高速切削机床的关键技术及其应用.pdf

现代制造工程2008年第8期综述

高速切削机床的关键技术及其应用3

周华,石彦华
(番禺职业技术学院,广州511400)

摘要:分析高速切削技术的关键技术,研究高速切削机床的结构特点,介绍高速加工技术在航空、汽车、模具制造行业的
应用。
关键词:高速切削;数控加工;数控机床
中图分类号:TG51文献标识码:A文章编号:1671—3133(2008)08—0124—04

Keytechnologyapplicationofhigh2speedcuttingmachinetool
ZhouHua,ShiYan2hua
(PanyuPolytechnic,Guangzhou511400,CHN)
Abstract:Analyzekeytechnologyofhigh2speedcuttingtechnology,studystructurecharacterofhigh2speedcuttingmachinetool,
introduceapplicationofhigh2speedcuttingtechnologyinaviation,automobile,mouldmakingfield.
Keywords:High2speedcutting;NCmaining;NCmachinetool

技术包括高速主轴、高速进给系统、高性能数控系统等。
0引言
111高速主轴
高速、超高速加工不但可以大幅度提高零件的加高速数控机床的工作性能,首先取决于高速主轴
工效率、缩短加工时间和降低加工成本,而且可以使的性能。数控机床的高速主轴单元包括主轴动力源、
零件的加工表面质量和加工精度达到更高的水平。主轴、轴承和机架等几个部分,它影响加工系统的精
随着高速和超高速切削机理、大功率高速主轴单元、度、稳定性及应用范围,其动力性能及稳定性对高速
高加/减速直线进给电动机、磁悬浮以及动/静压气加工起着关键的作用。目前高速切削机床的主轴主
浮、液压高速主轴轴承、超硬耐磨长寿命刀具材料、磨要为角接触陶瓷球轴承电主轴,其结构如图1所示。
料、磨具和高性能的控制系统等一系列技术领域中关
键技术初步得到解决,已使得高速、超高速加工从理
论研究进入到具体实施的阶段。高速加工是一种不
需增加设备数量而大幅度提高加工效率所必不可少
的技术,其切削速度范围因不同的工件材料、不同的
切削方式而异。
目前,超高速切削各种材料的切速范围为:铝合
金已超过1600m/min,铸铁为1500m/min,超耐热镍合
图1电主轴的结构原理
金达300m/min,钛合金达150～1000m/min,纤维增强
电主轴的主要特征是将电动机内置于主轴内部
塑料为2000～9000m/min。
直接驱动主轴,实现电动机、主轴一体化的功能。其
高速切削机床的关键技术
1工作原理和普通的异步电动机的工作原理一样,通过
高速切削机床是实现高速加工的基础,高速切削机改变输入电动机定子绕组的电流频率和励磁电压获
床技术主要包括高速单元技术和整机技术。高速单元得各种转速。在加速和制动过程中,通过改变频率进

3广州番禺科技攻关项目(20062Z21821)

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综述现代制造工程2008年第8期

行加、减速,以免电动机温升过高。由于电动机旋转磁进给速度为50～60m/min,工作进给速度为30～40m/
场的方向取决于输入定子三相交流电的相序,故改变电min;一般认为,这种结构的最高加速度很难突破1g,
主轴输入电流的相序,便可改变电主轴的旋转方向。通常只有011～013g。因此,要满足高速、超高速加工
在电主轴设计制造中,热变形的问题必须予以特机床的需要,其伺服进给系统只有采用直线电动机直
别注意。电主轴的热源主要是内置电动机和主轴轴接驱动方式。机床进给系统采用直线电动机直接驱
承的发热。内置电动机的发热采取外循环强制冷却动,与旋转电动机传动方式的最大区别,是取消了从
的方法,高速主轴轴承的结构和性能及其装配工艺对电动机到工作台之间的一切中间传动环节,即把机床
电主轴的使用功能影响很大,通常采用油脂、油雾、油2进给传动链的长度缩短为零,故这种传动方式即称为
汽和喷射等润滑方式。在装配和使用时,润滑油过多“直接驱动”(DirectDrive),惯称为“直线驱动”,亦称
是造成轴承发热的主要原因之一。为“零传动”。
国内外专业的电主轴制造厂家已可供应几百种同“旋转伺服电动机+滚珠丝杠”传动方式相比
规格的电主轴。其套筒直径为<32～<320mm,转速为较,直线电动机直接驱动有以下优点:1)高速度。目
3000～240000r/min,功率为012～100kW。国内以洛前最大进给速度可达150～200m/min;2)高加速度。
阳轴承研究所为代表,台湾生产的电主轴在国内占加速度可高达2～