高速加工中心的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)
電主軸
高速電主軸是高速加工中心的核心部件掠北。在模具自由曲面和復(fù)雜輪廓的加工中牌骚，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)攘宝，要求很高的切削速度职菜，因此，電主軸必須具有很高的轉(zhuǎn)速欲华。目前兰险，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天殉。而對(duì)于模具的微細(xì)銑削(銑刀直徑一般采用0.1～2mm)脚培，則需要更高的轉(zhuǎn)速。如德國(guó)Kugler公司的五軸高精度銑床靡鞭，其最高主軸轉(zhuǎn)速達(dá)160000r/min(采用空氣軸承)纺围，這樣的高轉(zhuǎn)速，當(dāng)采用0.3mm直徑的銑刀加工鋼模時(shí)蜘辕，就可達(dá)到150m/min的切削速度僧旬。目前炉奴，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)蛇更，總是采用很高的轉(zhuǎn)速瞻赶，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派任。為保證高速電主軸工作的穩(wěn)定性砸逊，在主軸上裝有用來(lái)測(cè)量溫度、位移和振動(dòng)的傳感器掌逛，以便對(duì)電機(jī)师逸、軸承和主軸的溫升、軸向位移和振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)控豆混。由此為高速加工中心的數(shù)控系統(tǒng)提供修正數(shù)據(jù)篓像，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)化皿伺。當(dāng)主軸產(chǎn)生軸向位移遗淳，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)
目前心傀，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)柔朽，例如德國(guó)R?ders公司的RXP500DS/RXP800DS型高速銑床和德吉馬公司的DMC75Vlinear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)垂暖。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)性能精杜、移動(dòng)速度和加工精度穗阐。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)澳缴，加工時(shí)間要比采用傳統(tǒng)高速銑床減少50%能莫。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)是三維曲面烧晤，刀具在加工曲面時(shí)妇愉，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愈樱，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芳企。如果曲面輪廓的曲率半徑愈小，進(jìn)給速度愈高初之，那么要求的軸加速度愈高造过。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扎唾。
轉(zhuǎn)矩電機(jī)
在高速加工中心上召川，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的擺動(dòng)以及叉形主軸頭的擺動(dòng)和回轉(zhuǎn)等運(yùn)動(dòng)南缓，已廣泛采用轉(zhuǎn)矩電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)矩電機(jī)是一種同步電機(jī)荧呐，其轉(zhuǎn)子直接固定在所要驅(qū)動(dòng)的部件上汉形，所以沒(méi)有機(jī)械傳動(dòng)元件，它像直線電機(jī)一樣是直接驅(qū)動(dòng)裝置坛增。轉(zhuǎn)矩電機(jī)所能達(dá)到的角加速度要比傳統(tǒng)的蝸輪蝸桿傳動(dòng)高6倍获雕，在擺動(dòng)叉形主軸頭時(shí)加速度可達(dá)到3g。由于轉(zhuǎn)矩電機(jī)可達(dá)到極高的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)負(fù)載剛性收捣，從而提高了回轉(zhuǎn)軸和擺動(dòng)軸的定位精度和重復(fù)精度届案。目前，已有部分廠家的高速加工中心罢艾，已采用直線電機(jī)和轉(zhuǎn)矩電機(jī)來(lái)分別驅(qū)動(dòng)直線軸(X/Y/Z)和回轉(zhuǎn)擺動(dòng)軸(C和A)楣颠。如R歞er的RXP500DS/RXP800DS,德馬吉的DMC75Vlinear和Edel的CyPort五軸龍門銑床。應(yīng)該提及的是咐蚯，直接驅(qū)動(dòng)的直線軸與直接驅(qū)動(dòng)的回轉(zhuǎn)軸相組合拯拓，使機(jī)床所有的運(yùn)動(dòng)軸具有較高的動(dòng)態(tài)性能和調(diào)節(jié)特性，從而為高速度须涣、高精度和高表面質(zhì)量加工模具自由曲面提供了最佳條件涌咪。
控制系統(tǒng)
CNC控制系統(tǒng)是高速加工中心的重要組成部分，它在很大程度上決定著機(jī)床加工的速度盐腻、精度和表面質(zhì)量降乔。因此，對(duì)于加工模具自由曲面的高速機(jī)床揽券，數(shù)控系統(tǒng)的性能具有特別重要的意義讨楔。加工高精度自由曲面時(shí)，由微段直線和圓弧構(gòu)成的刀具軌跡造成龐大的零件程序豆牺，這些數(shù)據(jù)流需要由機(jī)床控制系統(tǒng)來(lái)儲(chǔ)存和處理玻市，因此，程序段處理時(shí)間的長(zhǎng)短是決定CNC控制系統(tǒng)工作效率的重要指標(biāo)翎桨。目前父独，高檔CNC控制系統(tǒng)的程序段處理時(shí)間一般可達(dá)0.5ms(如海德漢的iTNC530數(shù)控系統(tǒng))，而個(gè)別數(shù)控系統(tǒng)的程序段處理時(shí)間已縮短到0.2～0.4ms茫叭。應(yīng)用于模具高速加工的現(xiàn)代CNC數(shù)控系統(tǒng)粤铭，除了具有為確保高速進(jìn)給速度所必要的很短程序處理時(shí)間外，還應(yīng)具有Nurbs和樣條插補(bǔ)功能杂靶，并能以納米的分辨率進(jìn)行工作梆惯，以便在高速加工的情況下獲得高的加工精度和表面質(zhì)量。目前吗垮，高檔的數(shù)控系統(tǒng)也都能與不同廠家的CAD/CAM系統(tǒng)進(jìn)行連接垛吗，數(shù)據(jù)從CAD/CAM系統(tǒng)經(jīng)以太網(wǎng)以很高的速度傳送到控制系統(tǒng)上凹髓。CAD/CAM集成到控制系統(tǒng)上，在很大程度上能使模具復(fù)雜輪廓的加工獲得良好的效果怯屉，并對(duì)縮短調(diào)整時(shí)間和編程時(shí)間做出十分重要的貢獻(xiàn)蔚舀。在上述所引述的五軸高速機(jī)床上，除R歞er公司是采用自己開發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)外锨络，其它主要是采用了西門子的840D和海德漢公司的iTNC530數(shù)控系統(tǒng)赌躺。
結(jié)束語(yǔ)近十年來(lái)，驅(qū)動(dòng)技術(shù)和控制系統(tǒng)的長(zhǎng)足進(jìn)步羡儿，推動(dòng)了加工中心結(jié)構(gòu)的不斷創(chuàng)新和性能的不斷提高礼患。電主軸、直線電機(jī)姥购、轉(zhuǎn)矩電機(jī)和快速數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)提高加工中心的高速渺因、高動(dòng)態(tài)和高加工精度起了決定性的作用。而在模具加工機(jī)床的多種結(jié)構(gòu)創(chuàng)新中概给，轉(zhuǎn)矩電機(jī)起到了特別重要的作用妙裸。它不僅應(yīng)用于回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)和擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)，而且還應(yīng)用于叉形主軸頭的擺動(dòng)或主軸頭的擺動(dòng)和回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)跛庶，由此構(gòu)成各種不同類型的五軸加工中心睁去。而回轉(zhuǎn)和擺動(dòng)主軸頭的應(yīng)用，又為發(fā)展加工大型模具的五軸龍門式高速精密銑床提供了技術(shù)支持质凰。今后殃宜，進(jìn)一步提高主軸轉(zhuǎn)速、動(dòng)態(tài)性能和行程速度仍是高速加工中心的發(fā)展重點(diǎn)羡财，這不僅仍要依賴于驅(qū)動(dòng)技術(shù)和數(shù)控技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，還要有賴于機(jī)床構(gòu)件輕量化的發(fā)展和并聯(lián)機(jī)床的開發(fā)遗秩》セ常可以預(yù)料，在今后5年中绎狭，高速加工中心或高速銑床的軸加速度有望達(dá)到3～4g,坐標(biāo)軸的快速行程速度達(dá)到100～140m/min细溅。
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