高速数控加工的关键技术是①高速主轴及高速进给驱动系统机床;②高速加工刀具系统;③基于CAD/CAM自动化数控编程
1、高速数控切削
主要针对车削和铣削。一般高速数控切削的主轴转速比普通数控切削转速高1~10倍。高速数控切削的另一个内涵是采用高的进给速度。维持切削力不变,提高转速就能够提高切除率,减少切削时间;维持进给速度在普通切削水平,提高转速就能够降低切削力,可以加工较细或较薄的模具零件。
高速主轴是高速数控切削的首要条件。目前主轴转速可达100000转/min,高速切削速度在5~100m/s。完全可以达到模具零件的镜面车削和镜面铣削。
1)高速主轴有以下几种渐变形式
(1)保持架采用陶瓷的滚珠轴承高速电动主轴,主轴回转精度达0.5μm,转速达到15000转/min以上
(2)采用液体静压轴承的高速电动主轴,主轴回转精度在0.2μm以下,转速达到100000转/min。
(3)采用空气静压轴承的高速电动主轴,主轴回转精度可在50nm以下,转速可高达200000转/min。正在开发之中。
(4)采用磁悬浮轴的高速电动主轴,主轴回转精度可达0.2μm,刚性非常好。正在开发之中。
2)高速数控切削机床的结构
(1)进给驱动系统的高速化,即采用大导程滚珠丝杠和高速伺服电机;直线电机和精密直线导轨。进给速度可达60~120m/min。
(2)运动部件轻量化和伺服进给控制精密化。
(3)已研制出三、四、五轴联动高速数控切削机床。可加工复杂型面的模具。
(4)新运动原理机床:高速数控切削领域出现并联结构的六杆机床、三杆五轴机床和四杆机床。正在不断完善和发展之中。
3)高速数控切削刀具系统
(1)刀具材料:有镀膜的和未镀膜的硬质合金、金属陶瓷、氧化铝基和氧化硅基陶瓷、聚晶金刚石和聚晶立方氮化硼等。
(2)刀柄结构:要求具有很高的几何精度和装夹重复精度、很高的装夹刚度和高速运转时的完全可靠性。
(3)安装刀具的模块化:有典型的HSK型刀柄及其连接结构、液压膨胀夹头等。
4)高速数据切削发展趋势
研制大功率高速主轴,功率≥100kW,转速≥100000转/min。
2、高速数控磨削关键技术
1)高速主轴
要求具有高速动平衡,可采用机电动平衡系统或电液动平衡系统。
2)高速数控磨床结构
组合多种磨削功能,具有高动态精度、高阻尼、高抗振、高稳定性、高自动化和高可靠性。
3)高速数控磨削砂轮
要求整体具有很高的机械强度,高速时完全可靠,外观锋利,结合剂必须具有很高的结合强度和耐磨性以减少砂轮的磨损,高速砂轮采用等强度来设计优化结构和形状。
4)冷却系统
要求冷却液具有较高的热容量和热传导率以提高冷却效率,能承受较高的压力,有良好的过滤性、良好的防腐性和高附着力,有较高的稳定性,不起泡,不变色,对健康无害,易于清洗,有利于环境保护。
5)高速数控磨削的发展趋势
研制大功率高速主轴,研制适应高速磨削的新型砂轮,改进磨床结构,优化冷却系统,磨速向超音速发展达250~350m/s以上。
3、基于CAD/CAM自动化数控编程
高速数控加工作为模具加工的前沿技术,关键技术之一就是采用先进的CAD/CAM集成设计和制造系统,进行图形交互的自动数控编程,这种方法速度快、精度高、直观、使用简便和便于检查。而解决高速数控加工编程的关键是NURBS插补技术,其特点如下:
(1)可以在NC控制器下进行样条曲线插补计算。
(2)减少数据量,提高数据的传输速度。
(3)在CAD-CAM-CNC之间进行数据的精确传递。
(4)易于生成光顺的刀具轨迹。这对加工高质量的复杂型面的模具极为有利。
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