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1、浅谈高速切削加工技术在模具制造中的应用一、引言 随着科技进步和工业的飞速发展，模具已经成为当今工业生产中使用极为广泛的主要工艺装备。模具作为重要的工艺装备，在消费品、电器电子、汽车、飞机制造等工业部门中占有举足轻重的地位。工业产品零件粗加工的75%，精加工的50%及塑料零件的90%将由模具完成。目前中国模具市场需求已达500亿元的规模，我国模具制造市场潜力巨大。模具是一种专用工具，用于成形(型)各种金属或非金属材料所需要零件的形状制品，这种专用工具统称模具。模具是工业生产中最基础的设备，是实现少切削和无切削的不
2、可缺少的工具。模具已广泛用于工业生产中的各个领域,如汽车、摩托车、家用电器、仪器、仪表、电子等,它们中60%～80%的零件都需要模具来进行制造;高效大批量生产的塑料件、螺钉、螺母和垫圈等标准件也需要模具来生产;工程塑料、粉末冶金、橡胶、合金压铸、玻璃成型等更需要用模具来成型。 正因为模具应用如此广泛，与之相关的模具制造技术也有了很大的发展。目前，采用高速切削生产模具已经成为模具制造的大趋势。在国外一些模具生产厂家，高速机床大面积取代电火花机床，高速切削生产模具已经逐渐成为模具制造的大趋势。 二、高速切削加工技
3、术概述 高速切削(HighSpeedCutting,HSC)是近十年来迅速崛起的一项先进制造技术。由于高速切削技术具有切削效率高、加工质量高、能直接加工淬硬钢件和良好的经济性,使航空、模具、汽车、轻工和信息等行业的生产效率与制造质量显著提高,并引起加工工艺及装备相应的更新换代。因此如同数控技术一样,高速切削和高速加工已成为21世纪机械制造业一场影响深远的技术革命。目前,适应HSC要求的高速加工中心和其他高速数控机床在发达国家已呈普及趋势,我国近来也在加快发展。 1、高速切削加工机床的关键技术 为了适应粗精加
4、工、轻重切削和快速移动,同时保证高精度(定位精度±0.005mm),性能良好的机床是实现高速切削的关键因素。下图(a)、(b)所示为高速切削加工中心，其关键技术有以下几项: (1)高速主轴 高速主轴是高速切削加工机床的核心部件,随着对主轴转速要求的不断提高,传统的齿轮——皮带变速传动系统由于本身的振动、噪音等原因已不能适应要求,取而代之的是一种新颖的功能部件——电主轴,它将主轴电机与机床主轴合二为一,实现了主轴电机与机床主轴的一体化。电主轴采用了电子传感器来控制温度,自带水冷或油冷循环系统,使主轴在高速旋转时
5、保持恒温,一般可控制在20℃～25℃范围内某一设定温度,精度为±0.7℃,同时使用油雾润滑、混合陶瓷轴承等新技术,使主轴免维护、长寿命、高精度。(a)(b)高速切削加工中心图 (2)高速伺服系统 为了实现高速切削加工,机床不但要有高速主轴,还要有高速的伺服系统,这不仅是为了提高生产效率,也是维持高速切削中刀具正常工作的必要条件,否则会造成刀具的急剧磨损与升温,破坏工件加工的表面质量。 ①直线电机伺服系统 直线电机是使电能直接转变成直线机械运动的一种推力装置,将机床进给传动链的长度缩短为零,它的动态响应性能
6、敏捷、传动刚度高、精度高、加减速度大,行程不受限制、噪音低、成本较高,在加速度大于1g的情况下,是伺服系统的唯一选择。 ②滚珠丝杠驱动装置 滚珠丝杠仍是高速伺服系统的主要驱动装置,用AC伺服电机直接驱动,并采用液压轴承,进给速度可达4060m/min,其加速度可超过0.6g,成本较低,仅为直线电机的1/2.5。 (3)高精度快速进给系统 提高高速切削进给速度是提升加工效率所必须的。目前高速切削加工中心的切削进给速度一般为20m/s～40m/s。要实现并准确控制这样高的进给速度，对高速切削加工中心导轨、滚珠
7、丝杠、伺服系统、工作台结构等提出了新的要求。随着电机技术的发展,先进的直线电动机已经问世,并成功应用于CNC机床。先进的直线电动机驱动使CNC机床不再有质量惯性、超前、滞后和振动等问题,加快了伺服响应速度,提高了伺服控制精度和机床加工精度。直线电机具有很高的加速和减速特性，加速度可达3g以上，为传统驱动装置的10倍～20倍，进给速度是传统的4倍～5倍。 (4)高性能控制系统 高速切削机床优良的力学性能,必须通过它优良的控制性能才能够充分发挥。高速主轴,高速伺服系统都与控制技术的发展密不可分。用于HSC的计算机
8、数控(CNC)系统必须具有很高的运算速度和精度,以及快速响应的伺服控制。HSC机床的CNC系统在相同一段时间内需要计算处理的数据比普通数控机床的CNC系统多得多,就要求前者的计算处理容量和速度大大提高,其CNC系统的硬件,采用功能强大的个人计算机配置。例如奔腾芯片,64MB内存,1～10GB硬盘等,使程序块的执行时间降低到30.5μs。在此基础上配备空间螺旋线、抛物线和样
