高速加工机床的合理选用
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关键词 :高速加工机床 高速加工 选购 经验
高速加工技术不仅可缩短零件的切削加工时间 , 提高生产效率 ,降低生产成本 ,还可获得高的加工精度 和表面加工质量 ,省去传统加工工艺中的车 、铣等后续 精加工工序 。高速加工机床已成为厂家为提高生产效 率 、满足零件高精度及高表面质量要求而竞相采用的 重要加工手段之一 。目前国内国际市场上推出的高速 加工机床品种繁多 ,性能各异 ,如何合理地选择既满足 使用要求价格又适宜的高速加工机床 ,对于机床使用 厂家合理投资 ,提高设备资源的利用率是十分重要的 。
直线电动机进给系统是高速进给系统的理想方 式 。为实现大的进给速度和加速度 ,直线电动机已越 来越多地被采用 。例如 Deckel Maho 的 DMF 系列采用 直线电动机进给系统 , X 轴的快进速度可达 100 mΠ min 。但由于直线电动机价格比较昂贵 ,且实际应用技 术尚不完善 ,因此目前多数中低档高速机床仍采用技 术成熟 、成本较低的高速高精度滚珠丝杠进给系统 。 但滚珠丝杠传动进给速度和加速度不高 (通常进给速 度 ≤60 mΠmin ,加速度 ≤1 g) ,存在刚性差 、热变形 、噪 声和磨损严重等问题[1 ,2 ,5] 。
· 17 ·
综 述 Special Reports
主轴电动机及其轴承系统都是发热部件 ,容易发 生热变形 ,因此高速电主轴必须具备高效的冷却系统 , 提高主轴的高速热态特性 ,实现稳定的高精度加工 。 目前液体循环冷却系统已被广为采用 。如图 7 ,Mazak (马扎克) SMM2500 主轴通过大量温度受制冷器控制 的冷却液循环流过主轴冷却水套来保持主轴高速运转 的温度恒定 。Makino (牧野) 高速主轴采用核心冷却方 式 ,温控液体直接穿过旋转主轴从内部开始冷却 ,有效 地减小了主轴高速回转所产生的热位移 。
制造技术与机床
20 03 年第 3 期
目前 ,高速主轴轴承的润滑方式主要是油脂润滑 和油气润滑两种 。油脂润滑所允许的轴承最高工作转 速较低 ,不容易满足高速主轴的要求 ,但该润滑方式非 常适合于石墨加工专用主轴 , 例如 Mikron ( 米克朗) BMC 12 石墨加工中心 ,采用永久性油脂润滑的主轴在 石墨加工过程中不会有油滴从主轴头滴落 ,这对于制 造石墨电极是非常重要的[6 ,8] 。油气润滑是采用油气 分离的润滑冷却方式 ,对环境无污染 ,是比较理想的高 速主轴润滑方式 。 1. 1. 4 高速主轴冷却系统
主轴的功率和转矩比电主轴相对较低 ,只适合于高速 中 、轻载切削场合 。 1. 1. 3 高速主轴的轴承及其润滑方式优选
主轴轴承及其润滑将直接影响主轴的精度和使用 寿命 ,选择时应结合主轴转速及机床的使用场合综合 考虑 。
通常高速主轴的轴承主要采用滚动轴承 (钢质球 轴承和陶瓷球轴承) 和磁悬浮轴承 。采用钢质球轴承 、 陶瓷球轴承的高速主轴使用性能对比如表 2 所示 ,具 有优良耐磨性和耐热性的轻质高硬度陶瓷球轴承现已 被广泛采用 。磁悬浮轴承刚性好 、旋转精度高 、无磨
工。 因此选取主轴切削速度时 ,必须综合考虑工件材
料和硬度 、刀具寿命 、零件的生产工艺流程及主轴负载 功率等诸因素 ,大致确定所需要的最大工作切削速度 。 主轴的工作转速可由该切削速度和刀具直径换算得 到 ,机床主轴所能够达到的最高转速应大于该工作转 速 (如图 2 所示) ,以确保高速加工的安全性和可靠性 。 1. 1. 2 高速主轴的结构形式
影响高速加工机床使用性能的因素有很多 ,包括 加工目的 (如 : IT 行业模具加工 、铝合金加工 、石墨电 极加工 、铸锻模具加工 、高温铝合金零件加工等) 、高速
主轴 、刀 具 系 统 、CNC 控 制 系 统 和 NC 编 程 策 略 等 等[1～7] 。在文献[ 6 ]中 ,我们从切削机理等方面介绍了 石墨电极的高速加工及编程策略 。在文献[ 7 ]中 ,我们 从优化高速加工工艺过程的角度 ,详细阐述了高速加 工的 NC 编程策略 ,指出优选刀具切入工件及移刀方 式 、适合于高速加工的加工策略和切削用量 ,将有利于 保证高速加工的顺利实现 。本文根据国内销售的若干 知名品牌三轴加工中心的机床资料分析 ,以及在选购 高速加工机床中的一些经验 ,重点从高速加工工艺过 程的各重要环节 ,包括工件材料 、刀具 、工艺流程 、工件 加工质量等 ,对高速主轴系统 、进给系统 、机床结构 、温 控系统 、CNC 控制系统 、冷却系统和刀具系统等的合理
采用传统的皮带和齿轮传动的主轴系统最高转速 不超过 15 000 rΠmin ,显然无法满足高速加工的高速高 精度要求 ,目前高速加工机床的主轴部件通常采用如 图 5 所示的电主轴及图 6 所示的直驱式主轴 。
高速电主轴由内装交流高频伺服电动机直接驱 动 ,机床转速高 、功率大 、结构简单 、高转速下可保持良 好的动平衡 。与传统的皮带和齿轮传动相比 ,高速电 主轴更具有高速运转的可靠性与安全性 ,且具有高速 恒功率 、低速恒转矩的输出特性 。但电主轴的电动机 不易散热 ,影响了机床高速时的加工精度稳定性[1 ,2 ,5] 。
动机 ,保证主轴 X 、Y 和 Z 三个方向进给平均 ,有效地 消除了单滚珠丝杠产生的间隙问题 ,提高了驱动系统 的刚度 ,有利于高速进给的实现 ; 滚珠丝杠为中空结 构 ,并采用了中心冷却方式 ,温控冷却液通过滚珠丝杠 的中心孔进行循环 ,减小了滚珠丝杠的热变形 ,确保了 高速加工机床精度的稳定性 。 1. 3 机床基本结构
如图 3 ,高速切削机床主轴的切削速度与刀具寿 命有着密切的关系 。在高速加工中 ,当切削速度高达
此外 ,工艺流程也对主轴转速的选用有着决定性 影响 。例如 ,加工图 4 所示工件 ,其工艺流程如表 1 , 不同的工序对于主轴转速有着不同的要求 。粗加工
时 ,以实现单位时间的最大材料去除率 、形成接近半精 加工的外形轮廓为主要目标 ,因此通常选用较大直径 的刀具并配以相对较低的主轴转速 、较小的切深和较
如图 1 和图 2 所示 ,不同工件材料具有不同的高 速加工临界转速值及其特定的最佳高速切削转速范 围 ,而且影响不同材料工件的高速加工过程的主要因 素也不同 。例如 ,航空铝合金材料的高速加工主要受 机床主轴转速及材料熔点的限制 ,而刀具寿命并非主 要限制因素 。高速加工合金模具钢时 ,由于材料硬度 一般都超过 50 HRC ,比较难以加工 ,其限制高速加工 的切削速度的主要因素就是刀具寿命 ,而不是机床的 主轴转速 。
大的进给速度进行粗加工 。精加工工序以获得最好的
表面加工质量为主要目标 ,通常选用较小直径的刀具 及较高的主轴转速 、较小的切深和进给速度进行精加
表 1 加工图 4 所示工件的工艺流程与主轴转速表
工艺流程
刀具
刀具直径 主轴转速 进给速度
(mm)
(rΠmin) (mmΠmin)
粗加工
平底铣刀
Biblioteka Baidu
12
32 000
3 CIMT2003 展会高速加工机床展望
高速加工机床将继续是 CIMT 展会上的亮点 。随
着高速切削机床的逐渐普及 ,各厂家的参展目的将从 技术推广发展到提高产品销量 ,所以今年的展品将以 实用型的机床为主 。随着汽车工业 、手机行业等现代 制造业的迅速发展 ,适合加工手机模具 、汽车模具的高 性能高速机床将会受到青睐 。高质量的应用切削演示 应是各厂家吸引观众眼球的手段 ,淬硬钢模具 、铜电极 等模具行业典型加工实例将会是各高速机床演示的重 点 。而米克朗在此次展会上将带来高速铣削的一个新 概念 ,即带有工件自动交换系统的高速加工柔性单元 。 作为高速铣削领域的先锋 ,米克朗始终代表着这个领 域的发展方向 。我们将用精彩的切削演示来显示米克 朗高速加工中心不可替代的卓越性能 。
并推出了带智能专家系统的超高速加工中心 XSM 系 列 。模具行业传统的单件加工和 3 轴加工方式在不久 的将来或许将成为历史 。
在机床行业 ,新产品新技术的推广总是以应用先 行 ,即机床厂家推出自己的产品时要明确地告诉市场 , 它的产品是用来解决哪些加工问题的 。高速加工的推 广也是如此 ,用户和机床厂家都意识到了应用技术支 持对成功地推广高速机床所起的巨大作用 ,所以一些 明智的厂家已经率先在国内设立了高速铣削的应用演 示中心 ,将国外先进的高速加工技术介绍给国内用户 , 并及时向用户提供售前和售后服务 ,以帮助用户认识 、 理解并最终掌握高速加工的技术 。而用户也更注重售 前的试切削以选择合适的机床和配置 。
化选用问题进行了分析 ,并列出了选购高速加工机床 的基本原则 。
1 高速加工机床的关键部件
一定值时 ,被加工部位先被“软化”再被切除 ,不仅降低 了切削力 ,而且一定程度地改善了切削条件 ,因此确定 适当的切削速度对于延长刀具的使用寿命非常重要 。
高速机床的机械结构可从实际需要出发 ,从高速 主轴系统 、高速进给系统 、机床基本结构 、温控系统 、 CNC 控制系统 、冷却系统 、刀柄系统 、切屑处理系统等 方面来分析确定 。 1. 1 高速主轴系统
作者 :陈民 ,米克朗中国有限公司总经理 ,北京市 朝阳区左家庄国门大厦 C 座 2M ,电话 : (010) 64606822
(编辑 符祚钢)
(收稿日期 :2003 - 02 - 13)
Ξ 广东省“十五”科技重大专项计划项目
制造技术与机床
20 03 年第 3 期
· 15 ·
综 述 Special Reports
Special Reports 综 述
高速加工机床的合理选用 Ξ
Analysis on the Optimal Selection of High - speed Machine
周 莉 王成勇 秦 哲
(广东工业大学机电学院)
摘 要 :高速加工机床在国内已得到越来越广泛的应用 ,但如何在众多的品牌中选择满足需求的机床 ,仍然 是个费时耗力的问题 。文章通过大量的图表和数据 ,主要从主轴系统 、进给系统 、机床结构 、温控系 统 、冷却系统 、CNC 控制系统和刀具系统等方面对常见型号高速加工机床的合理化选用进行了分析 , 并总结了选购高速加工机床的基本原则 。
12 000
预精加工平面区域 平底铣刀
12
32 000
10 000
二次精加工
球头铣刀
10
36 000
8 000
预精加工槽 球头铣刀
6
42 000
6 000
预精加工槽 球头铣刀
3
42 000
4 000
精加工槽
球头铣刀 1. 5
42 000
4 000
· 16 ·
制造技术与机床 2003 年第 3 期
Special Reports 综 述
直驱式高速主轴系统在结构及性能上与电主轴结 构存在着较大的差别 ,较好地解决了主轴电动机的发 热及散热的问题 。如图 6 所示 , YASDA (安田) YBM 640V 主轴系统通过隔膜式联轴器与电动机同轴连接 , 不仅防止了电动机产生的振动和热传递给主轴 ,也使 主轴在各种转速时均可实现高的旋转精度 。但直驱式
目前高速加工机床多采用如图 8 所示的龙门式立 柱型对称结构 ,可提高机床的承载能力和刚性 ,增强机 床的耐冲击性和抗振性 ,降低机床的固有振动频率 ,减
1. 2 高速进给系统 高速进给系统主要有高速高精度滚珠丝杠传动和
直线电动机传动两种方式 。高速进给系统必须满足高 速度 、高加速度 、高精度 、高可靠性和高安全性的性能 要求 。
高速加工机床的转速和功率应根据公司生产零件 的实际需要来决定 ,通过工件材料 、刀具材料 、工件的 生产工艺流程等来确定加工所需的最大转速和功率 , 以免造成投资浪费 。此外 ,极高转速主轴的输出转矩 通常也相对较小 ,并不适合于重切削 ,对使用条件也有 较多限制 ,所以切不可盲目追求高转速主轴 。
高速主轴单元是高速加工机床的核心部件 ,高转 速下主轴的刚性 、动态特性 、轴承及冷却系统等都对高 速主轴的使用性能有着重要影响 。由于高速加工机床 是精密设备 ,为确保主轴的正确使用 ,对于空气的湿度 和含尘量 、刀具的悬伸长度等均有较严格的要求 ,也应 引起注意 。 1. 1. 1 高速电主轴的转速及功率
损 、使用寿命长 ,但由于电气控制系统非常复杂 、制造 成本高 、价格昂贵 ,至今未能在高速机床中普遍推广 。
表 2 安装不同轴承的高速主轴性能对比表
钢质球轴承主轴
陶瓷球轴承主轴
主轴转速
低速转动
高速转动
主轴转矩
大
小
切削方式
大量切削
有效切削
加工方式
粗 、精加工
粗 、精加工
适用刀具
<1 mm 以上
<0. 06～16 mm
高速加工技术不仅可缩短零件的切削加工时间 , 提高生产效率 ,降低生产成本 ,还可获得高的加工精度 和表面加工质量 ,省去传统加工工艺中的车 、铣等后续 精加工工序 。高速加工机床已成为厂家为提高生产效 率 、满足零件高精度及高表面质量要求而竞相采用的 重要加工手段之一 。目前国内国际市场上推出的高速 加工机床品种繁多 ,性能各异 ,如何合理地选择既满足 使用要求价格又适宜的高速加工机床 ,对于机床使用 厂家合理投资 ,提高设备资源的利用率是十分重要的 。
直线电动机进给系统是高速进给系统的理想方 式 。为实现大的进给速度和加速度 ,直线电动机已越 来越多地被采用 。例如 Deckel Maho 的 DMF 系列采用 直线电动机进给系统 , X 轴的快进速度可达 100 mΠ min 。但由于直线电动机价格比较昂贵 ,且实际应用技 术尚不完善 ,因此目前多数中低档高速机床仍采用技 术成熟 、成本较低的高速高精度滚珠丝杠进给系统 。 但滚珠丝杠传动进给速度和加速度不高 (通常进给速 度 ≤60 mΠmin ,加速度 ≤1 g) ,存在刚性差 、热变形 、噪 声和磨损严重等问题[1 ,2 ,5] 。
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综 述 Special Reports
主轴电动机及其轴承系统都是发热部件 ,容易发 生热变形 ,因此高速电主轴必须具备高效的冷却系统 , 提高主轴的高速热态特性 ,实现稳定的高精度加工 。 目前液体循环冷却系统已被广为采用 。如图 7 ,Mazak (马扎克) SMM2500 主轴通过大量温度受制冷器控制 的冷却液循环流过主轴冷却水套来保持主轴高速运转 的温度恒定 。Makino (牧野) 高速主轴采用核心冷却方 式 ,温控液体直接穿过旋转主轴从内部开始冷却 ,有效 地减小了主轴高速回转所产生的热位移 。
制造技术与机床
20 03 年第 3 期
目前 ,高速主轴轴承的润滑方式主要是油脂润滑 和油气润滑两种 。油脂润滑所允许的轴承最高工作转 速较低 ,不容易满足高速主轴的要求 ,但该润滑方式非 常适合于石墨加工专用主轴 , 例如 Mikron ( 米克朗) BMC 12 石墨加工中心 ,采用永久性油脂润滑的主轴在 石墨加工过程中不会有油滴从主轴头滴落 ,这对于制 造石墨电极是非常重要的[6 ,8] 。油气润滑是采用油气 分离的润滑冷却方式 ,对环境无污染 ,是比较理想的高 速主轴润滑方式 。 1. 1. 4 高速主轴冷却系统
主轴的功率和转矩比电主轴相对较低 ,只适合于高速 中 、轻载切削场合 。 1. 1. 3 高速主轴的轴承及其润滑方式优选
主轴轴承及其润滑将直接影响主轴的精度和使用 寿命 ,选择时应结合主轴转速及机床的使用场合综合 考虑 。
通常高速主轴的轴承主要采用滚动轴承 (钢质球 轴承和陶瓷球轴承) 和磁悬浮轴承 。采用钢质球轴承 、 陶瓷球轴承的高速主轴使用性能对比如表 2 所示 ,具 有优良耐磨性和耐热性的轻质高硬度陶瓷球轴承现已 被广泛采用 。磁悬浮轴承刚性好 、旋转精度高 、无磨
工。 因此选取主轴切削速度时 ,必须综合考虑工件材
料和硬度 、刀具寿命 、零件的生产工艺流程及主轴负载 功率等诸因素 ,大致确定所需要的最大工作切削速度 。 主轴的工作转速可由该切削速度和刀具直径换算得 到 ,机床主轴所能够达到的最高转速应大于该工作转 速 (如图 2 所示) ,以确保高速加工的安全性和可靠性 。 1. 1. 2 高速主轴的结构形式
影响高速加工机床使用性能的因素有很多 ,包括 加工目的 (如 : IT 行业模具加工 、铝合金加工 、石墨电 极加工 、铸锻模具加工 、高温铝合金零件加工等) 、高速
主轴 、刀 具 系 统 、CNC 控 制 系 统 和 NC 编 程 策 略 等 等[1～7] 。在文献[ 6 ]中 ,我们从切削机理等方面介绍了 石墨电极的高速加工及编程策略 。在文献[ 7 ]中 ,我们 从优化高速加工工艺过程的角度 ,详细阐述了高速加 工的 NC 编程策略 ,指出优选刀具切入工件及移刀方 式 、适合于高速加工的加工策略和切削用量 ,将有利于 保证高速加工的顺利实现 。本文根据国内销售的若干 知名品牌三轴加工中心的机床资料分析 ,以及在选购 高速加工机床中的一些经验 ,重点从高速加工工艺过 程的各重要环节 ,包括工件材料 、刀具 、工艺流程 、工件 加工质量等 ,对高速主轴系统 、进给系统 、机床结构 、温 控系统 、CNC 控制系统 、冷却系统和刀具系统等的合理
采用传统的皮带和齿轮传动的主轴系统最高转速 不超过 15 000 rΠmin ,显然无法满足高速加工的高速高 精度要求 ,目前高速加工机床的主轴部件通常采用如 图 5 所示的电主轴及图 6 所示的直驱式主轴 。
高速电主轴由内装交流高频伺服电动机直接驱 动 ,机床转速高 、功率大 、结构简单 、高转速下可保持良 好的动平衡 。与传统的皮带和齿轮传动相比 ,高速电 主轴更具有高速运转的可靠性与安全性 ,且具有高速 恒功率 、低速恒转矩的输出特性 。但电主轴的电动机 不易散热 ,影响了机床高速时的加工精度稳定性[1 ,2 ,5] 。
动机 ,保证主轴 X 、Y 和 Z 三个方向进给平均 ,有效地 消除了单滚珠丝杠产生的间隙问题 ,提高了驱动系统 的刚度 ,有利于高速进给的实现 ; 滚珠丝杠为中空结 构 ,并采用了中心冷却方式 ,温控冷却液通过滚珠丝杠 的中心孔进行循环 ,减小了滚珠丝杠的热变形 ,确保了 高速加工机床精度的稳定性 。 1. 3 机床基本结构
如图 3 ,高速切削机床主轴的切削速度与刀具寿 命有着密切的关系 。在高速加工中 ,当切削速度高达
此外 ,工艺流程也对主轴转速的选用有着决定性 影响 。例如 ,加工图 4 所示工件 ,其工艺流程如表 1 , 不同的工序对于主轴转速有着不同的要求 。粗加工
时 ,以实现单位时间的最大材料去除率 、形成接近半精 加工的外形轮廓为主要目标 ,因此通常选用较大直径 的刀具并配以相对较低的主轴转速 、较小的切深和较
如图 1 和图 2 所示 ,不同工件材料具有不同的高 速加工临界转速值及其特定的最佳高速切削转速范 围 ,而且影响不同材料工件的高速加工过程的主要因 素也不同 。例如 ,航空铝合金材料的高速加工主要受 机床主轴转速及材料熔点的限制 ,而刀具寿命并非主 要限制因素 。高速加工合金模具钢时 ,由于材料硬度 一般都超过 50 HRC ,比较难以加工 ,其限制高速加工 的切削速度的主要因素就是刀具寿命 ,而不是机床的 主轴转速 。
大的进给速度进行粗加工 。精加工工序以获得最好的
表面加工质量为主要目标 ,通常选用较小直径的刀具 及较高的主轴转速 、较小的切深和进给速度进行精加
表 1 加工图 4 所示工件的工艺流程与主轴转速表
工艺流程
刀具
刀具直径 主轴转速 进给速度
(mm)
(rΠmin) (mmΠmin)
粗加工
平底铣刀
Biblioteka Baidu
12
32 000
3 CIMT2003 展会高速加工机床展望
高速加工机床将继续是 CIMT 展会上的亮点 。随
着高速切削机床的逐渐普及 ,各厂家的参展目的将从 技术推广发展到提高产品销量 ,所以今年的展品将以 实用型的机床为主 。随着汽车工业 、手机行业等现代 制造业的迅速发展 ,适合加工手机模具 、汽车模具的高 性能高速机床将会受到青睐 。高质量的应用切削演示 应是各厂家吸引观众眼球的手段 ,淬硬钢模具 、铜电极 等模具行业典型加工实例将会是各高速机床演示的重 点 。而米克朗在此次展会上将带来高速铣削的一个新 概念 ,即带有工件自动交换系统的高速加工柔性单元 。 作为高速铣削领域的先锋 ,米克朗始终代表着这个领 域的发展方向 。我们将用精彩的切削演示来显示米克 朗高速加工中心不可替代的卓越性能 。
并推出了带智能专家系统的超高速加工中心 XSM 系 列 。模具行业传统的单件加工和 3 轴加工方式在不久 的将来或许将成为历史 。
在机床行业 ,新产品新技术的推广总是以应用先 行 ,即机床厂家推出自己的产品时要明确地告诉市场 , 它的产品是用来解决哪些加工问题的 。高速加工的推 广也是如此 ,用户和机床厂家都意识到了应用技术支 持对成功地推广高速机床所起的巨大作用 ,所以一些 明智的厂家已经率先在国内设立了高速铣削的应用演 示中心 ,将国外先进的高速加工技术介绍给国内用户 , 并及时向用户提供售前和售后服务 ,以帮助用户认识 、 理解并最终掌握高速加工的技术 。而用户也更注重售 前的试切削以选择合适的机床和配置 。
化选用问题进行了分析 ,并列出了选购高速加工机床 的基本原则 。
1 高速加工机床的关键部件
一定值时 ,被加工部位先被“软化”再被切除 ,不仅降低 了切削力 ,而且一定程度地改善了切削条件 ,因此确定 适当的切削速度对于延长刀具的使用寿命非常重要 。
高速机床的机械结构可从实际需要出发 ,从高速 主轴系统 、高速进给系统 、机床基本结构 、温控系统 、 CNC 控制系统 、冷却系统 、刀柄系统 、切屑处理系统等 方面来分析确定 。 1. 1 高速主轴系统
作者 :陈民 ,米克朗中国有限公司总经理 ,北京市 朝阳区左家庄国门大厦 C 座 2M ,电话 : (010) 64606822
(编辑 符祚钢)
(收稿日期 :2003 - 02 - 13)
Ξ 广东省“十五”科技重大专项计划项目
制造技术与机床
20 03 年第 3 期
· 15 ·
综 述 Special Reports
Special Reports 综 述
高速加工机床的合理选用 Ξ
Analysis on the Optimal Selection of High - speed Machine
周 莉 王成勇 秦 哲
(广东工业大学机电学院)
摘 要 :高速加工机床在国内已得到越来越广泛的应用 ,但如何在众多的品牌中选择满足需求的机床 ,仍然 是个费时耗力的问题 。文章通过大量的图表和数据 ,主要从主轴系统 、进给系统 、机床结构 、温控系 统 、冷却系统 、CNC 控制系统和刀具系统等方面对常见型号高速加工机床的合理化选用进行了分析 , 并总结了选购高速加工机床的基本原则 。
12 000
预精加工平面区域 平底铣刀
12
32 000
10 000
二次精加工
球头铣刀
10
36 000
8 000
预精加工槽 球头铣刀
6
42 000
6 000
预精加工槽 球头铣刀
3
42 000
4 000
精加工槽
球头铣刀 1. 5
42 000
4 000
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制造技术与机床 2003 年第 3 期
Special Reports 综 述
直驱式高速主轴系统在结构及性能上与电主轴结 构存在着较大的差别 ,较好地解决了主轴电动机的发 热及散热的问题 。如图 6 所示 , YASDA (安田) YBM 640V 主轴系统通过隔膜式联轴器与电动机同轴连接 , 不仅防止了电动机产生的振动和热传递给主轴 ,也使 主轴在各种转速时均可实现高的旋转精度 。但直驱式
目前高速加工机床多采用如图 8 所示的龙门式立 柱型对称结构 ,可提高机床的承载能力和刚性 ,增强机 床的耐冲击性和抗振性 ,降低机床的固有振动频率 ,减
1. 2 高速进给系统 高速进给系统主要有高速高精度滚珠丝杠传动和
直线电动机传动两种方式 。高速进给系统必须满足高 速度 、高加速度 、高精度 、高可靠性和高安全性的性能 要求 。
高速加工机床的转速和功率应根据公司生产零件 的实际需要来决定 ,通过工件材料 、刀具材料 、工件的 生产工艺流程等来确定加工所需的最大转速和功率 , 以免造成投资浪费 。此外 ,极高转速主轴的输出转矩 通常也相对较小 ,并不适合于重切削 ,对使用条件也有 较多限制 ,所以切不可盲目追求高转速主轴 。
高速主轴单元是高速加工机床的核心部件 ,高转 速下主轴的刚性 、动态特性 、轴承及冷却系统等都对高 速主轴的使用性能有着重要影响 。由于高速加工机床 是精密设备 ,为确保主轴的正确使用 ,对于空气的湿度 和含尘量 、刀具的悬伸长度等均有较严格的要求 ,也应 引起注意 。 1. 1. 1 高速电主轴的转速及功率
损 、使用寿命长 ,但由于电气控制系统非常复杂 、制造 成本高 、价格昂贵 ,至今未能在高速机床中普遍推广 。
表 2 安装不同轴承的高速主轴性能对比表
钢质球轴承主轴
陶瓷球轴承主轴
主轴转速
低速转动
高速转动
主轴转矩
大
小
切削方式
大量切削
有效切削
加工方式
粗 、精加工
粗 、精加工
适用刀具
<1 mm 以上
<0. 06～16 mm