첫째, 고속 절삭 기술
(I) 고속 절삭 제안 193 1, 독일 절삭 물리학자 칼 박사. J.Salomon 은 Salomon 원리라는 가정을 제시했고, 같은 해 독일 특허를 출원했다. 가공할 모든 재료는 임계 절삭 속도를 가지고 있다. 절삭 속도가 임계 속도에 도달할 때까지 절삭 온도 및 공구 마모는 절삭 속도가 증가함에 따라 증가합니다. 절삭 속도가 일반 절삭 속도의 5 ~ 6 배에 도달하면 플라스틱 재료를 절삭할 때 기존의 가공 방법은 "재절단" 입니다. 각 공구의 부스러기 양은 매우 큽니다. 즉, 커터는 크지만 이송 속도는 낮고 절삭력은 큽니다. 절삭 속도가 향상됨에 따라 부스러기 형태가 스트립, 플레이크에서 부스러기로 발전하여 필요한 단위 절삭력이 초기 단계에서 상승한 다음 급격하게 떨어지는 것으로 나타났습니다. 이는 고속 절삭이 일반 절삭보다 가볍다는 것을 보여 줍니다. 둘 사이의 메커니즘은 다릅니다.
(b) 현대 고속 절삭 기술의 개념 솔로몬 원리의 출발점은 전통적인 공구를 이용하여 고속 절삭을 함으로써 생산성을 높이는 것이다. 지금까지 그 원리는 현대과학연구소에 의해 확인되지 않았다. 그러나 이 원칙의 성공은 여기에 국한되어서는 안 된다. 고속 절삭 기술은 절삭 기술의 중요한 발전 방향 중 하나이다. 현재 현대 과학기술의 관점에서 고속 절삭의 정확한 정의에 대해서는 아직 일치된 견해가 없다. 왜냐하면 그것은 상대적인 개념이고, 가공 방법과 절삭 재료에 따라 고속 절삭 속도와 가공 매개변수가 다르기 때문이다. 여기에는 고속 소프트 컷, 고속 하드 컷, 고속 습식 컷 및 고속 건식 컷이 포함됩니다.
실제로 고속 절삭 기술은 기계 재료 연구 및 선택 기술, 기계 구조 설계 및 제조 기술, 고성능 수치 제어 제어 시스템, 통신 시스템, 고속, 고효율 냉각, 고정밀 및 고출력 스핀들 시스템, 고정밀 고속 이송 시스템, 고성능 공구 클램핑 시스템, 고성능 공구 재료, 공구 구조 설계를 포괄하는 매우 크고 복잡한 시스템 엔지니어링입니다 이러한 기술의 완전한 발전을 바탕으로 확립 된 고속 절삭 기술은 진정한 의미를 갖는다. 따라서 고속 절삭의 우월한 성능을 최대한 활용하려면 CAD/CAM 시스템, CNC 제어 시스템, 데이터 통신, 작업셀, 공구 및 기술의 완벽한 결합이어야 합니다.
(3) 고속 절삭 기술의 발전 현황과 우세 이 신기술은 1980 년대 초에 시작되었고, 미국, 독일, 프랑스 등이 선두를 차지했으며, 영국, 일본, 스위스 등이 뒤를 이었다. 80 년대 후반에 이르러 이들 국가들은 이미 신흥산업을 형성하여 연간 생산액이 수십억 달러에 달하고 있으며 해마다 증가하고 있다. 최근 중국 대만성도 시작됐지만 대륙은 여전히 비어 있다. 동제대 현대제조기술연구소는 독일 다임슈타트 대학과 프로젝트 협력 관계를 맺고 초보적인 성과를 거두었다.
현재 선진국에서는 항공, 자동차, 동력 기계, 금형, 베어링, 기계 등의 산업이 먼저 이 신기술의 혜택을 받아 이들 업계의 제품 품질을 크게 향상시키고 비용을 크게 절감하며 시장 경쟁 우위를 확보하고 있습니다. 초고속 절삭 기술은 미래 절삭 가공의 방향이며 시대 발전의 산물이다.
둘째, 고속 절삭 기술 및 장비
(1) 고속 절삭 기계 고속 작업셀은 고속 가공을 위한 전제 조건이자 기본 조건입니다. 현대 공작 기계 제조에서, 공작 기계의 고속화는 필연적인 발전 추세이다. 작업셀의 고속이 필요한 동시에 작업셀에는 높은 정밀도와 높은 정적 및 동적 강성이 필요합니다.
황삭, 경중 절삭 및 빠른 이동을 수용하면서 높은 정밀도 (위치 정확도 0.005mm) 를 보장하기 위해 성능이 좋은 작업셀은 고속 절삭을 실현하는 핵심 요소입니다. 핵심 기술은 다음과 같습니다.
1. 고속 스핀들. 고속 스핀들은 고속 절삭 기계의 핵심 부품이며 가공 기계가 달성할 수 있는 절삭 속도, 가공 정밀도 및 적용 범위를 크게 결정합니다. 고속 스핀들 유닛의 성능은 설계 방법, 재질, 구조, 베어링, 윤활 냉각, 동적 균형, 소음 등 다양한 관련 기술에 따라 달라집니다. 스핀들 속도 요구 사항이 지속적으로 향상됨에 따라 기존 기어 벨트 변속 드라이브 시스템은 자체 진동과 소음으로 인해 더 이상 요구 사항을 충족하지 못하고 있으며, 대신 스핀들 모터와 기계 스핀들을 결합하여 스핀들 모터를 구현하는 새로운 기능 부품인 스핀들 (스핀들) 이 있습니다. 스핀들은 전자 센서를 사용하여 온도를 제어하고, 수냉식 또는 오일 냉각 순환 시스템을 갖추고 있어 고속 회전 시 스핀들이 일정한 온도를 유지하도록 합니다. 일반적으로 설정 온도는 20 ~ 25 범위, 정밀도는 0.7 입니다. 오일 미스트 윤활, 혼합 세라믹 베어링 등의 신기술을 동시에 사용하여 스핀들 유지 관리, 수명 연장, 고정밀 등을 방지합니다.
고속 정밀 베어링. 고속 베어링은 고속 절삭 기계의 핵심이며 고속 스핀들 수명과 하중 용량을 결정하는 가장 중요한 부품입니다.
(1) 자기 베어링. 마그네틱 베어링은 전자기력을 통해 기계적으로 접촉하지 않고 스핀들을 떠다닌다. 회전 속도는 45,000 회전/분, 전력은 20kW 입니다. 이 방법은 정확도가 높아서 실시간 진단 및 온라인 모니터링을 쉽게 수행할 수 있습니다. 이상적인 지지 구성요소이지만 가격이 높습니다.
(2) 정압 및 정압 베어링. 유체 역학과 정적이 결합된 방법을 사용하여 주 축을 유막 지지대에서 회전시킬 수 있으며, 레이디얼 및 축 점프가 작고, 강성이 좋고, 제동 특성이 우수하며, 황삭과 마무리, 수명이 길다는 장점이 있습니다. 그러나 공통성이 없어 유지 관리가 어렵다.
(3) 혼합 세라믹 베어링. 실리콘 질화물 재질의 볼과 강철 레일의 결합은 현재 고속 절삭 기계 스핀들에 가장 널리 사용되는 지지 구성요소입니다. 고속 회전 시 원심력은 작고, 강성이 좋고, 온도가 낮고, 수명이 길며, 전력은 80kW 에 달하며, 회전 속도는 150000r/min 에 달할 수 있다. 표준화 수준이 높고, 유지 보수가 쉽고, 가격이 저렴하다.
3. 고속 서보 시스템은 고속 절삭을 위해 작업셀에 고속 스핀들뿐만 아니라 고속 서보 시스템도 있어야 하는데, 이는 생산성을 높이기 위해서뿐만 아니라 고속 절삭시 공구의 정상적인 작동을 유지하기 위한 필수조건이다.
(1) 선형 모터 서보 시스템. 직선 모터는 전기 에너지를 직선 기계 동작으로 직접 변환하는 추력 장치로, 기계 이송 연동 체인의 길이를 0 으로 줄입니다. 동적 응답이 민첩하고, 전동 강성이 크고, 정확도가 높고, 감속이 크고, 여정이 무제한이며, 소음이 적고, 비용이 많이 든다. 가속이 1g 보다 클 때 서보 시스템의 선택입니다.
(2) 볼 스크류 드라이브. 볼 스크류는 여전히 고속 서보 시스템의 주요 구동 장치이다. 유압 베어링을 사용하여 AC 서보 모터에 의해 직접 구동됩니다. 이송 속도는 40 ~ 60m/min 이고 가속도는 0.6g 를 초과할 수 있으며 비용은 낮으며 1/2.5 에 불과합니다. 리니어 모터 4. 고성능 수치 제어 시스템.
(2) 고속 공구는 가공을 위한 중요한 기술 장비 중 하나이다. 원심관성력은 회전 속도가 증가함에 따라 빠르게 증가하기 때문에 고속 스핀들의 끝과 터렛 머리의 조합은 구조와 치수에 많은 특별한 점이 있다. 현재 기본적으로 HSK 형식과 시리즈로, 작업셀 스핀들 매개변수에 따라 공구 홀더 매개변수를 결정하여 일관되게 해야 합니다. 고속 절삭 가공에서는 절삭 및 이송 속도가 빠르기 때문에 일반적으로 공구 수명이 줄어듭니다. 수명을 최소화하려면 공구 재료, 형상 매개변수, 돌출부 길이, 절삭 매개변수, 절삭 형상 관계, 공구 경로, 윤활 및 냉각에 대한 조치가 필요합니다.
HSC 공구의 앞쪽 각도는 일반 공구보다 약10 도 작고 앞쪽 각도는 일반 공구보다 약 5 ~ 8 도 작습니다. 또한 HSC 공구의 절삭 부품은 커터의 강성을 높이고 블레이드의 손상률을 낮추기 위해 가능한 한 짧아야 합니다.
고속 절삭 공구는 고속 절삭에 적응할 수 있는 재료로 만들어야 한다. 가공 품질과 서비스 수명을 향상시키기 위해 초경합금, 서멧, 코팅 절삭 재료 및 절삭 세라믹 외에도 단결정 및 다결정 절삭 재료를 사용합니다. 이러한 절삭 재료는 기술적 요구 사항뿐 아니라 중요한 위치를 차지하는 경제성 및 친환경 요구 사항도 충족해야 합니다. 고속 절삭 가공에서 PKD (폴리결정질 다이아몬드) 와 입방질화 브롬 (CBN) 은 가공 효율을 크게 높일 수 있습니다.
적절한 도구 재질을 선택하는 것 외에도, 도구 설계 과정에서 원심력 작용에 의한 고정 도구 부품의 신뢰성을 먼저 고려하고 "균형" 구조에 주의를 기울여야 합니다. 도구의 속도를 테스트 할 필요가 있습니다. 또한 공구를 만들 때 좋은 공예성도 중요하다. 공구 사전 처리에서 블레이드 제조에 이르기까지 가치 있고 신뢰할 수 있는 제조 방법은 결정적인 의미를 지닙니다. 특히 PKD 또는 CBN 블레이드의 공구에 대해서는 더욱 그렇습니다.
HSC 공구를 적용할 때 가공 품질과 경제적 성능을 달성하기 위해 공구 자체뿐만 아니라 공구와 클램핑 시스템의 인터페이스, 즉 스핀들과 공구의 연결 면 및 가공소재 설치의 안정성을 고려해야 합니다. 인터페이스 부분 및 연장 막대의 경우 레이디얼 스윙 정밀도, 캔틸레버 길이, 진동 성능 및 교환성이 특히 중요합니다. 마무리에서 원통형 터렛의 레이디얼 스윙 정밀도 요구 사항을 충족하기 위해 먼저 유압 척, 수축 척 및 압력 트레이가 연결되는 방식을 선택했습니다. 이러한 트레이가 HSC 인터페이스와 일치할 경우 반지름 스윙 정밀도는 최대 0.003mm 입니다.
(3) 고속 가공 기계 지원 장비
1. 보조 근로 시간을 단축하기 위해 대부분의 HSC 공작 기계에는 15 ~ 30 이상의 공구 홀더와 자동 공구 교환 장치가 장착되어 HSC 머시닝 센터가 됩니다.
2. 냉각 윤활 시스템은 작업셀의 각 부품에 대한 자동 냉각 윤활 및 비듬 기능을 포함하는 필수 장비입니다.
3. 전자 핸드 휠 및 CAD/CAM 시스템과 고속 수치 제어 시스템의 인터페이스는 기계 작동 및 제어 성능에 영향을 미치는 데 필요한 보조 장비입니다.
4. 도구의 지름과 길이를 자동으로 측정하고 손상된 레이저 또는 적외선 시스템을 감지할 수 있습니다.
5. 프로브는 주 축에 설치하여 가공소재의 윤곽 모양을 감지할 수 있습니다. 6. 고장 후 가동 중지 시간을 줄이기 위해 작업셀이 많고 활용도가 높은 경우 고속 스핀들을 예약합니다.
하드웨어 및 소프트웨어를 포함한 HSC 공작 기계의 안전 장치는 커터가 고속으로 부러지고 배출되는 극단적인 상황에서도 작업자의 개인 안전을 안정적으로 보호하고 기계 부품, 공구 및 가공소재 간의 예기치 않은 간섭 및 충돌을 방지해야 합니다.
셋째, 현재 고속 절삭의 주요 응용 분야
(1) 미국 포드 자동차 회사 및 잉거솔이 개발한 HVM800 수평 머시닝 센터 및 보링 실린더용 1 축 보링 실린더 기계와 같은 대규모 생산 분야는 실제로 포드의 생산 라인에 사용됩니다.
(2) 항공 우주 산업 제품 또는 잉거솔이 고속 절삭 기술을 사용하여 밀링한 공작물의 가장 얇은 벽 두께는 1mm 에 불과합니다. .....
(3) 몰드 및 공구 제조와 같은 복잡한 서피스를 가공합니다.
(4) 잉거솔의' 고속 모듈' 과 같은 가공이 어려운 재료 분야에서는 가공 항공 알루미늄 합금의 절삭 속도가 2438m/min, 자동차 알루미늄 합금은 1829m/min, 주철은1입니다.