高速切削关键技术.docx

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1、金加专题METALWORKINGFEATURES高速切削关键技术论述了高速切削的高速主轴单元、高速进给系统、高速CNC控制系统、高性能刀具系统、机床支撑技术、辅助单元技术以及高速切削加工理论等高速切削的关键技术的现状与最新进展。西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室李长河青岛理工大学机械工程学院侯亚丽高速切削是集高效、优质、低耗于一身的先进制造技术，其切削速度、进给加速度相对于传统的切削加工成倍提高，效率提高3~5倍以上，可直接加工淬火钢模具，实现了模具加工“一次过”的革命性进步。高速加工是制造科学的前沿。高速切削时，工件材料将处于超常应变速率状态，在瞬间发生剧变，完全突破了

2、传统切削理论和现有切削加工的概念，高速切削机理发生了根本性的变化。与传统切削加工相比，高速切削加工使切削力下降30%，切削热的90%被切屑带走，高速避开了机床的低频共振区，使机床的效率、精度和柔性得到高度统一，代表了机床工业发展的方向。在工业发达国家，高速加工已在航空航天、汽车、高速机车和模具等行业广泛应用，成为切削加工的发展趋势。高速机床和高速刀具逐步投入市场，高速切削加工技术得以在德、美、日等工业发达国家进入工业应用阶段并迅速发展，取得重大经济和社会效益。高速切削机床是实现先进切削工艺、获得高效加工效益的载体，也是进行高速切削试验研究的平台。高速切削的关键技术有高速切削机理、

3、高速加工技术、高速加工用刀具技术、高速加工工艺技术以及高目前，多数高速机床主轴采用内速加工测试技术等，其中高速机床装式电机主轴，简称“电主轴”。电主是实现高速加工的前提和基础条轴采用无外壳电机，将带有冷却套件。的电机定子装配在主轴单元的壳体1高速主轴单元内，转子和机床主轴的旋转部件做成一体，主轴的变速完全通过交流高速主轴部件是高速机床最为关变频控制实现，将变频电机和机床键的部件之一，同时高速主轴单元主轴合二为一。电主轴系统主要包的设计是实现高速加工的关键技术括高速主轴轴承、无外壳主轴电机之一。高速主轴在离心力作用下产及其控制模块、润滑冷却系统、主生振动和变形，高速运转时产生的轴

4、刀柄接口等。摩擦热和大功率内装电机产生的热目前，国外高速机床主轴系统一会引起温升和热变形，将直接影响般选用的轴承有陶瓷球轴承、静压机床最终的加工性能，因此必须对轴承、动静压轴承、气浮轴承、磁其进行严格控制。高速主轴单元的悬浮轴承。其中陶瓷球轴承的寿命类型主要有电主轴、气动主轴、水最多也只有数千小时，这是高速切动主轴。不同类型的主轴输出功率削技术应用的一大制约。国产陶瓷相差较大。高速主轴要在极短的时球轴承的转速仅达到20000r/min，间内完成升降速，并在指定的位置且只能承受轻负载。磁悬浮轴承支快速准停，这要求主轴具有很高的承的电主轴可以在5000~80000角加速度。主轴的驱动

5、如果通过皮r/min的转速下运行上万小时，但其带等中间环节，不仅会在高速状态主轴的支撑刚度较低，难以应用于打滑、产生振动和噪声，而且增加铣削加工。液体动静压轴承则拥有了转动惯量，机床主轴快速准停非动压轴承和静压轴承的优点，刚度常困难。高速加工机床主轴系统在和精度高，其理论寿命为无限长，结构上几乎都是采用交流伺服电机有较大的应用潜力，但目前设计预直接驱动的集成结构形式。集成化计的模型多是基于层流、不可压缩主轴有两种形式，一种是通过联轴流体、等粘度假设，有很大的局限器把电机与主轴直接联接，另一种性。高速主轴润滑轴承中流体的内是把电机转子和主轴做成一体。摩擦功耗使温度上升。采用低粘度2

6、009年第10期汽车工艺与材料AT&M45金加专题METALWORKINGFEATURES介质如水润滑，使温升有所改善，度可以达到1g，进给速度可以达到但其高速剪切下的热特性、水的腐40~60m/min，定位精度可以达到蚀作用及高速紊流下气泡的产生对20~25μm。相对于采用直线电机轴承稳定性的影响等问题有待深入驱动的进给系统，采用旋转电机带解决，才能形成设计制造技术。动滚珠丝杠的进给方案，因为受工在高速主轴单元中，机床既要完作台的惯性以及滚珠丝杠副结构限成粗加工，又要完成精加工，因此制，能够实现的进给速度和加速度对主轴单元提出了较高的静刚度和比较小。工作精度要求。高速机床主轴单

7、元对于采用滚珠丝杠副的传动系的动态性能在很大程度上决定了机统，为了提高进给加速度，可以采床的加工质量和切削能力。取以下措施。2高速进给系统a.加大滚珠丝杠直径以提高其刚度，且丝杠内部做成空心结构，这高速机床必须同时具有高速主样可以强制通冷却液来降低丝杠温轴系统和高速进给系统，这不仅是升。为了提高生产率，也是为了达到高高速滚珠丝杠在运转时，由于摩速切削中刀具正常工作的条件，否擦产生温升，造成丝杠的热变形，则会造成刀具急剧磨损，破坏加工将直接影响高速机床的加工精度。工件的表面质量。在