數控高速加工關鍵技術的研究

數控高速加工關鍵技術的研究

近十年來,在經濟全球化的推動下,發達國家的制造業向中國轉移的速度空前加快,我國的制造業得到了高速發展。隨著外資的大規模進入,對我國本土制造業的現代化產生了重要的推動作用。在強勁需求的帶動下,我國汽車工業、航空航天工業、造船工業和通用機械工業等紛紛加大了引進國外技術和裝備的規模和速度。我國傳統的數控機床工具技術和裝備,已經不能滿足現代制造業“優質、高效、節能、低耗和環?!钡男滦枨罅?。我國制造業高速發展的強勁態勢和切削加工技術的相對落后,切削加工技術成為了我國機械制造業高速發展的瓶頸。因此,必須分析當前的現狀,提出相應的對策,才能適應新的形勢。
高速加工(HSM)是當今制造業中一項快速發展的新技術,在工業發達國家,高速切削正成為一種新的切削加工理念。它于1931年由德國物理學家薩羅蒙率先提出,20世紀60年代以后,美國科技界和工業界在高速加工的機理研究和應用方面做了許多研究。
高速加工的基本出發點是高速低負荷狀態下的切削可較低速高負荷狀態下切削更快地切除材料。低負荷切削意味著可減小切削力,從而減少切削過程中的振動和變形。使用合適的刀具,在高速狀態下可切削高硬質的難加工材料。同時,高速切削可使大部分的切削熱通過切屑帶走,從而減少零件的熱變形。
上述這些優點僅在加工策略合適的情況下才能實現。如果加工策略不適當,輕則會縮短刀具的壽命,重則可能導致更加可怕的結果。高速加工并不是簡單地使用現有刀具路徑,通過提高主軸轉速和進給率實現。要實現數控高速切削加工所需研究的核心內容包含高速切削加工理論、高速主軸單元、高速進給系統、高速CNC系統、高性能的刀具系統、機床支撐技術驅動系統及輔助單元技術。
高速切削機理是高速切削技術應用和發展的理論基礎,在高速切削技術應用中起著指導作用,占有十分重要的地位。在常規的切削速度范圍內,切削溫度隨著切削速度的增大而提高。對于不同的工件材料,存在一個速度范圍,當切削速度超過了這個速度范圍以后,隨著切削速度的增大切削力會大幅度下降,切削溫度也會降低。
后來的學者根據高速切削實驗結果對Salomon理論提出了質疑,認為在高速切削鑄鐵、鋼及難加工材料時,即使在很高的切削速度范圍內也不存在B區這樣的死谷,刀具耐用度總是隨著切削速度的增加而降低的。
(1)高速精密主軸上大量采用高速、高剛度的軸承,如一般情況采用陶瓷軸承和液體動靜壓軸承,特殊場合采用空氣潤滑軸承和磁懸浮軸承;軸承的潤滑采用定時定量的油氣潤滑而不是油脂潤滑。
(2)主軸電機主要采用矢量控制的交流異步機。
(3)電主軸的內置高速電機采用高頻變頻裝置來驅動,實現每分鐘幾萬甚至十幾萬轉的轉速,變頻器的輸出頻率甚至要達到幾千Hz。

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