從高速加工中心不斷創(chuàng)新的過(guò)程中可以看出,充分利用當(dāng)今技術(shù)領(lǐng)域里的最新成就,特別是利用驅(qū)動(dòng)技術(shù)和控制技術(shù)的最新成果,是不斷提高加工中心高速性能、動(dòng)態(tài)特性和加工精度的關(guān)鍵。
電主軸
高速電主軸是高速加工中心的核心部件。在模具自由曲面和復(fù)雜輪廓的加工中,常常采用2~12mm較小直徑的立銑刀,而在加工銅或石墨材料的電火花加工用的電極時(shí),要求很高的切削速度,因此,電主軸必須具有很高的轉(zhuǎn)速。目前,加工中心的主軸轉(zhuǎn)速大多在18000~42000r/min,瑞士Mikro的高速加工中心XSM400U/XSM600U其主軸轉(zhuǎn)速已達(dá)54000r/min。而對(duì)于模具的微細(xì)銑削(銑刀直徑一般采用0.1~2mm),則需要更高的轉(zhuǎn)速。如德國(guó)KUGler公司的五軸高精度銑床,其最高主軸轉(zhuǎn)速達(dá)160000r/min(采用空氣軸承),這樣的高轉(zhuǎn)速,當(dāng)采用0.3mm直徑的銑刀加工鋼模時(shí),就可達(dá)到150m/min的切削速度。目前,德國(guó)Fraunhofer生產(chǎn)技術(shù)研究所正在開發(fā)轉(zhuǎn)速為300000r/min的空氣軸承支撐的主軸。
加工模具時(shí),總是采用很高的轉(zhuǎn)速,而高轉(zhuǎn)速產(chǎn)生的發(fā)熱,以及切削時(shí)可能產(chǎn)生的振動(dòng)是影響模具加工精度的重要因素。為保證高速電主軸工作的穩(wěn)定性,在主軸上裝有用來(lái)測(cè)量溫度、位移和振動(dòng)的傳感器,以便對(duì)電機(jī)、軸承和主軸的溫升、軸向位移和振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)控。由此為高速加工中心的數(shù)控系統(tǒng)提供修正數(shù)據(jù),以修改主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度,對(duì)加工參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。當(dāng)主軸產(chǎn)生軸向位移,則可通過(guò)零點(diǎn)修正或軌跡修正來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償。
直線電機(jī)
目前,模具加工用的高速加工中心或銑床上多數(shù)還是采用伺服電機(jī)和滾珠絲杠來(lái)驅(qū)動(dòng)直線坐標(biāo)軸,但部分加工中心已采用直線電機(jī),例如德國(guó)Rders公司的RXP500DS/RXP800DS型高速銑床和德吉馬公司的DMC75V linear型高速加工中心(其軸加速度達(dá)2g和快速行程速度達(dá)90m/min)。由于這種直線驅(qū)動(dòng)免去了將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)元件,從而可顯著提高軸的動(dòng)態(tài)性能、移動(dòng)速度和加工精度。
采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)床可顯著提高生產(chǎn)率。例如在加工電火花加工用的電極時(shí),加工時(shí)間要比采用傳統(tǒng)高速銑床減少50%。
直線電機(jī)可以顯著提高高速機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能。由于模具大多數(shù)是三維曲面,刀具在加工曲面時(shí),刀具軸要不斷進(jìn)行制動(dòng)和加速。只有通過(guò)較高的軸加速度才能在很高的軌跡速度情況下,在較短的軌跡路徑上確保以恒定的每齒進(jìn)給量跟蹤給定的輪廓。如果曲面輪廓的曲率半徑愈小,進(jìn)給速度愈高,那么要求的軸加速度愈高。因此,機(jī)床的軸加速度在很大程度上影響到模具的加工精度和刀具的耐用度。
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