高速切削

1、1.1.高速切削的技術(shù)關(guān)鍵高速切削的技術(shù)關(guān)鍵高速主軸是高速切削的首要條件，對(duì)于不同的工件材料，目前的切削速度可達(dá)5～100ms。主軸的轉(zhuǎn)速與刀具的直徑有關(guān)，采用小直徑的球頭銑刀時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)100000rmin。（1）滾珠軸承高速主軸當(dāng)前高速切削銑床上裝備的主軸多數(shù)為滾珠軸承電動(dòng)主軸。如圖1所示，電動(dòng)主軸由轉(zhuǎn)子、軸承、外殼、電機(jī)組件和測(cè)角系統(tǒng)組成。除此之外，主軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，還必須配備冷卻系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)和變頻驅(qū)動(dòng)電氣裝置。高速主軸的軸承大多

2、用壓力角為15或25的角接觸滾珠軸承，其精度等級(jí)以精密級(jí)（C級(jí)）和超精密級(jí)（B級(jí)）為主。為了提高軸承的極限轉(zhuǎn)速，有的軸承廠在普通系列基礎(chǔ)上增添了高速軸承系列，所不同的主要是采用直徑較小的鋼球和保持架以外圈滾道導(dǎo)向，從而減少了鋼球由離心力的作用而引起的對(duì)軸承外圈的壓力和改善保持架運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的潤(rùn)滑條件。高速主軸軸承的最新發(fā)展是所謂的混合軸承，它的內(nèi)、外圈由軸承鋼制成，但滾珠由氮化硅陶瓷制成。與鋼球相比，陶瓷球密度減少60%，因而可大幅度地降低離

3、心力。另外，陶瓷的彈性模量比鋼高50%，在相同的滾珠直徑時(shí)，混合軸承具有更高的剛度。氮化硅陶瓷的另外一個(gè)特點(diǎn)是摩擦系數(shù)低，由此可減少軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦發(fā)熱、磨損及功率損失。為了便于比較不同軸的主軸的轉(zhuǎn)速特性，一般采用轉(zhuǎn)速特征值來(lái)度量，其定義為：轉(zhuǎn)速特征值＝軸徑轉(zhuǎn)速除軸承外，潤(rùn)滑方式也是影響主軸極限轉(zhuǎn)的一個(gè)重要因素，表1是各種軸承在不同潤(rùn)滑條件下所能達(dá)到的特征值。表1電動(dòng)主軸轉(zhuǎn)速特征值電動(dòng)主軸轉(zhuǎn)速特征值油脂潤(rùn)滑是一種使用最多的方式，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)

4、構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，可靠性高和造價(jià)低廉。缺點(diǎn)是最高轉(zhuǎn)速較低，要提高轉(zhuǎn)速，只有通過采用陶瓷滾珠的途徑。油霧潤(rùn)滑又稱氣油潤(rùn)滑，在主軸起動(dòng)前必須先起動(dòng)潤(rùn)滑裝置，該裝置將潤(rùn)滑油與壓縮空氣混合然后通過管路將油霧噴入各軸承。這種潤(rùn)滑方式屬于強(qiáng)制潤(rùn)滑，在正常工作情況下，可保證良好的潤(rùn)滑條件以提高轉(zhuǎn)速。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主軸殼體要附設(shè)許多必須密封的潤(rùn)滑通道，制造成本較高。另外，主軸除驅(qū)動(dòng)電氣裝置外，還必須有潤(rùn)滑狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)，氣體靜壓軸承主軸的優(yōu)點(diǎn)在于高回

5、轉(zhuǎn)精度、高轉(zhuǎn)速和低溫升，因而主要適合于工件形狀精度和表面粗糙度有高的要求的場(chǎng)合。它的缺點(diǎn)是承載能力較低，不適合于材料切除量較大的應(yīng)用場(chǎng)合。此外它要求高清潔度的壓縮空氣，故使用費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用較高。為防止主軸過載而出現(xiàn)主軸卡死而造成嚴(yán)重?fù)p壞，故對(duì)其使用條件要作仔細(xì)的分析。（4）磁浮軸承高速主軸它可以達(dá)到更高的主軸轉(zhuǎn)速，如圖4所示。磁浮主軸的轉(zhuǎn)子由兩個(gè)徑向和兩個(gè)軸向軸承支承，轉(zhuǎn)子與支承間隙一般在0.1mm左右，由于空氣間隙的摩擦熱量很小，故磁

6、浮主軸的轉(zhuǎn)速特征值可達(dá)4106rmin，為滾珠軸承主軸的兩倍，如主軸的最高轉(zhuǎn)速相同，則磁浮主軸可采用較大的軸徑，有較高的剛性（約為滾珠軸承主軸的10倍）和較大的承載能力。磁浮軸承的回轉(zhuǎn)精度，主要取決于主軸內(nèi)所用的位移傳感器的精度和靈敏度以及控制電路的精度性能。目前使用的磁浮主軸的回轉(zhuǎn)精度可達(dá)0.2μm。磁浮主軸的優(yōu)點(diǎn)是高精度、高轉(zhuǎn)速和高剛度。缺點(diǎn)是不僅機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且需要一整套的傳感器系統(tǒng)和控制電路，所以磁浮主軸的造價(jià)一般是滾珠軸承主