高速加工進(jìn)一步向縱深發(fā)展 &tLg}7?iB  
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    高速數(shù)控加工起源于90年代初，它以電主軸實(shí)現(xiàn)主軸高速和以直線電機(jī)實(shí)現(xiàn)高直線移動(dòng)速度為主要特征，主要應(yīng)用于大批量生產(chǎn)的轎車工業(yè)等領(lǐng)域。目的是力圖用高主軸轉(zhuǎn)速和高速直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的單主軸加工中心來替代多主軸但難以實(shí)現(xiàn)高主軸轉(zhuǎn)速和高速進(jìn)給的組合機(jī)床，從而在大批量生產(chǎn)中，既得到高度的柔性利于產(chǎn)品快速地更新?lián)Q代，而又不降低生產(chǎn)效率。在實(shí)際生產(chǎn)中，一些馳名的汽車廠如我國的上海通用汽車公司，已經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機(jī)床。當(dāng)前最新趨勢(shì)是：繼續(xù)擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。有的公司為了降低成本，不用直線電機(jī)，而采用中空通冷卻液、加大直徑和加大導(dǎo)程的滾珠絲杠；日本東芝機(jī)械則采用中空通冷卻液的雙滾珠絲杠來增強(qiáng)傳動(dòng)剛度。但不管采用何種形式的滾珠絲杠，其最大移動(dòng)速度一般不大于50m/min，加速度最高為0.5g～1g，但是，HüLLERHILLE公司的nbh110高速加工中心，由于采用了“框中框”結(jié)構(gòu)，使得移動(dòng)部件質(zhì)量較小。因此盡管用了滾珠絲杠，其X、Y、Z軸直線速度仍可高達(dá)75m/min，加速度達(dá)1g。? >fdS$,`A  
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    高速加工應(yīng)用的另一個(gè)領(lǐng)域是用立方氮化硼刀具進(jìn)行淬硬鋼的高速銑削或車削，這對(duì)模具工業(yè)非常有利。為了追求最終的高精度，一般希望在模具淬硬以后進(jìn)行精加工。在以前，對(duì)付淬硬模具唯一可用的加工手段是電加工。電加工的放電燒蝕是微切屑加工，效率極低。而高速銑削淬硬鋼的效率卻可以高出幾十倍，從而成為電加工的理想替代工藝。雖然，對(duì)那些大型模具上的深而窄的槽、小曲率半徑圓弧曲面和清角等高速銑削無能為力，但可以用高速銑削進(jìn)行粗、半精加工，而用電加工作最后加工，這樣可大大縮短模具加工周期。對(duì)那些為數(shù)眾多的異形且窄而深的槽類模具，仍只能采用電加工方法。為此，電加工永遠(yuǎn)不會(huì)被完全取代。? u9N?B* &{  
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    高速銑削淬硬鋼對(duì)電加工的挑戰(zhàn)，促使電加工機(jī)床也走向“高速”化。日本Sodick公司于1999年(1996年著手研制)在世界上率先推出了直線電機(jī)取代滾珠絲杠的電火花成形機(jī)床。在IMTS2000上Sodick的電火花線切割機(jī)床和打孔機(jī)床也全部用上了直線電機(jī)。以直線運(yùn)動(dòng)速度為36m/min左右、分辨率為1μm的直線電機(jī)傳動(dòng)取代直線速度只有1.3m/min左右，分辨率為1μm的滾珠絲杠，其傳動(dòng)的優(yōu)越性不能直接體現(xiàn)在高速度上。這是由電火花機(jī)床為不斷維持放電間隙的前移而又不致于短路的伺服性質(zhì)所決定的。它表現(xiàn)為瞬時(shí)進(jìn)、瞬時(shí)停、甚至瞬時(shí)后退。由于直線電機(jī)大幅度提高了傳動(dòng)剛進(jìn)，且有高達(dá)3000N的直線推力，因此有可能產(chǎn)生瞬時(shí)高加(減)速度，形成高頻率瞬時(shí)的斷續(xù)沖擊，沖走由電蝕產(chǎn)生的鐵屑。這樣既可免除一切“沖刷”(Flushing)裝置，又可一直保持最小且一致的火花間隙而達(dá)到快速的進(jìn)給。從而不僅可大幅度提高效率(一般可提高40%)、精度，改善表面粗糙度，還可以解決以往由于無法解決“沖刷”問題(如很難在微小且密集的電極上鉆“沖刷”用小孔等)而不能進(jìn)行電加工的問題。? Fr/8q:m&  
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    航空和宇航工業(yè)是高速加工的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域。其原因一是其主導(dǎo)材料為鋁和鋁合金；二是其零件常具有厚度極薄的壁和筋，剛度很差。只有高速切削時(shí)切削力很小才能對(duì)這些筋、壁進(jìn)行加工。最新趨勢(shì)是：近來這些行業(yè)流行采用大型整體鋁合金坯料制造大型部件，如機(jī)翼、機(jī)身等，來替代多個(gè)零件，以避免眾多的鉚釘、螺釘和其它聯(lián)結(jié)方式。這樣不僅可省去昂貴的裝配工時(shí)和工裝，還可使構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和可靠性得到提高。因而，在這屆IMTS2000上，美國CINCINNATI和意大利Jobs公司均展出了專門用于飛機(jī)工業(yè)的大型高速銑床(其型號(hào)分別為HyperMach和JoMach159)。這類機(jī)床有以下特點(diǎn)：? ULjW589zb  
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    (1)進(jìn)一步提高主軸轉(zhuǎn)速和功率：由于飛機(jī)工業(yè)采用整體坯料“掏空”的方法加工零件，切削量極大。因而，主軸轉(zhuǎn)速和功率可增加的空間也很大。據(jù)CINCINNATI公司稱，以往在飛機(jī)工業(yè)中，主軸轉(zhuǎn)速達(dá)15000r/min和22kW就是高速了。隨著技術(shù)進(jìn)步，先進(jìn)機(jī)床已提高到40000r/min和40kW。而他們的HyperMach已提高到60000r/min和80kW，也即達(dá)到了新的高度。? wvx N6  
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    (2)超長的X行程和龍門移動(dòng)：由于“機(jī)翼”類為細(xì)長型零件，JoMach機(jī)床的X軸行程長達(dá)30m，而Y軸只有2m。據(jù)稱它將被用于加工歐洲下一代戰(zhàn)斗機(jī)“臺(tái)風(fēng)”的機(jī)翼。HyperMach機(jī)床的X行程最長為46m，Y軸也只有2m。英國Marwin公司Alumax系列機(jī)床的雙面總長度達(dá)100m。如此長的X行程，只能是龍門(往往是多個(gè)龍門)移動(dòng)而不可能是工作臺(tái)移動(dòng)。? rM=Q.By+\  
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    (3)采用直線電機(jī)作高速直線傳動(dòng)：和以往航空工業(yè)大型機(jī)床用斜齒輪齒條或蝸桿條傳動(dòng)不同，這類高速銑床也用上了直線電機(jī)。這是為了適應(yīng)主軸超高速、特大功率和超長X行程的需要。HyperMach機(jī)床采用直線電機(jī)以后，進(jìn)給速度最大達(dá)60m/min，快速為100m/min，加速度達(dá)2g。據(jù)CICINNATI公司稱，他們?cè)贖yperMach上曾試切一件薄壁飛機(jī)零件，只花了30分鐘。同樣的零件在一般高速銑床上加工費(fèi)時(shí)3小時(shí)，而在普通數(shù)控床需8小時(shí)。這充分顯示了超高速機(jī)床的威力。? rZ w&[ G  
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