高速加工技术的新进展

高速加工中心的发展可以通过检查高速加工的主要应用领域和这些领域的要求所产生的技术进步来理解。主要应用领域可分为航空航天、汽车、模具和一般制造。bet188娱乐城

世界铣床和钻床的市场情况见图1．如今，加工中心市场至少占整个市场的60%，其余的被用于大批量制造的专用和转移机，以及用于小批量和一次性制造的铣床和钻孔机所占据。在这个市场中，高速加工中心用于小、中、大批量生产。

用于大批量制造的高速加工中心主要在汽车领域，可能更严格地称为高速定位机。目标是能够在尽可能短的时间内从A点移动到B点。这些机器通常是带有直线电机驱动的卧式加工中心，可提供100至120米/分钟的快速横移速率。还有2到3g的加速。直线电机具有高进给量和加速度，提供了更高的生产力的好处，这超过了更高的能源消耗，更高的热量产生的缺点，与滚珠丝杠相比，更高的成本高达30%。

用于汽车应用的机器上的主轴需要多功能，以处理各种工具，并在低范围内具有足够的扭矩，用于钻孔和攻丝操作。这里的主轴一般在16000到24000转范围内。在低速下产生高扭矩的新型同步主轴为未来提供了良好的潜力。

对于高速定位应用，六足机和类似的并联运动学或非笛卡尔机继续发展。精度和可重复性、热效应控制问题、编程和控制挑战以及小工作范围下的大物理尺寸使这些机器一直处于实验阶段。然而，有趣的新设计出现在贸易展览会上。

对于一次性的中小型批量制造，有各种高速加工中心。航空航天机械本身就是一个类别，因为应用是铝和铝合金飞机结构部件的高速型材。这种机器的特点是行程大，直线电机的好处是显而易见的。高马力主轴，转速可达40000转，专为加工铝而设计。这里的主要目标是通过运行在或接近机器的谐振频率和最小化颤振来优化金属去除率。

模具和一bet188娱乐城般制造应用对高速加工中心提出了不同的要求。复杂的三维形状需要加工速度，精度和高表面光洁度。加工的材料范围从淬火钢、钢和铝到铜和石墨。利用现有的加工技术，淬火钢的实际进给量可达8.0 m/min。在石墨中速度可达12米/分钟。，超过这个范围就会发生材料突围。

对于这种应用，直线电机在大型旅行机器上是有益的，但考虑到它们的成本和缺点，对于中小型旅行机器不实用或不经济。这些机器配备滚珠丝杠，今天可以达到80米/分钟的进给量。三轴矢量加速度高达2.5g。由于材料多样，刀具尺寸范围广泛，提供各种主轴，转速从12,000到60,000转。根据应用的不同，仔细选择主轴是成功的关键。

因此，高速加工技术的发展必须相对于应用领域来考虑。在汽车应用中可能对高速定位有用的东西，对于模具应用中的高速轮廓未必有意义。bet188娱乐城反之亦然。

新技术正在影响用于模具和一般制造应用的中小型高速加工中心(纵向行程可达800毫米)，这些加工中心构成了市场上销售的高速加工中心的大部分。bet188娱乐城

高速加工中心。构造

这类高速加工中心的一种流行的施工方法是桥式结构，一种改进的桥式结构或高架龙门系统。与c型框架相比，c型框架具有悬垂的主轴和重叠的工作台导轨，桥式设计提供了最佳的移动质量分布，并且主轴刚性地安装在导轨附近。

然而，桥架结构的一个缺点是对操作员和自动装载设备(如托盘更换器或机器人)的工作区域的可达性。一种新型建筑解决了这个问题，同时提供了许多其他好处。图2举例说明了一种新的聚合物混凝土桥梁设计，它为操作人员提供了从前面到工作区域的良好可达性。大开口允许托盘更换器或机器人的良好访问。带有三点支撑的金字塔形结构提供了一个坚固的固定结构，以吸收移动滑道的高加速度/减速力。

聚合物混凝土结构在高速加工中心中越来越受欢迎，其减振效果是铸铁的6到10倍。它还提供了优越的热稳定性，因为聚合物混凝土的导热系数是铸铁的1/20。总的来说，结果是更好的刀具寿命，更好的精度和表面质量，再加上降噪。

新型聚合物混凝土结构也大大降低了制造成本和装配时间。特殊的粘合技术允许将复杂结构创建为一个整体或单体结构，消除任何机械连接，同时提供优越的刚性。这种复杂的设计很难用常规方法制造出来。以前，导轨表面需要铸造钢镶件进行加工或表面本身进行研磨。新开发的铸造技术使导轨表面的直线度和平行度在1500毫米内达到0.005毫米，用于直线导轨的直接安装。任何主要结构部件都不需要加工或组装，这是机床结构的真正突破。

直线导轨、滚珠丝杠、滑块、电机、线秤等安装在整体结构上(见图3)．其他有趣的特点是直线导轨和滚珠丝杠具有永久润滑脂润滑。不需要油管，不需要油与冷却剂混合，不需要油处理，系统免维护。主轴和进给电机是液冷的，因此从结构传导热量。激光刀具测量系统用于测量刀具在转速下的长度/半径，从而补偿主轴的机械和热位移以及刀柄的热生长。

自动化

每年有8,760小时的可用时间，自动化高速加工中心的需求也在不断增长，就像车间中的其他机器一样，以获得设备的最大产能利用率。随着高速加工过程的可靠性和安全性的提高，机器正在被设计成24小时运行。仍有一些工艺最好在无人值守的情况下运行，例如，用插入型工具粗制模具型腔，而其他诸如精加工等操作可以在无人值守的情况下运行。bet188娱乐城精细步进加工可以消除或减少对抛光操作的要求。因此，能够通过同一台机器运行多个作业是一种要求。

实现这一目标的第一步是在机器上安装快速更改设置系统或码垛系统。托盘可以在机器内和机器外快速更换，使多个作业可以通过机器进行处理。托盘也有一个共同的参考系统，因为它们可以从机器转移到机器或工序转移到工序。下一步是当需要为多台机器服务时，用机械臂(托盘更换器或机器人)自动化装卸托盘。

图3展示了一个高速加工中心，它提供了一个工作台卡盘和托盘系统来代替传统的机床工作台作为标准配置。该机器还提供了一个7位托盘更换器作为标准功能。托盘更换机或机器人不再是生产机器的一个特征。为了获得最大的投资回报，必须日夜不停地利用机器。

虽然各种类型的主轴正在开发中，但具有混合陶瓷轴承的整体电机主轴仍然是高速加工的主力(见图4)．各种各样的传感器已经被开发出来，以提高主轴的性能，使它们更智能。轴承上的加速度传感器允许在切割条件下监测振动。如果振动超过一定的阈值，可以改变加工参数，如速度、进给量和径向和轴向切削深度，以降低振动水平。小于2g RMS的振动水平提供更好的轴承/主轴寿命和刀具寿命。

主轴轴的热位移和机械位移仍然是高速主轴的一个特征，尚未得到很好的理解或接受。轴向运动传感器现在可以监测这些位移，这可以在控制中自动补偿。

在主轴中内置了一个新的主轴诊断模块，可以记录主轴在其生命周期内的使用数据。例如，可以记录振动水平，如果这些水平始终超过阈值，则可以解释为主轴轴承寿命缩短。数据还可以揭示主轴是否崩溃，这对解决保修问题很有用。数据可以通过红外接口从主轴输出。数据可记录10万小时。

主轴也提供了更大的速度和扭矩能力。一个新的32千瓦，30000转的主轴提供22 Nm的低端扭矩，处理高达25毫米的工具的能力，而一个新的8.5千瓦60,000转的主轴是为了工作与轻金属和石墨小工具直径8.0毫米。

控制

高速加工中心的控制在块加工时间、改进的运动控制算法、前瞻、存储器和网络能力等方面都取得了进步，一个有趣的发展是一种新的智能过程控制系统。

当高速加工复杂的三维轮廓时，通常是一个优化三个目标值的问题:速度、精度和表面光洁度。例如，当粗加工一个模具时，优先考虑的可能是速度。bet188娱乐城在加工一个小型高精度电极时，首先考虑的是精度。在完成吹塑模具或注射模具型腔时，优先考虑的是bet188娱乐城表面处理。要根据应用程序实现这些目标值，需要修改被称为机器性能设置的隐藏且通常不可访问的参数。它们由伺服回路增益、轴突值、平滑滤波器等数百个CNC参数组成，相互之间关系密切。今天，机器被优化为一个标准的铣削条件。

使用新的专家控制系统，操作员能够通过易于使用的图形界面优化机器性能设置(见图5)．机床的性能可以通过简单的三个目标值的优先级:速度，精度和表面光洁度来轻松优化。从粗加工到精加工的每个加工步骤或每个刀具的最佳机器性能设置可以通过简单的轨道球操作来激活。

各种机器性能设置的各种应用是工厂预先定义的。用户体验可以很容易地转换为额外的机器性能设置，并且特定于应用程序的设置的数量可以随着时间的推移而增加。

五轴同步高速加工

高速三轴加工和五轴同时加工本身就是成熟的技术。一个开创性的发展是五轴同步高速加工。

在五轴高速加工中心上，迄今为止的问题是旋转/倾斜轴不能匹配线性轴的进给速率和加速度。因此，当加工一个需要5个同时运动轴的零件时，例如铝中的叶轮或硬钢中难以到达区域的复杂模腔，旋转轴无法跟上线轴。bet188娱乐城线轴需要减速，高速加工的好处就失去了。

现在不是了。突破性的是旋转/倾斜轴的设计，现在使用直线电机技术。轴由液冷，直接驱动，大扭矩电机提供动力，其进给量和加速度比其机械前辈高出10倍。

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所示的直接驱动旋转/倾斜轴图6可以在旋转和倾斜轴上实现250转/分和150转/分的速度，相应的加速度为300和100弧度/秒平方。有了这些值，旋转轴现在可以匹配线性轴的进给速率和加速度，从而在所有五个轴上同时实现真正的高速加工。这项令人兴奋的技术应用于叶轮机械部件和复杂的模具，以及医疗部件制造所需的复杂和具有挑战性的形状。bet188娱乐城

结论

近年来，高速加工技术有了许多有趣的发展。在新型高速加工中心光滑外壳的背后，是更坚固的改进结构，为高速加工性能设定了新的标准，同时提供更好的人体工程学;更智能，更有能力的主轴;智能控制系统;自动化能力，以保持机器24小时运行;工艺本身的进步，真正的高速加工在所有五个轴的应用已知和尚未发现。