高速加工技術(shù)培訓(xùn)課件

1、1一、高速切削技術(shù)的概念與特征一、高速切削技術(shù)的概念與特征二、高速切削技術(shù)的特點及應(yīng)用二、高速切削技術(shù)的特點及應(yīng)用三、高速切削的關(guān)鍵技術(shù)三、高速切削的關(guān)鍵技術(shù)四、四、 高速切削機(jī)理高速切削機(jī)理五、五、 高速切削技術(shù)的現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢高速切削技術(shù)的現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢概要概要概要目錄2高速加工技術(shù)：高速加工技術(shù)： 高速加工包括高速加工包括高速切削高速切削和和高速磨削高速磨削。 采用超硬材料的刀具和磨具，能可靠地實現(xiàn)高速運動的自采用超硬材料的刀具和磨具，能可靠地實現(xiàn)高速運動的自動化制造設(shè)備，極大地提高材料的去除率，并保證加工精度和動化制造設(shè)備，極大地提高材料的去除率，并保證加工精度和加工質(zhì)量的現(xiàn)代制造

2、加工技術(shù)。加工質(zhì)量的現(xiàn)代制造加工技術(shù)。 高速切削高速切削（High-speed Cutting）：）：采用比常規(guī)速度高得采用比常規(guī)速度高得多的切削速度進(jìn)行加工的一種高效新工藝方法。多的切削速度進(jìn)行加工的一種高效新工藝方法。以切削速度和進(jìn)給速度界定：以切削速度和進(jìn)給速度界定： 高速加工的高速加工的切削速度和進(jìn)給速度切削速度和進(jìn)給速度為普通切削的為普通切削的510倍。倍。以主軸轉(zhuǎn)速界定：高速加工的以主軸轉(zhuǎn)速界定：高速加工的主軸轉(zhuǎn)速主軸轉(zhuǎn)速800010000 r/min。3在切削速度達(dá)到一個臨界值之后的一個在切削速度達(dá)到一個臨界值之后的一個范圍內(nèi)，切削速度增加，則切削溫度下范圍內(nèi)，切削速度增加，則切

3、削溫度下降。降。4高速加工高速加工切削速度切削速度刀具壽命刀具壽命切削力切削力圖圖4.8-1 所羅門（所羅門（Salomon）曲線）曲線 1960年前后美國空軍和年前后美國空軍和Lockheed飛機(jī)公司研究了用于輕飛機(jī)公司研究了用于輕合金材料的超高速銑削（切削速度達(dá)合金材料的超高速銑削（切削速度達(dá)15004500m/min） 德國，全面而系統(tǒng)研究超高速切削機(jī)床、刀具、控制系德國，全面而系統(tǒng)研究超高速切削機(jī)床、刀具、控制系統(tǒng)以及相關(guān)工藝技術(shù)，并廣泛應(yīng)用，獲得好的經(jīng)濟(jì)效益統(tǒng)以及相關(guān)工藝技術(shù)，并廣泛應(yīng)用，獲得好的經(jīng)濟(jì)效益 Salomom的理論與實驗結(jié)果，引發(fā)了人們極大的興趣，的理論與實驗結(jié)果，引發(fā)了

4、人們極大的興趣，并由此產(chǎn)生了并由此產(chǎn)生了“高速切削（高速切削（HSC）”的概念的概念 日本在超高速切削機(jī)床的研究和開發(fā)方面后來居上，現(xiàn)日本在超高速切削機(jī)床的研究和開發(fā)方面后來居上，現(xiàn)已成為世界上超高速機(jī)床的主要提供者已成為世界上超高速機(jī)床的主要提供者 高速加工的產(chǎn)生和發(fā)展高速加工的產(chǎn)生和發(fā)展5 高速加工切削速度范圍因不同的高速加工切削速度范圍因不同的工件材料工件材料而異而異車削車削(Turing)：700-7000 m/min銑削銑削(Milling)：300-6000 m/min鉆削鉆削(Drilling)：200-1100 m/min磨削磨削(Grinding)：50-300 m/s鏜削（

5、鏜削（Boring）：）：35-75m/min 高速加工切削速度范圍隨高速加工切削速度范圍隨加工方法加工方法不同也有所不同不同也有所不同鋁合金鋁合金(Aluminum Alloy)：1000-7000 m/min銅銅(Cu)：900-5000 m/min鋼鋼(Steel)：500-2000 m/min灰鑄鐵灰鑄鐵(Gray cast iron)：800-3000 m/min鈦鈦(Ti)：100-1000m/min62.高速加工切削速度的范圍高速加工切削速度的范圍7 高速加工切削速度范圍因不同的工件材料而異（圖高速加工切削速度范圍因不同的工件材料而異（圖1 1）高速與超高速切削速度范圍高速與超高

6、速切削速度范圍 10 100 1000 10000切削速度切削速度V（m/min）塑料塑料鋁合金鋁合金銅銅鑄鐵鑄鐵鋼鋼鈦合金鈦合金鎳合金鎳合金 由于刀具、工件材料和加工工藝的多由于刀具、工件材料和加工工藝的多樣性，對高速切削不可能用一個確定的速樣性，對高速切削不可能用一個確定的速度指標(biāo)來定義。度指標(biāo)來定義。 ISO1940ISO1940規(guī)定主軸轉(zhuǎn)速大于規(guī)定主軸轉(zhuǎn)速大于8000r/min8000r/min的加工形式為高速切削。的加工形式為高速切削。 現(xiàn)階段一般把主軸轉(zhuǎn)速在現(xiàn)階段一般把主軸轉(zhuǎn)速在10000r/min10000r/min以上的加工形式視為高速切削。以上的加工形式視為高速切削。8高速切

7、削的主軸臨界轉(zhuǎn)速高速切削的主軸臨界轉(zhuǎn)速 事實上，事實上，HSMHSM不是簡單意義上的高切削速度。不是簡單意義上的高切削速度。它應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是用特定方法和生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行加工的它應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是用特定方法和生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行加工的工藝。工藝。 93.HSM意義意義一、一、 高速切削技術(shù)的概念與特征高速切削技術(shù)的概念與特征二、二、 高速切削技術(shù)的特點及應(yīng)用高速切削技術(shù)的特點及應(yīng)用三、三、 高速切削關(guān)鍵技術(shù)高速切削關(guān)鍵技術(shù)四、高速切削機(jī)理四、高速切削機(jī)理五、高速切削技術(shù)的現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢五、高速切削技術(shù)的現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢概要概要10概要目錄111.高速加工的特點高速加工的特點 切削力?。狠^常規(guī)切削至少降低30%，徑

8、向力降低更明顯。工件受力變形小，適于加工薄壁件和細(xì)長件 切削熱?。杭庸み^程迅速，95%以上切削熱被切屑帶走，工件積聚熱量極少，溫升低，適合于加工熔點低、易氧化和易于產(chǎn)生熱變形的零件，可提高加工精度 動力學(xué)特性好：刀具激振頻率遠(yuǎn)離工藝系統(tǒng)固有頻率，不易產(chǎn)生振動，可獲得好的表面粗糙度 可加工硬表面：高速切削可加工硬度HRC45-65的淬硬鋼鐵件，在一定條件下可取代磨削加工或某些特種加工 環(huán)保：可實現(xiàn)“干切”和“準(zhǔn)干切”，避免冷卻液污染 加工效率高：進(jìn)給率較常規(guī)切削提高5-10倍，材料去除率可提高3-6倍高效率高效率高質(zhì)量高質(zhì)量低消耗低消耗高精度高精度12高速加工的特點高速加工的特點 主軸轉(zhuǎn)速高，進(jìn)

9、給速度快，單位時間內(nèi)主軸轉(zhuǎn)速高，進(jìn)給速度快，單位時間內(nèi)的材料去除量反而增加了。因此，加工效率的材料去除量反而增加了。因此，加工效率也相應(yīng)提高了。也相應(yīng)提高了。高速切削條件下，雖然切削深度和厚度小，但由于高速切削條件下，雖然切削深度和厚度小，但由于13機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速高機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速高 當(dāng)前主流的高速加工設(shè)備主軸轉(zhuǎn)數(shù)已經(jīng)普遍超過當(dāng)前主流的高速加工設(shè)備主軸轉(zhuǎn)數(shù)已經(jīng)普遍超過2萬萬轉(zhuǎn)，更高的可達(dá)到轉(zhuǎn)，更高的可達(dá)到6、7萬轉(zhuǎn)以上。萬轉(zhuǎn)以上。進(jìn)給速度快進(jìn)給速度快 通?？焖倏招谐掏ǔ？焖倏招谐?060米米/分分,更快的可達(dá)更快的可達(dá)80100米米/分分去除率增加去除率增加 以瑞士以瑞士MIKRONMIKRON公司

10、生產(chǎn)公司生產(chǎn)HSM-700HSM-700高速銑床為例，高速銑床為例，其最高轉(zhuǎn)速可達(dá)其最高轉(zhuǎn)速可達(dá)42000r/min42000r/min，是普通銑削轉(zhuǎn)速的幾，是普通銑削轉(zhuǎn)速的幾十倍，加工效率自然遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通銑削加工。十倍，加工效率自然遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通銑削加工。14高效率高效率 對于同樣的切削層參數(shù)，由于高速帶來突對于同樣的切削層參數(shù)，由于高速帶來突變滑移減少硬化阻力，使得高速切削的單位切變滑移減少硬化阻力，使得高速切削的單位切削力明顯減小。這對減小振動和偏差非常重要削力明顯減小。這對減小振動和偏差非常重要，也使工件在切削過程的受力變形顯著減小。，也使工件在切削過程的受力變形顯著減小。特別有利于提高

11、薄壁細(xì)筋件等剛性差零件的高特別有利于提高薄壁細(xì)筋件等剛性差零件的高速精密加工。速精密加工。15高精度高精度 一方面，高速切削的力值及其變化幅度小，與一方面，高速切削的力值及其變化幅度小，與主軸轉(zhuǎn)速有關(guān)的激振頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于切削工藝系統(tǒng)的主軸轉(zhuǎn)速有關(guān)的激振頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于切削工藝系統(tǒng)的高階固有頻率。高階固有頻率。 另一方面，由于傳入工件的切削熱的比例大另一方面，由于傳入工件的切削熱的比例大幅度減少，加工表面受熱時間短、切削溫度低，幅度減少，加工表面受熱時間短、切削溫度低，因此熱影響區(qū)和熱影響程度都較小。加工表面質(zhì)因此熱影響區(qū)和熱影響程度都較小。加工表面質(zhì)量顯著提高。量顯著提高。16高質(zhì)量高質(zhì)量 高速加工

12、機(jī)床振動小、噪聲低、少用或不用高速加工機(jī)床振動小、噪聲低、少用或不用切削液，也符合環(huán)保要求。切削液，也符合環(huán)保要求。 高速切削時，單位功率所切削的切削層材料高速切削時，單位功率所切削的切削層材料體積顯著增大。由于采用較小的背吃刀量，刀具體積顯著增大。由于采用較小的背吃刀量，刀具每刃的切削量很小，因而機(jī)床的主軸、導(dǎo)軌的受每刃的切削量很小，因而機(jī)床的主軸、導(dǎo)軌的受力就小，機(jī)床的精度壽命長，同時刀具壽命也延力就小，機(jī)床的精度壽命長，同時刀具壽命也延長了。長了。 17低消耗低消耗18鋁、銅合金的高速切削加工鋁、銅合金的高速切削加工 鋁、銅合金的強(qiáng)度和硬度相對較低，導(dǎo)熱性鋁、銅合金的強(qiáng)度和硬度相對較低，

13、導(dǎo)熱性好，適于進(jìn)行高速切削加工，不僅可以獲得高好，適于進(jìn)行高速切削加工，不僅可以獲得高的生產(chǎn)率，還可以獲得好的加工表面質(zhì)量。的生產(chǎn)率，還可以獲得好的加工表面質(zhì)量。 切削鋁、銅合金可選用的刀具材料有硬質(zhì)合切削鋁、銅合金可選用的刀具材料有硬質(zhì)合金、金剛石鍍層硬質(zhì)合金以及金、金剛石鍍層硬質(zhì)合金以及PCD等。等。 19表表2 PCD刀具切削鋁、銅合金實例刀具切削鋁、銅合金實例加工對象加工對象加工方式加工方式工藝參數(shù)工藝參數(shù)刀具參數(shù)刀具參數(shù)加工效果加工效果車輛汽缸體車輛汽缸體AiSi17Cu4Mg合金合金精銑精銑v = 800m/mimvz = 0.08mm/齒齒a p= 0.5mm12mm方形刀方形刀

14、片片齒數(shù)齒數(shù)z = 1212Ra=0.8m，可連續(xù)加工，可連續(xù)加工500件件（使用（使用WC基硬質(zhì)合金只能加基硬質(zhì)合金只能加工工25件）件）照相機(jī)機(jī)身照相機(jī)機(jī)身13硅鋁合金硅鋁合金精銑精銑v = 2900m/mimvz = 0.018mm/齒齒a p= 0.5mm齒數(shù)齒數(shù)z = 41012Ra=0.80.4m，可連續(xù)加工，可連續(xù)加工20000件（使用件（使用WC基硬質(zhì)合基硬質(zhì)合金只能加工金只能加工250件）件）活塞環(huán)槽活塞環(huán)槽LM24鋁合金鋁合金車削車削v = 590m/mimf = 0.2mm/ra p= 10mm10122可連續(xù)加工可連續(xù)加工2500件，無顫振件，無顫振活塞式閥門活塞式閥門

15、LM24鋁合金鋁合金鉆孔鉆孔v = 132m/mimvf = 380mm/min麻花鉆麻花鉆可連續(xù)加工可連續(xù)加工5000件，取代硬質(zhì)件，取代硬質(zhì)合金鉆頭定中心、鉆孔、鉸孔合金鉆頭定中心、鉆孔、鉸孔整流子整流子CDA105銅合銅合金金精車精車v = 350m/mimf = 0.05mm/ra p= 0.25mm, 干切干切07r0.5mm可連續(xù)加工可連續(xù)加工2500件（使用件（使用WC基硬質(zhì)合金只能加工基硬質(zhì)合金只能加工50件）件）油泵噴射內(nèi)孔油泵噴射內(nèi)孔GdAlSi12Cu 硅鋁合金硅鋁合金精鏜精鏜v = 173m/mimf = 0.02mm/ra p= 0.2mm階梯鏜刀階梯鏜刀Ra=0.3

16、5m，每把刀可加工，每把刀可加工150000件件20鑄鐵與鋼高速切削加工鑄鐵與鋼高速切削加工 不僅可以獲得高的加工效率和好的表面質(zhì)量，還可以對淬硬鋼和冷硬鑄鐵進(jìn)行切削加工，實現(xiàn)以切代磨。表表3 PCBN刀具高速切削鋼和鑄鐵實例刀具高速切削鋼和鑄鐵實例以銑代磨，工效提高以銑代磨，工效提高56倍倍v =850m/mim立銑立銑HRC3840Cr鋼鋼Ra =0.8m，平面度，平面度0.02mv =1200m/mim 端銑端銑Cr、Cu鑄鐵鑄鐵連續(xù)加工連續(xù)加工2600件，件，Ra =0.8mv = 460m/mimf = 0.24mm/ra p= 0.3mm, 干切干切精鏜精鏜HB210汽缸套孔汽缸套

17、孔珠光體鑄鐵珠光體鑄鐵以銑代磨，工效提高以銑代磨，工效提高67倍，倍，Ra= 1.60.8m，平面度，平面度0.02mv = 800m/mimvf = 100mm/min端銑端銑A3熱壓板熱壓板以車代磨，工效提高以車代磨，工效提高45倍，倍， Ra=0.80.4mv = 180m/mimf = 5.6mm/ra p= 1.5mm車削車削HRC71軋輥軋輥Cr15鋼鋼加工效果加工效果工藝參數(shù)工藝參數(shù)加工方式加工方式硬度硬度加工對象加工對象21難加工材料的高速切削加工難加工材料的高速切削加工 鈦合金、鎳合金、硬質(zhì)合金和高溫合金等，采用合適的PCD或PCBN刀具進(jìn)行高速切削可以獲得較好的效果 表表4

18、 PCBN刀具在高速切削中的應(yīng)用實例刀具在高速切削中的應(yīng)用實例行程達(dá)行程達(dá)13000m，Ra=1.60.8mv=110m/min f =0.08mm/ra p= 0.3mm鏜孔鏜孔HRC50柴油機(jī)機(jī)體主軸柴油機(jī)機(jī)體主軸承孔（表面熱噴承孔（表面熱噴涂鎳基合金）涂鎳基合金）Ra=1.60.8mv=200m/mim vf =50mm/mima p= 0.5mm銑削銑削HV330鈦合金鈦合金Ti6Al4V工效較電火花加工提高工效較電火花加工提高30倍，倍， Ra=0.80.4mv=50m/mimf = 0.1mm/ra p= 0.1mm鏜孔鏜孔HRA87冷擠壓模冷擠壓模YG15加工效果加工效果工藝參數(shù)

19、工藝參數(shù)加工方式加工方式硬度硬度加工對象加工對象軟材料的高速切削加工軟材料的高速切削加工 如橡膠、塑料、木頭等，高速切削加工表面極為光潔，這對于普通切削加工是很難做到的 22航空航天航空航天 大量薄壁、細(xì)筋的大型輕合金整體構(gòu)件適于采用高速加工，材料去除率達(dá)100-180cm3/min。 鎳合金、鈦合金高速加工，切削速度達(dá)200-1000 m/min（超）高速切削應(yīng)用于航空航天工業(yè)的大型柔性件加工，提高工效10倍。 對一些“整體制造法”零件，高速切削大大提高生 產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低制造成本例如：波音公司在生產(chǎn)波音F-15戰(zhàn)斗機(jī)時，采用“整體制造法”，飛機(jī)零件數(shù)量減少了42%，用高速銑削代替組裝

20、方法得到大型薄壁構(gòu)件，減少了裝配等工藝過程。 23航空航天航空航天 高速加工薄壁樣件（厚度0.1mm）增壓器葉輪實物24高速加工薄壁樣件（壁厚0.1mm，高度20mm）汽車發(fā)動機(jī)及其配件的高速切削加工汽車覆蓋件及零件模具的高速切削加工u 汽車制造業(yè)汽車制造業(yè)高速加工中心組成柔性生產(chǎn)線(FTL) 例如：國內(nèi)如一汽大眾捷達(dá)轎車自動生產(chǎn)線，由沖壓、焊接、涂裝、總裝、發(fā)動機(jī)及傳動器等高速生產(chǎn)線組成，年產(chǎn)轎車能力15萬輛，制造節(jié)拍1150輛/min；2526汽車工業(yè)汽車工業(yè) 采用高速NC機(jī)床和高速加工中心組成高速柔性生產(chǎn)線，實現(xiàn)多品種、中小批量的高效生產(chǎn)專用機(jī)床專用機(jī)床5軸軸4工序工序 = 20軸（軸（

21、3萬件萬件/月）月）剛性（零件、孔數(shù)、孔徑、孔型剛性（零件、孔數(shù)、孔徑、孔型固定不變）固定不變）1234鉆孔鉆孔 表面倒棱表面倒棱 內(nèi)側(cè)倒棱內(nèi)側(cè)倒棱 鉸孔鉸孔表面和內(nèi)側(cè)倒棱表面和內(nèi)側(cè)倒棱高速鉆孔高速鉆孔高速加工中心高速加工中心1臺臺1軸軸1工序（工序（3萬件萬件/月）月）柔性（零件、孔數(shù)、孔徑、柔性（零件、孔數(shù)、孔徑、孔型可變）孔型可變）汽車輪轂螺栓孔高速加工實例（日產(chǎn)公司）汽車輪轂螺栓孔高速加工實例（日產(chǎn)公司）汽車車門外覆蓋件模具的高速加工汽車車門外覆蓋件模具的高速加工 高速加工與傳統(tǒng)數(shù)控加工的時間比較：高速加工與傳統(tǒng)數(shù)控加工的時間比較：傳統(tǒng)加工：傳統(tǒng)加工：50H.，鉗工修復(fù)：，鉗工修復(fù)：9

22、0H.，總計；，總計；140H.HSM：16.5H.，手工修復(fù)：，手工修復(fù)：15H.，總計：，總計：31.5H. 模具尺寸：模具尺寸：1400 x1200 x600mm 模具重量：模具重量：2500kg 毛坯材料：毛坯材料：GGG30(相相當(dāng)于當(dāng)于HT300) 材料硬度：材料硬度：HB24027u 模具加工業(yè)模具加工業(yè)淬硬模具型腔的直接高速加工，提高模具加工質(zhì)量和效率，可取代電火花加工EDM電極加工，提高電火花加工質(zhì)量和效率，減少后續(xù)加工工序快速樣件制造，比快速原型制造技術(shù)效率高、質(zhì)量好應(yīng)用于精密模具的加工，可實現(xiàn)淬火鋼模具加工“一次過”，直接達(dá)到級精度及接近鏡面的表面質(zhì)量2829模具制造模具

23、制造 高速銑削代替?zhèn)鹘y(tǒng)電火花成形加工，效率提高3-5倍 1毛坯毛坯 2粗銑粗銑 3半精銑半精銑 4熱處理熱處理5電火花加工電火花加工6精銑精銑 7手工磨修手工磨修 電極制造電極制造傳統(tǒng)模具加工的過程高速模具加工的過程1硬化毛坯硬化毛坯 2粗銑粗銑 3半精銑半精銑 4精銑精銑 5手工磨修手工磨修 兩種模具加工過程比較照相機(jī)按紐勺子反射鏡30高速加工的塑料模具高速加工的塑料模具連桿鉗子31高速加工鍛造模具高速加工鍛造模具加工加工場場景景模具材料從鑄鐵到鑄鋼、鑄鋁和合金鑄鋼，塑料的輪胎型芯,用傳統(tǒng)方法(手工) 需十幾道工序, 時間20 d 以上采用超高速銑削, 轉(zhuǎn)速18000 rpm , ap=2m

24、m , vf =10m/min ,時間24h32高速加工高速加工的的橡膠輪胎模橡膠輪胎模壓鑄模吸塑模331.1.高速加工的加工精度高、表面質(zhì)量好，生產(chǎn)效率很高，在高速加工的加工精度高、表面質(zhì)量好，生產(chǎn)效率很高，在模具工業(yè)中的應(yīng)用效果非常好，符合現(xiàn)代制造技術(shù)模具工業(yè)中的應(yīng)用效果非常好，符合現(xiàn)代制造技術(shù)“高效率高效率、高精度和高度自動化、高精度和高度自動化”的發(fā)展方向，有廣闊的應(yīng)用前景的發(fā)展方向，有廣闊的應(yīng)用前景2.2.電火花成形加工對一些尖角、窄槽、深小孔和過于復(fù)雜的電火花成形加工對一些尖角、窄槽、深小孔和過于復(fù)雜的型腔表面的精密加工還是有用的型腔表面的精密加工還是有用的3.3.高速加工還不能完

25、全代替電火花成形加工，兩者應(yīng)該揚長高速加工還不能完全代替電火花成形加工，兩者應(yīng)該揚長避短，相輔相成避短，相輔相成4.高速加工的一次性設(shè)備投資比較大，并不是所有企業(yè)都能承高速加工的一次性設(shè)備投資比較大，并不是所有企業(yè)都能承受受5.高速加工以其巨大的優(yōu)勢沖擊傳統(tǒng)的電加工工藝，特別是對高速加工以其巨大的優(yōu)勢沖擊傳統(tǒng)的電加工工藝，特別是對模具工業(yè)而言模具工業(yè)而言,大規(guī)模設(shè)備更新的時代即將到來大規(guī)模設(shè)備更新的時代即將到來34石墨電極石墨電極薄壁銅電極薄壁銅電極高速加工的應(yīng)用高速加工的應(yīng)用電極加工電極加工35一、高速切削技術(shù)的概念與特征一、高速切削技術(shù)的概念與特征二、高速切削技術(shù)的特點及應(yīng)用二、高速切削技

26、術(shù)的特點及應(yīng)用三、高速切削的關(guān)鍵技術(shù)三、高速切削的關(guān)鍵技術(shù)四、高速切削機(jī)理四、高速切削機(jī)理五、高速切削技術(shù)的現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢五、高速切削技術(shù)的現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢概要概要36概要目錄切切 削削機(jī)機(jī) 理理加加 工工工工 藝藝切切 削削刀刀 具具高高 速速機(jī)機(jī) 床床加工工件加工工件監(jiān)控與測試監(jiān)控與測試表面完整性表面完整性加工壽命加工壽命切削熱切削熱切削力切削力切屑機(jī)理切屑機(jī)理CAD/CAMNC編程編程加工參數(shù)加工參數(shù)工藝優(yōu)化工藝優(yōu)化數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫刀具材料刀具材料刀體結(jié)構(gòu)刀體結(jié)構(gòu)刀刃形狀刀刃形狀刀柄結(jié)構(gòu)刀柄結(jié)構(gòu)動平衡動平衡溫控系統(tǒng)溫控系統(tǒng)換刀裝置換刀裝置基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)CNC控制控制高速主

27、軸高速主軸裝卸裝卸穩(wěn)定性穩(wěn)定性進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)給機(jī)構(gòu)安全防護(hù)安全防護(hù)工件材料工件材料加工特征加工特征定位加緊定位加緊高速切削加工系統(tǒng)高速切削加工系統(tǒng)3738實時監(jiān)控與安全保障系統(tǒng)實時監(jiān)控與安全保障系統(tǒng) 圖圖3 高速加工技術(shù)體系及關(guān)鍵技術(shù)高速加工技術(shù)體系及關(guān)鍵技術(shù)高速加工體高速加工體系結(jié)構(gòu)及關(guān)系結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)鍵技術(shù)高速加工刀具高速加工刀具工件工件高速加工工藝高速加工工藝工件材料工件材料定位夾緊定位夾緊動平衡動平衡高速加工機(jī)床高速加工機(jī)床機(jī)床整體結(jié)構(gòu)機(jī)床整體結(jié)構(gòu)機(jī)床主軸系統(tǒng)機(jī)床主軸系統(tǒng)機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)安全防護(hù)裝置安全防護(hù)裝置數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)實時監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)控系統(tǒng)切削力切削力切削

28、熱切削熱切屑形態(tài)切屑形態(tài)切削振動切削振動切削方式切削方式路徑規(guī)劃路徑規(guī)劃加工參數(shù)選取加工參數(shù)選取工序、工步優(yōu)化設(shè)計工序、工步優(yōu)化設(shè)計刀具材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計刀具材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計刀具使用壽命刀具使用壽命磨損、破損機(jī)理與在線檢測磨損、破損機(jī)理與在線檢測動平衡動平衡刀具刃磨與修整刀具刃磨與修整高速切削與磨削機(jī)理高速切削與磨削機(jī)理機(jī)床？機(jī)床？裝備裝備刀具？刀具？ 材料？材料？結(jié)構(gòu)？結(jié)構(gòu)？參數(shù)？參數(shù)？磨損？磨損？主軸？主軸？軸承？軸承？進(jìn)給系統(tǒng)？進(jìn)給系統(tǒng)？驅(qū)動系統(tǒng)？驅(qū)動系統(tǒng)？實時監(jiān)控系統(tǒng)？實時監(jiān)控系統(tǒng)？39裝備系統(tǒng)40制造廠家（制造廠家（國別）國別）機(jī)床名稱機(jī)床名稱/型號型號主軸最高轉(zhuǎn)主軸最高轉(zhuǎn)速速/(r/mi

29、n)最大進(jìn)給速最大進(jìn)給速度度/(m/min)主軸驅(qū)動主軸驅(qū)動動率動率kWCincinnatiMilacron（美）（美）HyperMach五軸加工中心五軸加工中心600006010080Ingersoll（美）（美）HVM800臥式加工中心臥式加工中心2000076.245Mikron（瑞士）（瑞士）VCP710立式加工中心立式加工中心420003014 EX-cell-o（德）（德）XHC241臥式加工中心臥式加工中心2400012040Roders（德）（德）RFM1000立式加工中心立式加工中心420003030Mazak（日）（日）SMM-2500UHS立式加工中心立式加工中心5000

30、05045Nigata（日）（日）VX40加工中心加工中心500002018.5Makino（日）（日）A55-A128立式加工中心立式加工中心400005022表表1 高速加工中心高速加工中心 41Modern 2412立式加工中心立式加工中心（美國）（美國）42DMU60T5軸高速加工中心（德國）軸高速加工中心（德國）43 東芝高速立式加工中心（日本）東芝高速立式加工中心（日本） 噪音小噪音小啟停性能良好啟停性能良好足夠的剛性足夠的剛性和回轉(zhuǎn)精度和回轉(zhuǎn)精度先進(jìn)的潤滑冷卻系統(tǒng)先進(jìn)的潤滑冷卻系統(tǒng)可靠的主軸檢測系統(tǒng)可靠的主軸檢測系統(tǒng)大功率大功率結(jié)構(gòu)緊湊結(jié)構(gòu)緊湊總質(zhì)量小總質(zhì)量小熱穩(wěn)定性良好熱穩(wěn)定性

31、良好主主軸軸系系統(tǒng)統(tǒng)(1)主主軸軸系系統(tǒng)統(tǒng)44高速切削對主軸系統(tǒng)的要求：高速切削對主軸系統(tǒng)的要求： 為了提高機(jī)床的主軸靜態(tài)和動態(tài)精度，為了提高機(jī)床的主軸靜態(tài)和動態(tài)精度，必須減少各主軸部件的制造誤差及裝備誤差必須減少各主軸部件的制造誤差及裝備誤差，更重要的是，應(yīng)盡可能減少主軸系統(tǒng)中的，更重要的是，應(yīng)盡可能減少主軸系統(tǒng)中的誤差源，盡可能縮短主軸傳動鏈的長度。借誤差源，盡可能縮短主軸傳動鏈的長度。借助電氣傳動技術(shù)，主軸電動機(jī)與機(jī)床主軸助電氣傳動技術(shù)，主軸電動機(jī)與機(jī)床主軸“合二為一合二為一”的傳動結(jié)構(gòu)形式的傳動結(jié)構(gòu)形式“電主軸電主軸”應(yīng)應(yīng)運而生。由于主要采用交流高頻電動機(jī)，故運而生。由于主要采用交流高

32、頻電動機(jī)，故又稱又稱“高頻主軸高頻主軸”。45電主軸的由來電主軸的由來 電動機(jī)定子通過電動機(jī)定子通過冷卻套固裝在電主軸冷卻套固裝在電主軸殼體中，其轉(zhuǎn)子就是殼體中，其轉(zhuǎn)子就是機(jī)床的主軸，電主軸機(jī)床的主軸，電主軸箱體就是電動機(jī)座。箱體就是電動機(jī)座。 主軸轉(zhuǎn)速通過電動機(jī)的變頻調(diào)速與矢量控制裝置來改變。主軸轉(zhuǎn)速通過電動機(jī)的變頻調(diào)速與矢量控制裝置來改變。在主軸的后部安裝有出盤和測速、測角傳感器，主軸前端外伸在主軸的后部安裝有出盤和測速、測角傳感器，主軸前端外伸部分的內(nèi)錐孔和端面用于安裝和固定加工中心可換刀柄。部分的內(nèi)錐孔和端面用于安裝和固定加工中心可換刀柄。46電主軸工作原理：電主軸工作原理：47高速主

33、軸電動機(jī)的冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖高速主軸電動機(jī)的冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 在國外，電主軸已成為一種機(jī)電一體化的高科技產(chǎn)品。在國外，電主軸已成為一種機(jī)電一體化的高科技產(chǎn)品。國際上著名的電主軸生產(chǎn)廠家有：瑞士的國際上著名的電主軸生產(chǎn)廠家有：瑞士的FISCHERFISCHER公司、公司、IBAGIBAG公公司和司和STEP-UPSTEP-UP公司，德國的公司，德國的GMNGMN公司和公司和FAGFAG公司，美國的公司，美國的PRECISEPRECISE公司，意大利的公司，意大利的GAMFIORGAMFIOR公司和公司和FORMATFORMAT公司，日本的公司，日本的NSKNSK公司和公司和KOYOKOYO公司

34、以及瑞典的公司以及瑞典的SKFSKF公司。中國：洛陽軸承研究所、廣州機(jī)公司。中國：洛陽軸承研究所、廣州機(jī)床研究所。床研究所。48各國的電主軸公司各國的電主軸公司49適合小孔鉆削適合小孔鉆削陶瓷軸承陶瓷軸承磁懸浮軸承磁懸浮軸承50(2)(2)高速主軸常用軸承高速主軸常用軸承 陶瓷球軸承具有耐溫高、轉(zhuǎn)速高、壽命長、絕緣的特點陶瓷球軸承具有耐溫高、轉(zhuǎn)速高、壽命長、絕緣的特點, ,且其本身具有自潤滑性，常用的陶瓷球材料有氧化鋯（且其本身具有自潤滑性，常用的陶瓷球材料有氧化鋯（ZRO2ZRO2）和氮化硅（和氮化硅（SI3N4SI3N4）；常用的套圈材料有軸承鋼（）；常用的套圈材料有軸承鋼（GCR15GC

35、R15）和不）和不銹鐵（銹鐵（440440、440C440C）及不銹鋼。）及不銹鋼。51陶瓷軸承陶瓷軸承52陶瓷軸承高速主軸結(jié)構(gòu)陶瓷軸承高速主軸結(jié)構(gòu)冷卻水出口冷卻水出口圖圖18 陶瓷軸承高速主軸陶瓷軸承高速主軸陶瓷球軸承陶瓷球軸承密封圈密封圈旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器電主軸電主軸陶瓷球軸承陶瓷球軸承冷卻水入口冷卻水入口53陶瓷軸承高速主軸陶瓷軸承高速主軸F 采用采用C或或B級精度角接觸球軸承，軸承布置與傳統(tǒng)磨級精度角接觸球軸承，軸承布置與傳統(tǒng)磨床主軸結(jié)構(gòu)相類似床主軸結(jié)構(gòu)相類似F 采用采用“小珠密球小珠密球”結(jié)構(gòu)，滾珠材料結(jié)構(gòu)，滾珠材料Si3N4F 采用電動主軸（電機(jī)與主軸作成一體）；采用電動主軸（電

36、機(jī)與主軸作成一體）；F 軸承轉(zhuǎn)速特征值（軸承轉(zhuǎn)速特征值（= 軸徑（軸徑（mm）轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)速（r/min）較普通鋼軸承提高較普通鋼軸承提高1.2 2倍，可達(dá)倍，可達(dá)0.51106。F 與鋼球相比，陶瓷軸承的優(yōu)點是：與鋼球相比，陶瓷軸承的優(yōu)點是： 陶瓷球密度減小陶瓷球密度減小60%，可大大降低離心力，可大大降低離心力 彈性模量比鋼高彈性模量比鋼高50%，使軸承具有更高剛度，使軸承具有更高剛度 陶瓷摩擦系數(shù)低，可減小軸承發(fā)熱、磨損和功率損失陶瓷摩擦系數(shù)低，可減小軸承發(fā)熱、磨損和功率損失 陶瓷耐磨性好，軸承壽命長陶瓷耐磨性好，軸承壽命長 磁懸浮軸承（磁懸浮軸承（Magnetic BearingMagne

37、tic Bearing）是利用磁力作用將轉(zhuǎn)）是利用磁力作用將轉(zhuǎn)子懸浮于空中子懸浮于空中, ,使轉(zhuǎn)子與定子之間沒有機(jī)械接觸。磁感應(yīng)線與磁使轉(zhuǎn)子與定子之間沒有機(jī)械接觸。磁感應(yīng)線與磁浮線成垂直，軸芯與磁浮線是平行的，所以轉(zhuǎn)子的重量就固定浮線成垂直，軸芯與磁浮線是平行的，所以轉(zhuǎn)子的重量就固定在運轉(zhuǎn)的軌道上，利用幾乎是無負(fù)載的軸芯往反磁浮線方向頂在運轉(zhuǎn)的軌道上，利用幾乎是無負(fù)載的軸芯往反磁浮線方向頂撐，形成整個轉(zhuǎn)子懸空。機(jī)械磨損小、能耗低、噪聲小、壽命撐，形成整個轉(zhuǎn)子懸空。機(jī)械磨損小、能耗低、噪聲小、壽命長、無需潤滑、無油污染。長、無需潤滑、無油污染。 54磁懸浮軸承磁懸浮軸承5556 電磁鐵繞組通過電

38、流，對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生吸力，與轉(zhuǎn)子重量平衡電磁鐵繞組通過電流，對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生吸力，與轉(zhuǎn)子重量平衡，轉(zhuǎn)子處于懸浮平衡位置（圖，轉(zhuǎn)子處于懸浮平衡位置（圖19）。轉(zhuǎn)子受擾動后，偏離其）。轉(zhuǎn)子受擾動后，偏離其平衡位置。傳感器檢測出轉(zhuǎn)子位移，并將位移信號送至控制平衡位置。傳感器檢測出轉(zhuǎn)子位移，并將位移信號送至控制器?？刂破鲗⑽灰菩盘栟D(zhuǎn)換成控制信號，經(jīng)功率放大器變換器?？刂破鲗⑽灰菩盘栟D(zhuǎn)換成控制信號，經(jīng)功率放大器變換為控制電流，改變吸力方向，使轉(zhuǎn)子重新回到平衡位置。為控制電流，改變吸力方向，使轉(zhuǎn)子重新回到平衡位置。放放大大器器控控制制器器電磁鐵（定子）電磁鐵（定子）傳感器傳感器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子圖圖19 磁懸浮軸承工作原理磁懸

39、浮軸承工作原理 位移傳感器通常為非位移傳感器通常為非接觸式，其數(shù)量一般為接觸式，其數(shù)量一般為5-7個，對其靈敏度和個，對其靈敏度和可靠性要求均較高?？煽啃砸缶^高。 控制器設(shè)計較復(fù)雜，控制器設(shè)計較復(fù)雜，使磁懸浮軸承成本較高使磁懸浮軸承成本較高（一套磁懸浮軸承售價（一套磁懸浮軸承售價約約1萬美元）。萬美元）。57前輔助軸承前輔助軸承電主軸電主軸雙面軸向雙面軸向推力軸承推力軸承前徑向軸承前徑向軸承后徑向軸承后徑向軸承后輔助軸承后輔助軸承前徑向傳感器前徑向傳感器后徑向傳感器后徑向傳感器軸向傳感器軸向傳感器圖圖20 磁浮軸承高速主軸磁浮軸承高速主軸58 主軸由兩個徑向和兩個軸向磁浮軸承支承，磁浮軸承

40、主軸由兩個徑向和兩個軸向磁浮軸承支承，磁浮軸承定子與轉(zhuǎn)子間空隙約定子與轉(zhuǎn)子間空隙約0.1mm。 剛度高，約為滾珠軸承主軸剛度剛度高，約為滾珠軸承主軸剛度10倍。倍。 轉(zhuǎn)速特征值可達(dá)轉(zhuǎn)速特征值可達(dá)4106。 回轉(zhuǎn)精度主要取決于傳感器的精度和靈敏度，以及控回轉(zhuǎn)精度主要取決于傳感器的精度和靈敏度，以及控制電路性能，目前可達(dá)制電路性能，目前可達(dá)0.2m。 機(jī)械結(jié)構(gòu)及電路系統(tǒng)均較復(fù)雜；又由于發(fā)熱多，對冷機(jī)械結(jié)構(gòu)及電路系統(tǒng)均較復(fù)雜；又由于發(fā)熱多，對冷卻系統(tǒng)性能要求較高。卻系統(tǒng)性能要求較高。59液體（氣體）靜壓軸承液體（氣體）靜壓軸承 回轉(zhuǎn)精度高回轉(zhuǎn)精度高 液體靜壓軸承回轉(zhuǎn)誤差在液體靜壓軸承回轉(zhuǎn)誤差在0.2

41、m以下，空氣靜壓軸承以下，空氣靜壓軸承回轉(zhuǎn)誤差在回轉(zhuǎn)誤差在0.05m以下；以下； 功率損失??；功率損失小； 轉(zhuǎn)速特征值：轉(zhuǎn)速特征值： 液體靜壓軸承轉(zhuǎn)速特征值可達(dá)液體靜壓軸承轉(zhuǎn)速特征值可達(dá)1106，空氣靜壓軸承，空氣靜壓軸承轉(zhuǎn)速特征值可達(dá)轉(zhuǎn)速特征值可達(dá)3106 。 空氣靜壓軸承承載能力較小?？諝忪o壓軸承承載能力較小。靜壓軸承靜壓軸承瑞士瑞士IBGA公司的水介質(zhì)靜壓電主軸公司的水介質(zhì)靜壓電主軸60轉(zhuǎn)速特征值轉(zhuǎn)速特征值(=(=軸徑軸徑(km(km) )轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)(r/min) )(r/min) )回轉(zhuǎn)精回轉(zhuǎn)精度度/m/m軸承材料軸承材料特點特點應(yīng)用應(yīng)用滾珠軸承滾珠軸承高速主軸高速主軸 0.5-10.50.

42、5陶瓷珠陶瓷珠, ,如如Si3N4 成本低成本低, ,結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單, ,轉(zhuǎn)速和回轉(zhuǎn)精度受限轉(zhuǎn)速和回轉(zhuǎn)精度受限制制各種高速加工機(jī)床各種高速加工機(jī)床和加工中心等和加工中心等液體靜壓液體靜壓軸承高速軸承高速主軸主軸 1 10.233 0.05 0.05軸承鋼軸承鋼, ,多多孔石墨孔石墨成本很高成本很高, ,剛性剛性較差較差, ,轉(zhuǎn)速和回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速和回轉(zhuǎn)精度很高精度很高精密磨削，銑精密磨削，銑削、雕刻、微小削、雕刻、微小孔鉆削及拋光等孔鉆削及拋光等 磁浮軸承磁浮軸承高速主軸高速主軸4 40.20.2合金鋼合金鋼成本很高成本很高, ,結(jié)構(gòu)復(fù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜雜, ,剛性好剛性好, ,轉(zhuǎn)速和回轉(zhuǎn)速和回轉(zhuǎn)精度高轉(zhuǎn)精度

43、高加工加工中心中心 61各種各種精密高速電主軸的精密高速電主軸的特點特點1.1.向高速大功率和低速大轉(zhuǎn)矩方向發(fā)展向高速大功率和低速大轉(zhuǎn)矩方向發(fā)展2.2.向高精度、高剛度方向發(fā)展向高精度、高剛度方向發(fā)展3.3.向精確定向（準(zhǔn)停）方向發(fā)展向精確定向（準(zhǔn)停）方向發(fā)展4.4.向快速起、停方向發(fā)展向快速起、停方向發(fā)展5.5.向超高速方向發(fā)展向超高速方向發(fā)展6.6.向標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展向標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展62高速電主軸的發(fā)展趨勢高速電主軸的發(fā)展趨勢高速度（高速度（60120m/min）1 高加速度（普通機(jī)床高加速度（普通機(jī)床12g，最高可達(dá)，最高可達(dá)210g）2高靜態(tài)、動態(tài)精度高靜態(tài)、動態(tài)精度3高安全性高安全性4

44、低成本低成本563(3)(3)高速進(jìn)給系統(tǒng)高速進(jìn)給系統(tǒng)64 要求不僅僅能夠達(dá)到高速運動，而且要求瞬時達(dá)到高速要求不僅僅能夠達(dá)到高速運動，而且要求瞬時達(dá)到高速、瞬時準(zhǔn)停等，所以要求具有很大的加速度以及很高的定、瞬時準(zhǔn)停等，所以要求具有很大的加速度以及很高的定位精度。位精度。 高速進(jìn)給系統(tǒng)包括進(jìn)給伺服驅(qū)動技術(shù)、滾動元件導(dǎo)向技高速進(jìn)給系統(tǒng)包括進(jìn)給伺服驅(qū)動技術(shù)、滾動元件導(dǎo)向技術(shù)、高速測量與反饋控制技術(shù)和其他周邊技術(shù)，如冷卻和術(shù)、高速測量與反饋控制技術(shù)和其他周邊技術(shù)，如冷卻和潤滑、防塵、防切屑、降噪及安全技術(shù)等。潤滑、防塵、防切屑、降噪及安全技術(shù)等。 目前常用的高速進(jìn)給系統(tǒng)有三種主要的驅(qū)動方式：目前常用

45、的高速進(jìn)給系統(tǒng)有三種主要的驅(qū)動方式：高速高速滾珠絲杠、直線電動機(jī)和虛擬軸機(jī)構(gòu)滾珠絲杠、直線電動機(jī)和虛擬軸機(jī)構(gòu)。和高速進(jìn)給系統(tǒng)相。和高速進(jìn)給系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的還有工作臺（拖板）、導(dǎo)軌的設(shè)計制造技術(shù)等等。關(guān)聯(lián)的還有工作臺（拖板）、導(dǎo)軌的設(shè)計制造技術(shù)等等。 對高速機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)的要求對高速機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)的要求 滾珠絲杠是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成執(zhí)行件的直線運動的運動轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，由螺母、絲滾珠絲杠是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成執(zhí)行件的直線運動的運動轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，由螺母、絲杠、滾珠、回珠器、密封環(huán)等組成。滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小，傳動效率高。滾珠絲杠、滾珠、回珠器、密封環(huán)等組成。滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小，傳動效率高。滾珠絲杠主要承受軸向載

46、荷，因此對絲杠軸承的軸向精度和剛度要求較高，長采用角接觸杠主要承受軸向載荷，因此對絲杠軸承的軸向精度和剛度要求較高，長采用角接觸球軸承或雙向推力圓柱滾子軸承與滾針軸承的組合軸承方式。球軸承或雙向推力圓柱滾子軸承與滾針軸承的組合軸承方式。傳統(tǒng)的滾珠絲杠副在數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用比較廣泛，但其在高速場合下具有下列缺點：傳統(tǒng)的滾珠絲杠副在數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用比較廣泛，但其在高速場合下具有下列缺點：系統(tǒng)剛度低，動態(tài)特性差。系統(tǒng)剛度低，動態(tài)特性差。 高速下熱變形嚴(yán)重。高速下熱變形嚴(yán)重。噪聲大，壽命低，不易檢驗維修。噪聲大，壽命低，不易檢驗維修。1)滾珠絲杠滾珠絲杠65傳統(tǒng)滾珠絲杠副缺點傳統(tǒng)滾珠絲杠副缺點：提高系統(tǒng)剛度

47、。絲杠采用中空結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行預(yù)拉伸處理；底稿絲提高系統(tǒng)剛度。絲杠采用中空結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行預(yù)拉伸處理；底稿絲杠的支撐剛度；優(yōu)化滾珠滾道接觸狀態(tài)；提高系統(tǒng)的接觸剛度。杠的支撐剛度；優(yōu)化滾珠滾道接觸狀態(tài)；提高系統(tǒng)的接觸剛度。增大絲杠螺母的導(dǎo)程和螺紋頭數(shù)，提高運動精度。增大絲杠螺母的導(dǎo)程和螺紋頭數(shù)，提高運動精度。強(qiáng)制冷卻，減小熱變形?？蓪⒀h(huán)冷卻液通入其內(nèi)部。強(qiáng)制冷卻，減小熱變形?？蓪⒀h(huán)冷卻液通入其內(nèi)部。采用新型螺母結(jié)構(gòu)。例如減小滾珠直徑，鋼珠中空。采用新型螺母結(jié)構(gòu)。例如減小滾珠直徑，鋼珠中空。采用新材料制造滾珠。例如陶瓷。采用新材料制造滾珠。例如陶瓷。對螺母預(yù)緊力進(jìn)行控制?？梢允褂脡弘娞沾?。對螺母預(yù)緊力

48、進(jìn)行控制?？梢允褂脡弘娞沾伞２捎寐菽感D(zhuǎn)絲杠不動的運動方案。采用螺母旋轉(zhuǎn)絲杠不動的運動方案。采用雙電動機(jī)驅(qū)動結(jié)構(gòu)。使其分別驅(qū)動絲杠和螺母。采用雙電動機(jī)驅(qū)動結(jié)構(gòu)。使其分別驅(qū)動絲杠和螺母。66針對滾珠絲杠副傳動的優(yōu)化措施：針對滾珠絲杠副傳動的優(yōu)化措施：高速滾珠絲杠螺母副制造困難，成本較高。高速滾珠絲杠螺母副制造困難，成本較高。速度和加速度的提高有較大限制。速度和加速度的提高有較大限制。進(jìn)給行程有限（進(jìn)給行程有限（4 42m2m） 。全閉環(huán)時系統(tǒng)穩(wěn)定性較差。全閉環(huán)時系統(tǒng)穩(wěn)定性較差。 與傳統(tǒng)的滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)相比，直線電動機(jī)高速進(jìn)給與傳統(tǒng)的滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)相比，直線電動機(jī)高速進(jìn)給系統(tǒng)有諸多優(yōu)點。系統(tǒng)有諸多

49、優(yōu)點。67滾珠絲杠副傳動滾珠絲杠副傳動不能克服的問題不能克服的問題： 直線伺服電動機(jī)是一種能直接將電能轉(zhuǎn)化為直線伺服電動機(jī)是一種能直接將電能轉(zhuǎn)化為直線運動機(jī)械能的電力驅(qū)動裝置，是適應(yīng)超高速直線運動機(jī)械能的電力驅(qū)動裝置，是適應(yīng)超高速加工技術(shù)發(fā)展的需要而出現(xiàn)的一種新型電動機(jī)。加工技術(shù)發(fā)展的需要而出現(xiàn)的一種新型電動機(jī)。它代替了傳統(tǒng)的由回轉(zhuǎn)型伺服電動機(jī)加滾珠絲杠它代替了傳統(tǒng)的由回轉(zhuǎn)型伺服電動機(jī)加滾珠絲杠的伺服進(jìn)給系統(tǒng)的伺服進(jìn)給系統(tǒng) 其最大的特點是從電動機(jī)到工作臺之間的一其最大的特點是從電動機(jī)到工作臺之間的一切中間傳動都沒有了，可直接驅(qū)動工作臺進(jìn)行直切中間傳動都沒有了，可直接驅(qū)動工作臺進(jìn)行直線運動，使工

50、作臺的加線運動，使工作臺的加/ /減速提高到傳統(tǒng)機(jī)床的減速提高到傳統(tǒng)機(jī)床的10102020倍，速度提高倍，速度提高3 34 4倍。倍。682)2)直線伺服電動機(jī)直線伺服電動機(jī)定子定子初級初級轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子次級次級旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場平磁場平磁場69直線伺服電動機(jī)工作原理：直線伺服電動機(jī)工作原理： 直線伺服電動機(jī)也分為同步式與感應(yīng)式兩種。直線伺服電動機(jī)也分為同步式與感應(yīng)式兩種。通電繞組通電繞組初級初級永磁鐵永磁鐵次級次級70同步式同步式 感 應(yīng) 式 與 同感 應(yīng) 式 與 同步式最大的區(qū)別是步式最大的區(qū)別是在定件上用不同點在定件上用不同點的繞組取代同步式的繞組取代同步式的永磁鐵，且每個的永磁鐵，且每個繞組中

51、的每一匝都繞組中的每一匝都是短路的。通電后是短路的。通電后在定件和動件之間在定件和動件之間的間隙中產(chǎn)生一個的間隙中產(chǎn)生一個大的行波磁場，依大的行波磁場，依靠磁力推動工作臺靠磁力推動工作臺做直線運動。做直線運動。71位置測量系統(tǒng)位置測量系統(tǒng)機(jī)床滑臺機(jī)床滑臺初級線圈初級線圈次級線圈次級線圈導(dǎo)軌導(dǎo)軌感應(yīng)式感應(yīng)式1.1.加速度大。加速度大。直線電機(jī)的啟動推力大，結(jié)構(gòu)簡單重量輕，運動變換時的過渡直線電機(jī)的啟動推力大，結(jié)構(gòu)簡單重量輕，運動變換時的過渡過程短，可實現(xiàn)靈敏的加速和減速，其加速度可高達(dá)（過程短，可實現(xiàn)靈敏的加速和減速，其加速度可高達(dá)（2 21010）g g。滾珠絲杠。滾珠絲杠工作臺從靜止到工作臺從靜止到25m/min25m/min，需時，需時0.5s0.5s，而直線電動機(jī)驅(qū)動工作臺從靜止到，而直線電動機(jī)驅(qū)動工作臺從靜止到75m/min75m/min，只需，只需0.05s0.05s。2.速度高。速度高。直線電機(jī)直接驅(qū)動工作臺，無任何中間機(jī)械傳動元件，無旋轉(zhuǎn)運動直線電機(jī)直接驅(qū)動工作臺，無任何中間機(jī)械傳動元件，無旋轉(zhuǎn)運動，不受離心力的作用，可容易地實現(xiàn)高速直線運動，其最大進(jìn)給速度以達(dá)到，不受離心力的作用，可容易地實現(xiàn)高速直線運動，其最大進(jìn)給速度以達(dá)到150m180m/min。3.定位精度高。