高效主轴提高HSC效率
2009-4-3 10:53:44
成功的高效铣削应以适应任务需要、工艺可靠的电主轴、灵活的机床制造和所有元件的可靠协作为前提条件。是作为核心部件的电主轴,还是机床本身,还是其外围设备在HSC铣削时还能提供额外的能力?自动化和电子监控可以提供答案。
高效铣削加工具有两个特征:采用高切削速度的加工(HSC铣削,亦称HSM)和以大扭矩与大切削功率为特征的高效加工(HPM)。其间,也有一些切削加工任务需要达到很高的切削效率和表面精整效果。
一方面极高的转速是为航空工业所需,它主要用以加工铝材的组合件;另一方面,高转速也被用于模具加工中。由于诸如照相机或手机等产品越来越趋于小型化,加工的模具也变得越来越精细,对此必须采用0.5mm或以下直径的铣刀进行加工,并且对于加工较窄的精致模具也是如此。
切削速度越高,切削的压力也就越小??这一点对电火花加工中的电极铣削作业极为重要。在加工薄壁的石墨电极时,可以采用直径为0.2mm的金刚石镀层铣刀进行加工,其刀片长度为2~4mm(角度比为10~20)。由此,加工主轴在机床的研发中始终占据着关键性的地位。鉴于技术的小型化发展趋势,主轴的转速接近60 000r/min才有意义。
Step-Tec公司自1995年以来研发、生产和销售电主轴。该公司以大约50%的股份加入瑞士GF阿奇夏米尔集团(Mikron加工中心制造商),另以50%的份额加入到另一家著名的机床制造商。共制造出大约60种不同型号的主轴。由于模具制造、机器制造和航空工业的要求不同,因此各电机的特性曲线也不尽相同。转速范围高达54 000r/min,功率可达70kW。Step-Tec生产的目标是要把可接受的主轴尺寸、高精度、可控的温度等级和较长的使用寿命等因素结合起来。对此,制造厂家需要依靠有意义的规划、可靠的计算和设计以及最先进的生产方法和良好的组装技术。最后在每个部件离开工厂之前,还需对它进行检验
诸如瑞士Step-Tec公司等主轴制造厂商面临的挑战
有能力的员工会起到关键的作用,就如同钟表行业或工具修磨作业,这些员工拥有所需的手工技巧。Step-Tec公司大约有25%为自己加工。凡与电主轴轴承相接触的所有部件均属于此,尤其是主轴和前后的轴承法兰。所使用的是高品质的复合轴承,其滚动体(滚珠和圆柱辊)采用陶瓷,密封环则采用优质钢材。
复合轴承是一项开创性的技术创新,企业从一开始就把它归为己有。目前采用的电主轴可以使表面精度达到最高,但若采用寿命超过20 000h的钢珠滚动轴承,则无法达到这种表面质量。从摩擦特性(离心力小)、热膨胀和润滑(通常为油气润滑)角度上看,复合轴承具有很大的优势。
维持较长使用寿命的一个成功方法是要看究竟如何隔离轴承。在尺寸和圆度上都只是1μm的问题。近12年来电动主轴经历了大的功率飞跃,不仅仅只针对54 000r/min的HSC设备。HPM则从12 000r/min(160Nm)的最高转速跳跃到20 000r/min(160Nm)水平,并从20kW提高到66kW。这两种都对相应于这种速度和动力的设备制造带来影响。HPM主轴既适用于难度较大的粗加工,也适用于精加工。
轴承是主轴高效的关键
主轴制造厂家成功的途径之一便是通过员工间持续、透明的信息传递,使工作人员之间达到紧密配合,同时采用实时观察图片,改进加工工艺(KVP)。
电主轴上设有一个类似车程记录仪的诊断模块,所示的数据可以有助于确保工艺的稳定。振动和轴承位置等单个信息均可通过铣削流程控制的Smart Machine模块传送给Mikron加工中心的操作人员。操作者可以识别出主轴工作是否正常,避免在作业中出现过载损伤。
高效心轴的应用场合。这种用于较精细的模具制
造的加工设备支持铣削/沉入式蚀刻的工艺组合
针对瑞士GF 阿奇夏米尔集团生产的加工中心可以首选采用主轴,其
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