從高速加工中心不斷創新的過程中可以看出,充分利用當今技術領域里的最新成就,特別是利用驅動技術和控制技術的最新成果,是不斷提高加工中心高速性能、動態特性和加工精度的關鍵。
電主軸
高速電主軸是高速加工中心的核心部件。在模具自由曲面和復雜輪廓的加工中,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,要求很高的切削速度,因此,電主軸必須具有很高的轉速。目前,加工中心的主軸轉速大多在18000~42000r/min,瑞士Mikro的高速加工中心XSM400U/XSM600U其主軸轉速已達54000r/min。而對于模具的微細銑削(銑刀直徑一般采用0.1~2mm),則需要更高的轉速。如德國KUGler公司的五軸高精度銑床,其最高主軸轉速達160000r/min(采用空氣軸承),這樣的高轉速,當采用0.3mm直徑的銑刀加工鋼模時,就可達到150m/min的切削速度。目前,德國Fraunhofer生產技術研究所正在開發轉速為300000r/min的空氣軸承支撐的主軸。
加工模具時,總是采用很高的轉速,而高轉速產生的發熱,以及切削時可能產生的振動是影響模具加工精度的重要因素。為保證高速電主軸工作的穩定性,在主軸上裝有用來測量溫度、位移和振動的傳感器,以便對電機、軸承和主軸的溫升、軸向位移和振動進行監控。由此為高速加工中心的數控系統提供修正數據,以修改主軸轉速和進給速度,對加工參數進行優化。當主軸產生軸向位移,則可通過零點修正或軌跡修正來進行補償。
直線電機
目前,模具加工用的高速加工中心或銑床上多數還是采用伺服電機和滾珠絲杠來驅動直線坐標軸,但部分加工中心已采用直線電機,例如德國Rders公司的RXP500DS/RXP800DS型高速銑床和德吉馬公司的DMC75V linear型高速加工中心(其軸加速度達2g和快速行程速度達90m/min)。由于這種直線驅動免去了將回轉運動轉換為直線運動的傳動元件,從而可顯著提高軸的動態性能、移動速度和加工精度。
采用直線電機驅動的機床可顯著提高生產率。例如在加工電火花加工用的電極時,加工時間要比采用傳統高速銑床減少50%。
直線電機可以顯著提高高速機床的動態性能。由于模具大多數是三維曲面,刀具在加工曲面時,刀具軸要不斷進行制動和加速。只有通過較高的軸加速度才能在很高的軌跡速度情況下,在較短的軌跡路徑上確保以恒定的每齒進給量跟蹤給定的輪廓。如果曲面輪廓的曲率半徑愈小,進給速度愈高,那么要求的軸加速度愈高。因此,機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。
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