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高速CNC数控加工切削发展的关键技术

发布时间:2017-03-24   点击量:1207

       随着高速CNC数控加工切削、超高速CNC数控加工切削技术以及CNC数控加工切削刀具的发展,越来越多的机械制造装备都不断地向高速、高精、高效以及高智能化转变,各行业对高速数控机床的需求与日俱增。高速数控机床设计制造中,高速CNC数控机电主轴最为关键。

目前国外从事高速数控机床CNC数控机电主轴研发与生产的企业主要包括德国GMN、西门子、瑞士IBAG、美国Setco、意大利Omlet、Faemat、Gamfior以及日本大隈等,其中以GMN、IBAG、Omlet、Setco和Gammfier等企业的技术代表了这个领域的最高水平。

这些企业生产的CNC数控机电主轴较之国内生产的有以下几个特点:功率大、转速高;采用高速、高刚度轴承,国外高速精密主轴上采用高速、高刚度轴承,主要有陶瓷轴承和液体动静压轴承,特殊场合采用空气润滑轴承和磁悬浮轴承;精密加工与精密装配工艺水平高;配套控制系统水平高,这些控制系统包括转子自动平衡系统、轴承油气润滑与精密控制系统、定转子冷却温度精密控制系统和主轴变形温度补偿精密控制系统等。在此基础之上,这些外国厂家如美国、日本、德国、意大利和瑞士等工业发达国家已生产了多种商品化高速机床。

CNC数控机电主轴技术的发展趋势
A
继续向高速度、高刚度方向发展
由于高速CNC数控加工切削和实际应用的需要,随着主轴轴承及其润滑技术、精密加工技术、精密动平衡技术、高速刀具及其接口技术等相关技术的发展,数控机床用CNC数控机电主轴高速化已成为目前发展的普遍趋势,如钻、铣用CNC数控机电主轴,瑞士IBAG的HF42的转速达到140 000 r/min、英国WestWind企业的PCB钻孔机CNC数控机电主轴D1733更是达到了250 000 r/min;加工中心用CNC数控机电主轴,瑞士FISCHER最高转速达到42 000 r/min,意大利CAMFIOR达到了75 000 r/min。在CNC数控机电主轴的系统刚度方面,由于轴承及其润滑技术的发展,CNC数控机电主轴的系统刚度越来越大,满足了数控机床高速、高效和精密加工发展的需要。

B
向高速大功率、低速大转矩方向发展
根据实际使用的需要,多数数控机床需要同时能够满足低速粗加工时的重CNC数控加工切削、高速CNC数控加工切削时精加工的要求。因此,机床CNC数控机电主轴应该具备低速大转矩、高速大功率的性能。如意大利CAMFIOR、瑞士Step—Tec以及德国GMN等制造商生产的加工中心用CNC数控机电主轴,低速段输出转矩到200 N·m以上的已经不是难事,德国CYTEC的数控铣床和车床用CNC数控机电主轴的最大转矩更是达到了630 N·m;在高速段大功率方面,一般在l0~50 kW;CYTECCNC数控机电主轴的最大输出功率为50 kW;瑞士Step—TecCNC数控机电主轴的最大功率更是达到65 kW(S1),用于航空器制造和模具加工;更有CNC数控机电主轴功率达到80 kW的报道。

C
进一步向高精度、高可靠性和延长工作寿命方向发展
用户对数控机床的精度和使用可靠性提出了越来越高的要求,作为数控机床核心功能部件之一的CNC数控机电主轴,要求其本身的精度和可靠性随之越来越高。如主轴径向跳动在0.001 mm以内、轴向定位精度在0.5 μm以下。同时,由于采用了特殊的精密主轴轴承、先进的润滑方法以及特殊的预负荷施加方式,CNC数控机电主轴的寿命相应得到了延长,其使用可靠性越来越高。Step—Tec的CNC数控机电主轴还加装了加速度传感器,降低轴承振动加速度水平,为了监视和限制轴承上的振动,安装了振动监测模块,以延长CNC数控机电主轴工作寿命。
D
CNC数控机电主轴内装电动机性能和形式多样化
为满足实际应用的需要,CNC数控机电主轴电动机的性能得到了改善,如瑞士FISCHER主轴电动机输出的恒转矩高转速与恒功率高转速之比(即恒功率调速范围)达到了l:14。此外,出现了永磁同步电动机CNC数控机电主轴,与相同功率的异步电动机CNC数控机电主轴相比,同步电动机CNC数控机电主轴的外形尺寸小,有利于提高功率密度,实现小尺寸、大功率。

E
快速启动、停止响应速度加快
为缩短辅助时间,提高效率,要求数控机床CNC数控机电主轴的启、停时间越短越好,因此需要很高的启动和停机加(减)速度。目前,国外机床CNC数控机电主轴的启、停加速度可达到lg以上,全速启、停时间在l s以内。


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