高速加工中心的發(fā)展

近十年來，驅(qū)動技術(shù)和控制系統(tǒng)的長足進(jìn)步，推動了加工中心結(jié)構(gòu)的不斷創(chuàng)新和性能的不斷提高。電主軸、直線電機(jī)、轉(zhuǎn)矩電機(jī)和快速數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用對提高加工中心的高速、高動態(tài)和高加工精度起了決定性的作用。而在模具加工機(jī)床的多種結(jié)構(gòu)創(chuàng)新中，轉(zhuǎn)矩電機(jī)起到了特別重要的作用。它不僅應(yīng)用于回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)和擺動驅(qū)動，而且還應(yīng)用于叉形主軸頭的擺動或主軸頭的擺動和回轉(zhuǎn)驅(qū)動，由此構(gòu)成各種不同類型的五軸加工中心。而回轉(zhuǎn)和擺動主軸頭的應(yīng)用，又為發(fā)展加工大型模具的五軸龍門式高速精密銑床提供了技術(shù)支持。

今后，進(jìn)一步提高主軸轉(zhuǎn)速、動態(tài)性能和行程速度仍是高速加工中心的發(fā)展重點，這不僅仍要依賴于驅(qū)動技術(shù)和數(shù)控技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，還要有賴于機(jī)床構(gòu)件輕量化的發(fā)展和并聯(lián)機(jī)床的開發(fā)。可以預(yù)料，在今后5年中，高速加工中心或高速銑床的軸加速度有望達(dá)到3～4g,坐標(biāo)軸的快速行程速度達(dá)到100～140m/min。

在高速加工中心上，回轉(zhuǎn)工作臺的擺動以及叉形主軸頭的擺動和回轉(zhuǎn)等運(yùn)動，已廣泛采用轉(zhuǎn)矩電機(jī)來實現(xiàn)。轉(zhuǎn)矩電機(jī)是一種同步電機(jī)，其轉(zhuǎn)子直接固定在所要驅(qū)動的部件上，所以沒有機(jī)械傳動元件，它像直線電機(jī)一樣是直接驅(qū)動裝置。

轉(zhuǎn)矩電機(jī)所能達(dá)到的角加速度要比傳統(tǒng)的蝸輪蝸桿傳動高6倍，在擺動叉形主軸頭時加速度可達(dá)到3g。由于轉(zhuǎn)矩電機(jī)可達(dá)到極高的靜態(tài)和動態(tài)負(fù)載剛性，從而提高了回轉(zhuǎn)軸和擺動軸的定位精度和重復(fù)精度。已有部分廠家的高速加工中心，已采用直線電機(jī)和轉(zhuǎn)矩電機(jī)來分別驅(qū)動直線軸(X/Y/Z)和回轉(zhuǎn)擺動軸(C和A)。如R歞er的RXP500DS/RXP800DS,德馬吉的DMC75V linear和Edel的CyPort五軸龍門銑床。

應(yīng)該提及的是，直接驅(qū)動的直線軸與直接驅(qū)動的回轉(zhuǎn)軸相組合，使機(jī)床所有的運(yùn)動軸具有較高的動態(tài)性能和調(diào)節(jié)特性，從而為高速度、高精度和高表面質(zhì)量加工模具自由曲面提供了條件。

控制系統(tǒng)

CNC控制系統(tǒng)是高速加工中心的重要組成部分，它在很大程度上決定著機(jī)床加工的速度、精度和表面質(zhì)量。因此，對于加工模具自由曲面的高速機(jī)床，數(shù)控系統(tǒng)的性能具有特別重要的意義。

加工高精度自由曲面時，由微段直線和圓弧構(gòu)成的刀具軌跡造成龐大的零件程序，這些數(shù)據(jù)流需要由機(jī)床控制系統(tǒng)來儲存和處理，因此，程序段處理時間的長短是決定CNC控制系統(tǒng)工作效率的重要指標(biāo)。前高檔CNC控制系統(tǒng)的程序段處理時間一般可達(dá)0.5ms(如海德漢的iTNC530數(shù)控系統(tǒng))，而個別數(shù)控系統(tǒng)的程序段處理時間已縮短到0.2～0.4ms。

應(yīng)用于模具高速加工的現(xiàn)代CNC數(shù)控系統(tǒng)，除了具有為確保高速進(jìn)給速度所必要的很短程序處理時間外，還應(yīng)具有Nurbs和樣條插補(bǔ)功能，并能以納米的分辨率進(jìn)行工作，以便在高速加工的情況下獲得高的加工精度和表面質(zhì)量。

高檔的數(shù)控系統(tǒng)也都能與不同廠家的CAD/CAM系統(tǒng)進(jìn)行連接，數(shù)據(jù)從CAD/CAM系統(tǒng)經(jīng)以太網(wǎng)以很高的速度傳送到控制系統(tǒng)上。CAD/CAM集成到控制系統(tǒng)上，在很大程度上能使模具復(fù)雜輪廓的加工獲得良好的效果，并對縮短調(diào)整時間和編程時間做出十分重要的貢獻(xiàn)。

在上述所引述的五軸高速機(jī)床上，除R歞er公司是采用自己開發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)外，其它主要是采用了西門子的840D和海德漢公司的iTNC530數(shù)控系統(tǒng)。