【正文】 給速度 ):在分辨率為 1181。m時 , 在 100m/min(有的到 200m/min)以上 , 在分辨率為 ，在 24m/min以上。 為了實現(xiàn)高速、高精加工，與之配套的功能部件如大功率高速電主軸、高加 /減速度直線電機驅(qū)動進給部件以及高性能控制系統(tǒng)得到了快速的發(fā)展，應用領域進一步擴大。 超高速加工是繼數(shù)控技術之后，使制造技術產(chǎn)生第二次革命性飛躍的一項高新技術。超高速機床是實現(xiàn)超高速加工的物質(zhì)基礎，而高速主軸單元則是超高速機床的 “ 核心 ” 部件，它的性能直接決定了機床的超高速加工性能。最佳適合高速運轉的主軸形式是將主軸電機的定子、轉子直接裝入主軸組件的內(nèi)部，形成電主軸，實現(xiàn)機床主軸系統(tǒng)的一體化、 “ 零傳動 ” 。電主軸具有結構緊湊、重量輕、慣性小、動態(tài)特性好等優(yōu)點，并可改善機床的動平衡，避免振動和噪聲，在超高速切削機床上得到了廣泛的應用。 電主軸的工作轉速極高，這對其結構設計、制造和控制提出了非常嚴格的要求，并帶來了一系列技術難題，如主軸的散熱、動平衡、支承、潤滑及其控制等。在應用中，必須妥善解決這些技術難題，才能確保電主軸高速運轉和精密加工的可靠性。 電主軸一體化所融合的技術包括 : 電主軸是電動機與主軸融合在一起的產(chǎn)物，電動機的轉子即為主軸的旋轉部分，理論上可以把電主軸看作一臺高速電動機。關鍵技術是高速度下的動平衡 。 電主軸通常采用復合陶瓷滾動軸承，耐磨耐熱，壽命是傳統(tǒng)軸承的幾倍 。有時也采用電磁懸浮軸承或靜壓軸承，內(nèi)外圈不接觸，理論上壽命無限 。 電主軸的潤滑一般采用定時定量油氣潤滑 。也可以采用脂潤滑，但相應的速度要打折扣。所謂定時，就是每隔一定的時間間隔注一次油。所謂定量，就是通過一個叫定量閥的器件，精確地控制每次潤滑油的油量。而油氣潤滑，指的是潤滑油在壓縮空氣的攜帶下，被吹入陶瓷軸承。油量控制很重要，太少，起不到潤滑作用 。太多，在軸承高速旋轉時會因油的阻力而發(fā)熱。 為了盡快給高速運行的電主軸散熱，通常對電主軸的外壁通以循環(huán)冷卻劑，冷卻裝置的作用是保持冷卻劑的溫度。 為了實現(xiàn)自動換刀以及剛性攻螺紋，電主軸內(nèi)置一脈沖編碼器，以實現(xiàn)準確的相角控制以及與進給的配合。主軸系統(tǒng)所用的位置編碼器分辨率也已達到 360000p/r。 要實現(xiàn)電主軸每分鐘幾萬甚至十幾萬轉的轉速，必須用一高頻變頻裝置來驅(qū)動電主軸的內(nèi)置高速電動機，變頻器的輸出頻率必須達到上千或幾千 Hz。 主軸傳動用電動機和進給傳動一樣，經(jīng)歷了從普通三相異步電動機傳動到直流主軸傳動，而隨著微處理器技術和大功率晶體管技術的進展，現(xiàn)在又進入了交流主軸伺服系統(tǒng)的時代，目前已很少見到在數(shù)控機床上有使用直流主軸伺服系統(tǒng)了。 當代電主軸所使用的電機，不僅有異步交流感應電機，還有永磁同步電機，后者在相同功率下，外形尺寸較小，且轉子為永久磁鐵不發(fā)熱。 高速主軸單元技術在一些工業(yè)發(fā)達國家已經(jīng)發(fā)展到較高水平，并被廣泛應用于高速機床行業(yè)，已經(jīng)產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益。 (四 )以直線電動機直接驅(qū)動的直線伺服進給技術已趨成熟 高速高精加工機床的進給驅(qū)動，主要有傳統(tǒng)的 “ 旋轉伺服電機 +精密高速滾珠絲杠 ” 和新型的 “ 直線電機直接驅(qū)動 ” 兩種類型。 滾珠絲杠由於工藝成熟，應用廣泛，不僅精度能達到較高(ISO3408 1級 )，而且實現(xiàn)高速化的成本也相對較低，所以迄今仍為許多高速加工機床所采用。當前使用滾珠絲杠驅(qū)動的高速加工機床最大移動速度 90m/min，加速度 。但滾珠絲杠畢竟是機械傳動，從伺服電機到移動部件間有一系列機械元件，勢必存在彈性變形、摩擦和反向間隙，相應造成運動滯后和其它非線性誤差，目前滾珠絲杠副的移動速度和加速度已提高較多，再進一步提高的余地有限。自 1993年，在機床進給上開始應用直線電機直接驅(qū)動，它是高速高精加工機床特別是其中的大型機床更理想的驅(qū)動方式。目前使用直線電機的高速高精加工機床最大快移速度已達 208m/min，加速度 2g(Mazak的 HMCF3660L加工中心的水平 )，并且還有發(fā)展余地。 與滾珠絲杠傳動相比，直線電機直接驅(qū)動的優(yōu)點是 : 直線電機直接和負載連接，沒有間隙，有更高的動態(tài)剛度。 現(xiàn)代電機技術，很容易實現(xiàn)寬調(diào)速，速度變化范圍可達 , 1:10000以上。例如，美國科爾摩根公司 DDL永磁直線電機高速大于 5m/s，低速 1181。m/s。 、運動慣量小、有更高動態(tài)響應性能。 ，位置精度高 (基本上取決于位置反饋檢測元件 )。 。 , 可接長適應不同行程要求。 ，從根本上減小了機械摩損與傳動誤差，減少維護工作。 ，高速下可獲得良好的定位精度。直線電機直接驅(qū)動的優(yōu)點正好彌補滾珠絲杠傳動的不足，與滾珠絲杠傳動相比，其速度提高 30倍，加速度提高 10倍，最大達 10g，剛度提高 7倍，最高響應頻率達 100Hz。 直線電機直接驅(qū)動也存在一些缺點和問題，除控制難度大(中間沒有緩沖環(huán)節(jié)和存在端部效應 )外，還存在強磁場對周邊產(chǎn)生磁干擾，影響滾動導軌副的壽命，同時給排屑、裝配、維修帶來困難，以及發(fā)熱大、散熱條件差。需解決散熱、隔磁、足夠的推力、自鎖和移動部件輕量化等方面的問題，才能在機床上實際應用，同時成本較高也影響其推廣應用。目前這些問題都已得到不同程度的解決，采用者愈來愈多。交流直線伺服電機也有感應 (異步 )式和同步式兩大類，同步式 (次級為永久磁鋼 )由于效率高、推力密度大、可控性好等優(yōu)點，盡管其對隔磁防塵要求較高和裝配較困難，現(xiàn)在也已成為機床用直線電機的主流。例如，美國 Ingersoll銑床公司生產(chǎn)的 HVM800高速臥式加工中心， X、 Y、 Z三軸都采用永磁同步直線伺服電機，最大進給速度可達 ，最大加速度 。 在高速高精加工機床領域，直線電機驅(qū)動和滾珠絲杠驅(qū)動雖然還會并存相當長一段時間，但總的趨勢是直線電機驅(qū)動所占比重會愈來愈大，將來很有可能成為此種機床進給驅(qū)動的主流?，F(xiàn)在世界各國的知名機床制造商 (比如以發(fā)展?jié)L珠絲杠驅(qū)動聞名于世的日本 Mazak公司和韓國的大宇公司 )都紛紛推出直線電機驅(qū)動的機床，而德國的 DMG公司， 2023年便已銷售裝有直線電機的機床約 1000臺。種種跡象表明，直線電機驅(qū)動在高速高精加工機床上的應用已進入加速增長期。 五軸高速加工中心的發(fā)展動向 近十多年來，由于刀具、驅(qū)動、控制和機床等技術的不斷進步，高速加工和高效加工，特別是高速硬銑已在模具制造業(yè)中得到了廣泛應用和推廣，傳統(tǒng)的電火花加工在很多場合已被高速硬銑所替代。通過高速硬銑對一次裝夾下的模具坯件進行綜合加工，不僅大大提高了模具的加工精度和表面質(zhì)量，大幅度減少了加工時間，而且簡化了生產(chǎn)工藝流程，從而顯著縮短了模具的制造周期，降低了模具生產(chǎn)成本。 高速加工中心不斷提高的工作性能是模具制造業(yè)得以高效和高精度加工模具的重要前提。近年來，在驅(qū)動技術的推動下，涌現(xiàn)出結構創(chuàng)新、性能優(yōu)良的眾多不同類型的高速加工中心。90年代中后期出現(xiàn)的三軸高速加工中心現(xiàn)已發(fā)展到五軸高速加工中心。在驅(qū)動方式上，已從直線運動（ X/Y/Z軸）的伺服電機和滾珠絲杠驅(qū)動發(fā)展到目前的直線電機驅(qū)動，回轉運動（ A和 C軸）采用了直接驅(qū)動的轉矩電機，有的公司并通過直線電機和轉矩電機使加工中心發(fā)展成全采用直接驅(qū)動的五軸加工中心。顯著提高了加工中心的行程速度、動態(tài)性能和定位精度。 從高速加工中心不斷創(chuàng)新的過程中可以看出，充分利用當今技術領域里的最新成就，特別是利用驅(qū)動技術和控制技術的最新成果，是不斷提高加工中心高速性能、動態(tài)特性和加工精度的關鍵。 電主軸 高速電主軸是高速加工中心的核心部件。在模具自由曲面和復雜輪廓的加工中，常常采用 2～ 12mm較小直徑的立銑刀，而在加工銅或石墨材料的電火花加工用的電極時，要求很高的切削速度，因此，電主軸必須具有很高的轉速。目前，加工中心的主軸轉速大多在 18000～ 42023r/min，瑞士 Mikro的高速加工中心 XSM400U/XSM600U其主軸轉速已達 54000 r/min。而對于模具的微細銑削（銑刀直徑一般采用 ～ 2mm），則需要更高的轉速。如德國 Kugler公司的五軸高精度銑床，其最高主軸轉速達 160000 r/min（采用空氣軸承），這樣的高轉速，當采用，就可達到 150m/min的切削速度。目前，德國 Fraunhofer生產(chǎn)技術研究所正在開發(fā)轉速為 300000 r/min的空氣軸承支撐的主軸。 直線電機 由于這種直線驅(qū)動免去了將回轉運動轉換為直線運動的傳動元件，從而可顯著提高軸的動態(tài)性能、移動速度和加工精度。 采用直線電機驅(qū)動的機床可顯著提高生產(chǎn)率。例如在加工電火花加工用的電極時，加工時間要比采用傳統(tǒng)高速銑床減少 50%。 直線電機可以顯著提高高速機床的動態(tài)性能。由于模具大多數(shù)是三維曲面，刀具在加工曲面時，刀具軸要不斷進行制動和加速。只有通過較高的軸加速度才能在很高的軌跡速度情況下，在較短的軌跡路徑上確保以恒定的每齒進給量跟蹤給定的輪廓。如果曲面輪廓的曲率半徑愈小，進給速度愈高，那么要求的軸加速度愈高。因此，機床的軸加速度在很大程度上影響到模具的加工精度和刀具的耐用度。 轉矩電機 在高速加工中心上，回轉工作臺的擺動以及叉形主軸頭的擺動和回轉等運動，已廣泛采用轉矩電機來實現(xiàn)。轉矩電機是一種同步電機，其轉子直接固定在所要驅(qū)動的部件上，所以沒有機械傳動元件，它像直線電機一樣是直接驅(qū)動裝置。轉矩電機所能達到的角加速度要比傳統(tǒng)的蝸輪蝸桿傳動高 6倍，在擺動叉形主軸頭時加速度可達到 3g。由于轉矩電機可達到極高的靜態(tài)和動態(tài)負載剛性，從而提高了回轉軸和擺動軸的定位精度和重復精度。 應該提及的是，直接驅(qū)動的直線軸與直接驅(qū)動的回轉軸相組合，使機床所有的運動軸具有較高的動態(tài)性能和調(diào)節(jié)特性，從而為高速度、高精度和高表面質(zhì)量加工模具自由曲面提供了最佳條件。 控制系統(tǒng) CNC控制系統(tǒng)是高速加工中心的重要組成部分，它在很大程度上決定著機床加工的速度、精度和表面質(zhì)量。因此，對于加工模具自由曲面的高速機床，數(shù)控系統(tǒng)的性能具有特別重要的意義。 應用于模具高速加工的現(xiàn)代 CNC數(shù)控系統(tǒng)，除了具有為確保高速進給速度所必要的很短程序處理時間外，還應具有 Nurbs和樣條插補功能，并能以納米的分辨率進行工作，以便在高速加工的情況下獲得高的加工精度和表面質(zhì)量。 目前，高檔的數(shù)控系統(tǒng)也都能與不同廠家的 CAD/CAM系統(tǒng)進行連接，數(shù)據(jù)從 CAD/CAM系統(tǒng)經(jīng)以太網(wǎng)以很高的速度傳送到控制系統(tǒng)上。 CAD/CAM集成到控制系統(tǒng)上，在很大程度上能使模具復雜輪廓的加工獲得良好的效果，并對縮短調(diào)整時間和編程時間做出十分重要的貢獻。 機電一體化研究現(xiàn)狀及發(fā)展應用前景 計算機數(shù)控機床 工業(yè)機器人 先進制造系統(tǒng) 汽車的機電一體化 智能控制系統(tǒng) 機電一體化研究現(xiàn)狀及發(fā)展應用前景 2. 機電一體化發(fā)展趨勢 計算機集成制造系統(tǒng) 智能制造技術 精益生產(chǎn)方式和敏捷制造技術 快速零件制造技術 面向 21世紀的制造模式 演講完畢，謝謝觀看！