技术新发展与e制造_上_2002美国芝加哥机床展观后

上传者：常江
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上传时间：2015-05-06
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技术新发展与e制造_上_2002美国芝加哥机床展观后

技术新发展与 e 制造
(
上
)
—2002 美国芝加哥机床展观后
New Technical Trends and e-Manuf acturi ng ( Part I)
陈长年　周延佑
　　2002 年9 月,笔者参观了 IMTS2002 ,随后又访问
了美国几家著名机床制造商。本届 IMTS正值
“9. 11”周年,又逢美国经济低迷,人气不旺。几家美国
机床公司也不景气, INGERSOLL 公司去年销售额下降
25 %, G&L 公司, HARDINGE公司都说,多亏了还有中
国市场,我们还比较忙碌。
虽然目前经济不景气,技术发展仍然日新月异。
其发展主流可概括为: 高速、五轴、复合、e 制造和精
密。
1 　高速加工的新发展
　　高速数控加工源起20 世纪90 年代初,以电主轴
(实现高主轴转速) 和直线电动机(实现高直线移动速
度) 的应用为特征。应用领域首先是汽车和其他大批
量生产的工业。目的是用单主轴的高主轴转速和高速
直线进给运动的加工中心,来替代虽为多主轴但难以
实现高主轴转速和高速进给的组合机床。其思路是:
尽管在主轴的数量上不及可实现同时加工的多主轴的
组合机床,但是,高速加工中心进给速度可达 60～80
m/ mi n ,甚至更高,即以数倍甚至十倍以上组合机床的
进给速度,加上可以用更高速度(100 m/ mi n 左右) 进
行空程返回,则单主轴多次高速往复运动所耗时间有
可能少于或略高于多主轴一次往复运动所需时间。从
而,在大批量生产中,有可能用高速加工中心替代组合
机床,既得到高度的柔性,有利于产品快速的更新换
代,而又不降低生产效率。在实际生产中,已有一些驰
名的汽车厂,如我国的上海通用汽车公司,已经采用以
高速加工中心(德国 GROB 产品) 组成的生产线部分替
代组合机床。
在直线电动机更多应用的同时,也出现了新型高
速精密滚珠丝杠传动副。其特点是: 以多头和适度增
大导程来提高丝杠的传动速度;以增大丝杠直径,中心
打孔通强力冷却液来增大传动刚度和减少发热; 采用
陶瓷滚珠、增加滚珠保持器(以小直径滚珠隔离工作滚
珠) 、螺母滚道与导程角方向一致、改进滚珠反向循环
装置等措施,使其可使用的 d? n ( 丝杠中径 ×丝杠转
速) 值可高达 150 000。用于机床, 最大线速可达100
m/ mi n ,加速度可达 1. 5 g 。日本牧野公司在其A55E
型高速加工中心上,还采用双丝杠、双伺服电动机并联
驱动来提高传动刚度。德国INA 公司将螺母与伺服电
动机制成一体(电动机转子与螺母合一) ,以螺母高速
回转来替代丝杠回转( 细长杆件高速回转易产生失
稳) 。还有厂家采用螺母与丝杠同时作互为反方向回
转等来实现高速直线运动。因而,在当前高速加工中
心市场上,出现两种传动方式并存的局面。
在美国的日本牧野公司提出这样一个观点: 不要
脱离具体应用要求和条件来争论直线电动机和滚珠丝
杠的优劣,认为这种争论是毫无意义的。这种观点还
可以解释一个“奇怪”现象,即同一厂家如德国 Ex-cell-
O和日本Mazak ,同时生产两种传动方案的高速加工中
心(Mazak 的 F
3
—660L 型用的是直线电动机,而 FF 系
列用的是滚珠丝杠) 。而且 Ex-cell-O 还是世界率先
(1993 年) 推出直线电动机高速加工中心的厂家,其滚
珠丝杠型高速加工是在1993 年以后开发的。
高速加工应用的另一领域是用立方氮化硼刀具对
淬硬钢进行高速铣削和车削(称为“硬切削”) 来替代或
部分替代电火花加工和磨削。这对模具工业极为有
利。在以往,对复杂形状淬硬模具唯一可采用的加工
手段为电加工。而电火花放电烧蚀的切屑极为微小,
因而加工效率极低,加工时间往往以几小时甚至10 几
小时计。然而,高速硬铣削的效率可提高几十倍,因而
成为电加工的替代工艺。但是当模具上具有深而窄的
槽 ,腔内有小半径圆角和清角等要求时,高速硬铣削就
无能为力,因此,不可能全部替代电加工。在表面粗糙
度方面,高速硬铣削已达到很高的水平,但仍逊于电加
工。故可先用高速硬铣削进行粗加工、半精加工,再用
电加工作最后加工,这样,仍可大幅度缩短模具加工周
期。
汽车和直升机上的弧齿锥齿轮,要求重载、小振动
和低噪声。因而,对这些锥齿轮既要求高强度又要求
Special Reports 综　述
制造技术与机床
2003 年第1 期
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