CNC高速高精度加工中心也許在外部看來與傳統(tǒng)式的機床沒有多大差異。然而在機床內(nèi)部的結(jié)構(gòu)與技術卻迥然不同，并不只是說使用了高速主軸就是高速銑那么簡單的事。事實上，不只是主軸，伺服控制器系統(tǒng)每一個部分的技術與設計的最優(yōu)化以及基礎機械體系設計的戰(zhàn)略性更新都是創(chuàng)造優(yōu)秀的高速銑不可缺少的組成部分。我們對CNC高速高精度加工中心的定義是：
•能提供高生產(chǎn)率；
•高轉(zhuǎn)速主軸；
•主軸加速與進給迅速；
•換刀與工作臺旋轉(zhuǎn)迅速；
•大容量的切削處理功能；
•重切削時也能保證高可靠性。
在CNC高速高精度加工中心不斷完善的過程中，我們通常對一個健全高效機床研究甚多。但當我們以微米甚至更小的單位來衡量機床的精度，我們開始重新審視高效機床的定義。從機床的控制器體系機構(gòu)到軸承，機床制造商們著手考慮如何使數(shù)控機床系統(tǒng)得到有效更新，從而提高效率，但是，重要的是必須讓所有的零件組合達到最高的運轉(zhuǎn)效率，體現(xiàn)出非凡的一致性與協(xié)調(diào)性。
主軸(Spinde)
CNC高速高精度加工中心利用整體式的主軸電動機以減少振動并防止熱量的產(chǎn)生導致對主軸的影響。
低速主軸通常使用鋼珠軸承，采用油脂潤滑。但隨著主軸轉(zhuǎn)速的不斷提高，當主軸轉(zhuǎn)速接近10000r/min時，潤滑油開始產(chǎn)出熱量并直接影響主軸精度與壽命。特別當主軸轉(zhuǎn)速達到12000r/min時，由于潤滑油而產(chǎn)生的熱量達到一定程度后，會聚集于主軸與刀具中。在客戶對機床功率與高轉(zhuǎn)速不斷苛求的今天，如何解決主軸問題對制造商而言是一大挑戰(zhàn)。
現(xiàn)有的技術是利用混合的陶瓷軸承來配合潤滑油，這樣的技術也許對于主軸在15000r/min時不成問題。我們也發(fā)現(xiàn)有些制造商也采用另一種軸承，其內(nèi)部與外沿依然由金屬片組成，但旋轉(zhuǎn)部分是由剛性很強、持久耐用的陶瓷材料組成。熱量是軸承精度與壽命的天敵。在主軸運轉(zhuǎn)至10000r/min，比較有代表性的是使用油霧(Oil Air Lube)儀表系統(tǒng)。此系統(tǒng)提供最少(但充分)的潤滑油以減少軸承產(chǎn)生熱量，另外，吹氣管也幫助驅(qū)散熱量。再剩余的熱量被轉(zhuǎn)入一個不會在引起循環(huán)的冷卻系統(tǒng)中，被封閉起來。
主軸并不采用油霧表系統(tǒng)，因為當油霧主軸的轉(zhuǎn)速低于15000r/ min時，潤滑主軸應該可以完成；但當主軸轉(zhuǎn)速超過15000r/min時，高速旋轉(zhuǎn)使主軸外產(chǎn)生一層保護氣流。主軸轉(zhuǎn)速越高這層氣體保護層越封閉，這樣一來旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力令潤滑油不能充分潤滑主軸。同時，主軸內(nèi)部的熱量得不到充分發(fā)散，當然也不可能迅速冷卻。久而久之，主軸產(chǎn)生大量的磨損，影響加工工件的精度。
在主軸的冷卻問題中的處理十分合理。我們采用的主軸核心冷卻系統(tǒng)是獨一無二的。主軸內(nèi)部的冷卻液是首先冷卻主軸內(nèi)部核心。主軸中心冷卻系統(tǒng)采用大量受溫度控制的冷卻油，直接穿過旋轉(zhuǎn)主軸從內(nèi)部開始冷卻。由此確保了即使是采用了80mm內(nèi)徑軸承的剛性主軸，在高速運轉(zhuǎn)的情況也不會發(fā)生熱位移。其次，再冷卻主軸外殼，從而確保主軸溫度的平衡。另外，我們采用的潤滑油同時也是冷卻油，內(nèi)壓潤滑即冷卻油從主軸內(nèi)部流向軸承內(nèi)環(huán)，然后穿過軸承內(nèi)環(huán)上的孔同時冷卻整個軸承。由于從內(nèi)部冷卻的軸承旋轉(zhuǎn)時的離心力與冷卻油流動動力方向一致，即使在高速旋轉(zhuǎn)的情況下，也可以保證潤滑的順利進行(已獲得專利)。所以，潤滑油即冷卻油通過軸承內(nèi)滾道直接潤滑滾珠。
較快的進給(Quicker Feeds)
在確保高精度的前提下，不斷提供CNC高速高精度加工中心的效率。設備A55e，J66的X，Y，Z軸的進給速度對以達到50m/min。要達到如此大進給，必然有特殊的系統(tǒng)支持。采用雙滾珠絲杠(Dual ball screws)和雙進給電動機(Dual feed motors)。雙滾珠絲杠保證主軸X，Y，Z三個方向進給平均，穩(wěn)定；雙滾珠絲杠也在裝配時給預壓力，最大限度消除單滾珠絲杠產(chǎn)生的間隙問題。同樣，雙進給的電動機，也為主軸提供了平穩(wěn)高效的動力系統(tǒng)。
是不是采用了雙滾珠絲杠和雙進給電動機就同時也增加了熱量的產(chǎn)生呢？答案當然是否定的。
滾珠絲杠核心冷卻(Ball Screw Core Cooling)是對付熱量的高招。采用潤滑油在滾珠絲杠內(nèi)部循環(huán)的辦法，比絲杠外潤滑產(chǎn)生的熱量要少100倍。
控制器——采用獨特的幾何智能功能 GI(Geometric Intelligence Function)
過去的經(jīng)驗證明，高速加工(高速度和高精度)方面的主要障礙是運轉(zhuǎn)控制技術而不是主軸技術，CNC制造商在此方面過去幾年中并未取得多大進展，幸虧計算機功能的快速強大，彌補了這一不足，尤其是軟件的日臻成熟和數(shù)字技術的飛速發(fā)展。
首先，目前的加工中心能更快地處理數(shù)據(jù)，加快工件的加工速度。少數(shù)機床生產(chǎn)商吹噓他們的機床在高精度加工中每行程序的處理速度小于1ms，這與10年前的70ms相比確實是一個不小的進步。使用者必須保持警惕，因為這些廠商僅僅提供的是程序處理的速度，其實，程序處理速度并不重要，機床完成程序所運行的時間才是我們所關心的實際問題。有一點我們必須明白，實際機床運行程序的時間決定了你可以加工到多快多好。在這里的精度，傳統(tǒng)意義是指直線插補用點點模擬加工形狀的輪廓線時所造成的誤差。這就意味著精度越高，模擬點就越多，點點之間的距離就越小。當機床數(shù)據(jù)處理速度不夠時，稠密的點就會引發(fā)一個模具加工中常見的問題“數(shù)據(jù)饑餓”。
幾何智能功能可以很好地解決加工中常見的“數(shù)據(jù)饑餓”問題。他主要用于高精度加工工件，比其他“向前看”(Look Ahead)高速加工技術更能減少工作節(jié)拍，令工件更加完美。
當然除了確實可靠的主軸、快速的進給、GI控制系統(tǒng)外，CNC高速高精度加工中心同時具備合理的軸結(jié)構(gòu)與宜人化的主機結(jié)構(gòu)、高效冷卻系統(tǒng)以及采用獨特的HSK新型刀夾(動平衡刀柄)。這些都是創(chuàng)造高速、高精度加工中心的核心部分。 |
