数控机床的高速、高精度化的实现是由CNC控制、机床的机械结构、进给驱动及其它附助部分如排屑系统、冷却系统、刀夹装置及主轴等共同来完成的.这些技术并不是相互独立的,它们之间相互,相互制约,相互促进,一个技术的进步取决于其他技术的发展。下面具体介绍目前高速、高精度切削的2个关键技术：

1、提高微处理器的位数和速度

   提高微处理器的位数和速度是提高CNC速度的zui有效的手段.在超精密数控加工中,亚微米级的精度指标要求将控制单位精细化,以微小程序段实现连续进给,这使得*控制算法的引入极为必要,超精密数控加工的插补周期已经达到毫秒级.对于数控系统,高速度化首先要求计算机系统读入加工指令数据后,能进行高速处理并计算出伺服电机的位移量,然后发出指令需求伺服电动机快速地作出响应.DSP(DigitalSignalPro2cessor)的出现使之成为可能.DSP具有非常高的数据吞吐能力,短至几十秒的指令周期,非常适合于大数据量的高速数据采集系统和实时控制系统.将DSP应用于高性能的超精密数控系统的开发不失为一种好的策略.

   此外,DSP在*检测、*快速伺服装置、机床保护系统中也有成功的应用。

2、提高主轴旋转速度

   在数控车床的高速度化中,高速切削要求具有很高的转速及相应的功率和输出力矩,提高主轴旋转速度占重要地位.主轴转速提高及进给轴速度加快,可以缩短加工时间,提高生产力.同时,可以降低工件表面粗糙度,减少二次抛光加工作业,而且加工中产生的热量可由切削屑排除,使温升热变形小,故可提高加工品质,实现微细加工.研究指出,由于主轴的高速度化,使得切削时间比过去缩短了80%。

   主轴高速度化的手段主要有

1)选用高速电主轴。高速电主轴是实现高速切削的基础,它直接将电机转子作为机床的输出轴,实现了零传动,减少了传动过程中的功率损耗和传动误差.高速主轴单元设计中一个非常关键的问题是如何选择主轴支撑,即如何选择主轴轴承.轴承的选择要求考虑承载、润滑、冷却、变速、预加载若干因素,目前主要应用的高速轴承有动液轴承、静液轴承、磁浮轴承、陶瓷滚珠轴承等,其中磁浮轴承特别适合于超高速切削,它采用电磁控制技术使悬浮在磁场中的主轴转于作高速旋转,具有转速高、刚性好、寿命长、润滑要求低、热膨胀系数小等优点,是各国竞相开发研究的一个*领域。

2)工作台轻量化。可以减小工作台的惯性力。

3)选用直线电机。直接直线传动的zui突出的优点是响应快,可得到瞬时高加速度或减速度(可达918~5818m/s2),而在传统的间接式直线传动中,由于滚珠丝杠的扭转刚度很低,因而系统的刚性差,在实现加工轨迹运动过程中,易形成高阶振荡,所以其过渡时间长,难以得到高的瞬间加、减速度(一般只能达到0198~2194m/s2).而且采用直线伺职电机的直接驱动方式,省去了减速器(齿轮、同步齿形带等)和滚珠丝杠等中间环节,不仅筒化了机床结构,也避免了由于中间环节的弹性变形、间隙、磨损和发热等因素带来的运动误差.但直线电机具有价格昂贵,防尘要求严格,不适于垂直方向驱动等缺点。

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