，具有控制精度高的高軸向進(jìn)給速度和進(jìn)給加速度的軸向進(jìn)給系統，又是高速機床的關(guān)鍵所在。分述如下: 1. 高速主軸 高速主軸是高速切削最關(guān)鍵零件之一。目前主軸轉速在10 000～20 000 r/ min的加工中心越來(lái)越普及，轉速高達100 000 r/ min、200 000 r/ min、250 000 r/ min的實(shí)用高速主軸也正在研制開(kāi)發(fā)中。高速主軸轉速極高，主軸零件在離心力作用下產(chǎn)生振動(dòng)和變形，高速運轉摩擦和大功率內裝電機產(chǎn)生的熱會(huì )引起高溫和變形，所以必須嚴格控制。為此對高速主軸提出如下性能要求:(1)高轉速和高轉速范圍;(2)足夠的剛性和較高的回轉精度;(3)良好的熱穩定性;(4)大功率;(5)先進(jìn)的潤滑和冷卻系統;(6)可靠的主軸監測系統。 2. 快速進(jìn)給系統 高速切削時(shí)，為了保持刀具每齒進(jìn)給量基本不變，隨著(zhù)主軸轉速的提高，進(jìn)給速度也必須大幅度地提高。目前高速切削進(jìn)給速度已高達50m/min～120m/min，要實(shí)現并準確控制這樣的進(jìn)給速度對機床導軌、滾珠絲杠、伺服系統、工作臺結構等提出了新的要求。而且，由于機床上直線(xiàn)運動(dòng)行程一般較短，高速加工機床必須實(shí)現較高的進(jìn)給加減速才有意義。為了適應進(jìn)給運動(dòng)高速化的要求，在高速加工機床上主要采用如下措施:(1)采用新型直線(xiàn)滾動(dòng)導軌，直線(xiàn)滾動(dòng)導軌中球軸承與鋼導軌之間接觸面積很小，其摩擦系數僅為槽式導軌的1/ 20左右，而且使用直線(xiàn)滾動(dòng)導軌后，“爬行”現象可大大減少;(2)高速進(jìn)給機構采用小螺距大尺寸高質(zhì)量滾珠絲杠或粗螺距多頭滾珠絲杠，其目的是在不降低精度的前提下獲得較高的進(jìn)給速度和進(jìn)給加減速度;(3)高速進(jìn)給伺服系統已發(fā)展為數字化、智能化和軟件化，高速切削機床己開(kāi)始采用全數字交流伺服電機和控制技術(shù);(4)為了盡量減少工作臺重量但又不損失剛度，高速進(jìn)給機構通常采用碳纖維增強復合材料;(5)為提高進(jìn)給速度，更先進(jìn)、更高速的直線(xiàn)電機己經(jīng)發(fā)展起來(lái)。直線(xiàn)電機消除了機械傳動(dòng)系統的間隙、彈性變形等問(wèn)題，減少了傳動(dòng)摩擦力，幾乎沒(méi)有反向間隙。直線(xiàn)電機具有高加、減速特性，加速度可達2g，為傳統驅動(dòng)裝置的10～20倍，進(jìn)給速度為傳統的4～5倍，采用直線(xiàn)電機驅動(dòng)，具有單位面積推力大、易產(chǎn)生高速運動(dòng)、機械結構不需要維護等明顯優(yōu)點(diǎn)。