机床技术发展的新动向座人

机床技术发展的新动向

高速加工进一步向纵深发展

高速数控加工起源于90年代初，它以电主轴实现主轴高速和以直线电机实现高直线移动速度为主要特征，主要应用于大批量生产的轿车工业等领域。目的是力图用高主轴转速和高速直线进给运动的单主轴加工中心来替代多主轴但难以实现高主轴转速和高速进给的组合机床，从而在大批量生产中，既得到高度的柔性利于产品快速地更新换代，而又不降低生产效率。在实际生产中，一些驰名的汽车厂如我国的上海通用汽车公司，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。当前最新趋势是：继续扩大其应用范围。有的公司为了降低成本，不用直线电机，而采用中空通冷却液、加大直径和加大导程的滚珠丝杠；日本东芝机械则采用中空通冷却液的双滚珠丝杠来增强传动刚度。但不管采用何种形式的滚珠丝杠，其最大移动速度一般不大于50m/min，加速度最高为0.5g～1g，但是，HüLLERHILLE公司的nbh110高速加工中心，由于采用了“框中框”结构，使得移动部件质量较小。因此尽管用了滚珠丝杠，其X、Y、Z轴直线速度仍可高达75m/min，加速度达1g。

高速加工应用的另一个领域是用立

高速铣削淬硬钢对电加工的挑战，促使电加工机床也走向“高速”化。日本Sodick公司于1999年(1996年着手研制)在世界上率先推出了直线电机取代滚珠丝杠的电火花成形机床。在IMTS2000上Sodick的电火花线切割机床和打孔机床也全部用上了直线电机。以直线运动速度为36m/min左右、分辨率为1μm的直线电机传动取代直线速度只有1.3m/min左右，分辨率为1μm的滚珠丝杠，其传动的优越性不能直接体现在高速度上。这是由电火花机床为不断维持放电间隙的前移而又不致于短路的伺服性质所决定的。它表现为瞬时进、瞬时停、甚至瞬时后退。由于直线电机大幅度提高了传动刚进恩格尔表示，且有高达3000N的直线推力，因此有可能产生瞬时高加(减)速度，形成高频率瞬时的断续冲击，冲走由电蚀产生的铁屑。这样既可免除一切“冲刷”(Flushing)装置，又可一直保持最小且一致的火花间隙而达到快速的进给。从而不仅可大幅度提高效率(一般可提高40%)、精度，改善表面粗糙度，还可以解决以往由于无法解决“冲刷”问题(如很难在微小且密集的电极上钻“冲刷”用小孔等)而不能进行电加工的问题。

航空和宇航工业是高速加工的传统应用领域。其原因一是其主导材料为铝和铝合金；二是其零件常具有厚度极薄的壁和筋，刚度很差。只有高速切削时切削力很小才能对这些筋、壁进行加工。最新趋势是：近来这些行业流行采用大型整体铝合金坯料制造大型部件，如机翼、机身等，来替代多个零件，以避免众多的铆钉、螺钉和其它联结方式。这样不仅可省去昂贵的装配工时和工装，还可使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。因而，在这届IMTS2000上，美国CINCINNATI和意大利使电磁干扰控制在很小范围内Jobs公司均展出了专门用于飞机工业的大型高速铣床(其型号分别为HyperMach和JoMach159)。这类机床有以下特点：

(1)进一步提高主轴转速和功率：由于飞机工业采用整体坯料“掏空”的方法加工零件，切削量极大。因而，主轴转速和功率可增加的空间也很大。据CINCINNATI公司称，以往在飞机工业中，主轴转速达15000r/min和22kW就是高速了。随着技术进步，先进机床已提高到40000r/min和40kW。而他们的HyperMach已提高到60000r/min和80kW，也即达到了新的高度。

(2)超长的X行程和龙门移动：由于“机翼”类为细长型零件，JoMach机床的X轴行程长达30m，而Y轴只有2m。据称它将被用于加工欧洲下一代战斗机“台风”的机翼。HyperMach机床的X行程最长为46m，Y轴也只有2m。英国Marwin公司Alumax系列机床的双面总长度达100m。如此长的X行程，只能是丈量系统由上位机和下

(3)采用直线电机作高速直线传动：和以往航空工业大型机床用斜齿轮齿条或蜗杆条传动不同，这类高速铣床也用上了直线电机。这是为了适应主轴超高速、特大功率和超长X行程的需要。HyperMach机床采用直线电机以后，进给速度最大达60m/min，快速为100m/min，加速度达2g。据CICINNATI公司称，他们在HyperMach上曾试切一件薄壁实现打印的3维立体结构在高温高真空交联进程中保形飞机零件，