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数控技术的高速、高精密化
日期：2010年06月13 来源：沈阳机床集团 关键字：数控车床
新一代数控机床(含加工中心)只有通过高速化大幅度缩短切削工时才可能进一步提高其生产率。这与超高速加工特别是高速加工中心的开发应用紧密相关。20世纪90年代以来，德、美、日各国争相开发应用新一代高速数控机床。加快机床高速化发展步伐。高速主轴单元(电主轴•转速为15 ooO～lo。。00 r／…)、高速且高加／减速度的进给运动部件(快移速度为60～120 n√叫n’切削进给速度高达60 fn／删n)、高性能数控和伺服系统“及数控工具系统都出现了新的突破，达到了新的技术水平。随着超高速切削机理、超硬耐磨长寿命刀具和磨料磨具、大功率高速电主轴、高加／减速度直线电机驱动进给部件以及高性能控制系统(含监控系统)和防护装置等一系列技术领域中关键技术的解央，应不失时机地开发应用新一代高速数控机床。为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。
依靠快速、准确的数字传递技术对高性能的机床执行部件进行精密度、高响应速度的实时处理。由于采用了新型刀具，当分辨率为1 Pm时切削速度在100 m／mln(有的到200Ⅱ一IIlln)以上，分辨率为O．1 Pm时切削速度在24m／…以上；自动换刀速度在1 s以内；小线段插补进给速度达到lzⅡ√帆根据高技率、大批量生产需求和电子驱动技术的飞速发展，高建直线电机的推广应用，已开发出一批高速、高效及高速响应的数控机床。
从精密加工发展到超严密加工(特高精度加工)，是世界各工业强国致力发展的方向。其精度已达微米缎，乃至纳米级(<10 nm)，其应用范围日趋广泛。超精密加工主要包括超精密切削(车、铣)、超精密磨削、超精密磨研抛光以及超精密特种加工(微细电火花加工、微细电解加工和各种复合加工等)。随着现代科学拄术的发展，对超精密加工技术不断提出了新的要求。新材料及新零件的出现，更高精度要求的提出等，都需要超精密加工工艺，发展新型超精密加工机床，完善现代超精密加工技术，以适应现代科学技术的发展。
现代科学技术与生产的发展，对机械加工和测量提出r越来越高的精度要求。加T精密化不只是发展新技术的需求，而且也是提高普通机电产品性能质量、寿命和可靠性的需要，同时还是减少机械产品装配的修配工作量，提高装配效率的需要。故机床的加工精度有提高的趋势。如近lo年来，普通级数控机床的加工精度已由原来的!lo肿提高到±5“m和土2 pmI精密级已达±5 pm，最高町达士1 pm以内。主轴回转精度为o 02～O 05 Pm、加工圆度为0．1 pm、表面粗糙度R。为O 003岫的超精密机床，已有多种产品在市场上出现。2000年普通加工和精密加工的精度与1980年比，分别提高了4～5倍，定位精度达到微米级、纳米级。
效率和质量是先进制造技术的主体。高速、高精密度加工技术可极大地提高效率，提高产品质量和档次．缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其州为五大现代制造技术之一，国际生产工程学会(cIRP)将其确定为21世纪的中心研究方向之一。如在轿车工业领域，年产30万辆的生产节拍是40秒／辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一。在航空和宇航工业领域，由于其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，因此只有在高切削速度和切削力程小的情况下，才托对这些零件进行加工。近来采用对大型整体锅合金坯料“掏空”的方法来制造机募、机身等大型零件，以替代多个零件通体众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装大型零部件，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精度和高柔性的要求。
从EM(Ⅺ001展会情况来看，高速加工中心进给速度可达80叫呲甚至更高，空运行速度可达100 n—mm左右。目前世界上许多汽车厂，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国【MNN皿公司的H峭№ch机床进给速度最大达60Ⅱ一～．快速为100州m加速度达219，主轴转速已达60 o。0一mm。加工一薄壁飞机零件只用30 r啪，而同样的零件在一般高速铣床上加工需要3 h，在普通铣床上加工需8 h。德国nM6公司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达到1z 000—rrun和1 g。
提高生产率的另一措施就是把非切削时间缩减到最短。主要体现在加快移动速度和缩短换刀时间与工作台交换时间。各坐标轴快速移动速度已由8～12 n一…提高到18～24 rn，，mm，30～40m／…的机床也稳定用于生产。意太利FA s公司s630v型5轴控制的立式加工中心的进给速度最高达到蛆m巾邶，采用直线电动机进给速度达60～120m/min，加速度1 g。在缩短换刀时间和T作台交换时间方面也取得了较大进展•数控车床刀架转位时间已从1～3 s减少到0．4～o．6 s。加工中心由于刀库和换刀结构的改进，使换刀时间从5～lO s减少到l～3 s．如日本大阪机工的一台卧式加工中心换刀时间为O 6 s。T作台的交换时间也由12～20 s减少到6～10 s，有的在2 5 s以内。
数控机床长期以来一直采用高速钢和硬质合金的YJ．县-材料，致使一般切削速度最多只有60～70州删n。到了20世纪70年代末80年代初期，涂层高速钢和涂层硬质合金刀具材料得到了广泛应用。由于其耐磨性和热硬性的提高，因而使切削速度提高到200～300n√nm或更高。近年来陶瓷刀具、聚晶金刚石刀具逐步实用化和普及，使切削速度高达每分钟数百至上千米。而采用(刖砂轮用于生产的磨削速度已达到120～250m/min.
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