机床技术发展的新趋势
高速数控加工起源于90年代初，它以电主轴实现主轴高速和以直线电机实现高直线移动速度为主要特征，主要应用于大批量生产的轿车工业等领域。目的是力图用高主轴转速和高速直线进给运动的单主轴加工中心来替代多主轴但难以实现高主轴转速和高速进给的组合机床，从而在大批量生产中，既得到高度的柔性利于产品快速地更新换代，而又不降低生产效率。
在实际生产中，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组成的生产线部分替代组合机床。当前最新趋势是：继续扩大其应用范围。有的公司为了降低成本，不用直线电机，而采用中空通冷却液、加大直径和加大导程的滚珠丝杠；日本东芝机械则采用中空通冷却液的双滚珠丝杠来增强传动刚度。但不管采用何种形式的滚珠丝杠，其最大移动速度一般不大于50m/min，加速度最高为0.5g～1g，但是，HüLLERHILLE公司的nbh110高速加工中心，由于采用了“框中框”结构，使得移动部件质量较小。因此尽管用了滚珠丝杠，其X、Y、Z轴直线速度仍可高达75m/min，加速度达1g。
高速加工应用的另一个领域是用立方氮化硼刀具进行淬硬钢的高速铣削或车削，这对模具工业非常有利。为了追求最终的高精度，一般希望在模具淬硬以后进行精加工。在以前，对付淬硬模具唯一可用的加工手段是电加工。电加工的放电烧蚀是微切屑加工，效率极低。而高速铣削淬硬钢的效率却可以高出几十倍，从而成为电加工的理想替代工艺。虽然，对那些大型模具上的深而窄的槽、小曲率半径圆弧曲面和清角等高速铣削无能为力，但可以用高速铣削进行粗、半精加工，而用电加工作最后加工，这样可大大缩短模具加工周期。对那些为数众多的异形且窄而深的槽类模具，仍只能采用电加工方法。为此，电加工永远不会被完全取代。
高速铣削淬硬钢对电加工的挑战，促使电加工机床也走向“高速”化。日本Sodick公司于1999年（1996年着手研制）在世界上率先推出了直线电机取代滚珠丝杠的电火花成形机床。在IMTS2000上Sodick的电火花线切割机床和打孔机床也全部用上了直线电机。以直线运动速度为36m/min左右、分辨率为1μm的直线电机传动取代直线速度只有1.3m/min左右，分辨率为1μm的滚珠丝杠，其传动的优越性不能直接体现在高速度上。这是由电火花机床为不断维持放电间隙的前移而又不致于短路的伺服性质所决定的。它表现为瞬时进、瞬时停、甚至瞬时后退。由于直线电机大幅度提高了传动刚进，且有高达3000N的直线推力，因此有可能产生瞬时高加（减）速度，形成高频率瞬时的断续冲击，冲走由电蚀产生的铁屑。这样既可免除一切“冲刷”（Flushing）装置，又可一直保持最小且一致的火花间隙而达到快速的进给。从而不仅可大幅度提高效率（一般可提高40%）、精度，改善表面粗糙度，还可以解决以往由于无法解决“冲刷”问题（如很难在微小且密集的电极上钻“冲刷”用小孔等）而不能进行电加工的问题。
航空和宇航工业是高速加工的传统应用领域。其原因一是其主导材料为铝和铝合金；二是其零件常具有厚度极薄的壁和筋，刚度很差。只有高速切削时切削力很小才能对这些筋、壁进行加工。最新趋势是：近来这些行业流行采用大型整体铝合金坯料制造大型部件，如机翼、机身等，来替代多个零件，以避免众多的铆钉、螺钉和其它联结方式。这样不仅可省去昂贵的装配工时和工装，还可使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。因而，在这届IMTS2000上，美国CINCINNATI和意大利Jobs公司均展出了专门用于飞机工业的大型高速铣床（其型号分别为HyperMach和JoMach159）。这类机床有以下特点：
（1）进一步提高主轴转速和功率：由于飞机工业采用整体坯料“掏空”的方法加工零件，切削量极大。因而，主轴转速和功率可增加的空间也很大。据CINCINNATI公司称，以往在飞机工业中，主轴转速达15000r/min和22kW就是高速了。随着技术进步，先进机床已提高到40000r/min和40kW。而他们的HyperMach已提高到60000r/min和80kW，也即达到了新的高度。
（2）超长的X行程和龙门移动：由于“机翼”类为细长型零件，JoMach机床的X轴行程长达30m，而Y轴只有2m。据称它将被用于加工欧洲下一代战斗机“台风”的机翼。HyperMach机床的X行程最长为46m，Y轴也只有2m。英国Marwin公司Alumax系列机床的双面总长度达100m。如此长的X行程，只能是龙门（往往是多个龙门）移动而不可能是工作台移动。
（3）采用直线电机作高速直线传动：和以往航空工业大型机床用斜齿轮齿条或蜗杆条传动不同，这类高速铣床也用上了直线电机。这是为了适应主轴超高速、特大功率和超长X行程的需要。HyperMach机床采用直线电机以后，进给速度最大达60m/min，快速为100m/min，加速度达2g。据CICINNATI公司称，他们在HyperMach上曾试切一件薄壁飞机零件，只花了30分钟。同样的零件在一般高速铣床上加工费时3小时，而在普通数控床需8小时。这充分显示了超高速机床的威力。
Jobs公司2000年推出的另一台用于航空和模具工业的高速大型铣床LinX，为桥式布局，也应用了直线电机，最高进给速度达60m/min，加速度0.6g，主轴转速24000r/min，功率为44kW。据称，由于高速主轴和高速进给，加工时间可减少50%，机床结构还得到简化，减少了25%的零件，从而易于维护。
以上说明直线电机应用已从最初的汽车工业，扩展到电加工机床，航空工业和大型模具的加工。
不仅如此，这次IMTS2000展品中，板材冲压机和激光板材切割机床也应用了直线电机，如Alabama公司的激光切割机，采用直线电机后，速度为150m/min，加速度为1.3g。另外，直线电机还被应用于三坐标测量机，如Helmel公司的MierostarHS产品，直线移动速度达30m/min，这样，测头每分钟可作120次以上的接触测量。
高速化另一个关键功能部件——电主轴最近有以下新进展：
（1）瑞士Fischer公司推出在电主轴部件上装有在线自动动平衡装置的产品。应用在加工中心上，每换一次刀进行一次包括刀具质量在内的自动动平衡。据称可在一秒钟内消除80～90%由动不平衡所引起的振动。
（2）瑞士IBAG公司推出了静压轴承的电主轴，据称使用寿命大于2万小时。
（3）美国Ingersoll公司推出了动静压轴承的电主轴，作为一个独立部件出售。
（4）瑞士IBAG公司推出了磁浮轴承的电主轴。
（5）瑞士IBAG公司在其电主轴部件上配备轴向尺寸监测传感器，可与机床数控系统联结进行轴向尺寸的补偿。
（6）永磁同步电机的电主轴也已出现。此前电主轴的电机均为异步感应电机。其定子发热可以冷却，而转子发热无法冷却。但永磁同步电机的转子为永久磁铁不发热。此外，同功率的同步电机外形尺寸比异步电机小，有利于实现小尺寸、大功率，也即可提高功率密度（PowerDensity）。但目前仅有少数机床公司（如Mazak）在研制。专业的电主轴公司尚未见有产品供应。
欧洲至少有三家著名的电主轴公司（瑞士Fischer、IBAG，德国GMN）正在抢滩美国市场，纷纷在美国建立分公司进行销售、维修和翻新等业务。原因是电主轴的核心技术是精密加工和精密装配，对工人的技艺水平要求很高，这些正是瑞士、德国的强项；在高速运转情况下，滚动轴承的寿命均是较低的。主要失效形式为由于材料疲劳而丧失精度（电主轴精度一般为径向2μm，轴向1μm）。因此不具备本地维修、翻新的能力是不可能打开市场的。一些电主轴公司建议户购置一个备品，因为一般的维修、翻新时间为两周。这样，可把停机时间减至最小。
在实际生产中，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组成的生产线部分替代组合机床。当前最新趋势是：继续扩大其应用范围。有的公司为了降低成本，不用直线电机，而采用中空通冷却液、加大直径和加大导程的滚珠丝杠；日本东芝机械则采用中空通冷却液的双滚珠丝杠来增强传动刚度。但不管采用何种形式的滚珠丝杠，其最大移动速度一般不大于50m/min，加速度最高为0.5g～1g，但是，HüLLERHILLE公司的nbh110高速加工中心，由于采用了“框中框”结构，使得移动部件质量较小。因此尽管用了滚珠丝杠，其X、Y、Z轴直线速度仍可高达75m/min，加速度达1g。
高速加工应用的另一个领域是用立方氮化硼刀具进行淬硬钢的高速铣削或车削，这对模具工业非常有利。为了追求最终的高精度，一般希望在模具淬硬以后进行精加工。在以前，对付淬硬模具唯一可用的加工手段是电加工。电加工的放电烧蚀是微切屑加工，效率极低。而高速铣削淬硬钢的效率却可以高出几十倍，从而成为电加工的理想替代工艺。虽然，对那些大型模具上的深而窄的槽、小曲率半径圆弧曲面和清角等高速铣削无能为力，但可以用高速铣削进行粗、半精加工，而用电加工作最后加工，这样可大大缩短模具加工周期。对那些为数众多的异形且窄而深的槽类模具，仍只能采用电加工方法。为此，电加工永远不会被完全取代。
高速铣削淬硬钢对电加工的挑战，促使电加工机床也走向“高速”化。日本Sodick公司于1999年（1996年着手研制）在世界上率先推出了直线电机取代滚珠丝杠的电火花成形机床。在IMTS2000上Sodick的电火花线切割机床和打孔机床也全部用上了直线电机。以直线运动速度为36m/min左右、分辨率为1μm的直线电机传动取代直线速度只有1.3m/min左右，分辨率为1μm的滚珠丝杠，其传动的优越性不能直接体现在高速度上。这是由电火花机床为不断维持放电间隙的前移而又不致于短路的伺服性质所决定的。它表现为瞬时进、瞬时停、甚至瞬时后退。由于直线电机大幅度提高了传动刚进，且有高达3000N的直线推力，因此有可能产生瞬时高加（减）速度，形成高频率瞬时的断续冲击，冲走由电蚀产生的铁屑。这样既可免除一切“冲刷”（Flushing）装置，又可一直保持最小且一致的火花间隙而达到快速的进给。从而不仅可大幅度提高效率（一般可提高40%）、精度，改善表面粗糙度，还可以解决以往由于无法解决“冲刷”问题（如很难在微小且密集的电极上钻“冲刷”用小孔等）而不能进行电加工的问题。
航空和宇航工业是高速加工的传统应用领域。其原因一是其主导材料为铝和铝合金；二是其零件常具有厚度极薄的壁和筋，刚度很差。只有高速切削时切削力很小才能对这些筋、壁进行加工。最新趋势是：近来这些行业流行采用大型整体铝合金坯料制造大型部件，如机翼、机身等，来替代多个零件，以避免众多的铆钉、螺钉和其它联结方式。这样不仅可省去昂贵的装配工时和工装，还可使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。因而，在这届IMTS2000上，美国CINCINNATI和意大利Jobs公司均展出了专门用于飞机工业的大型高速铣床（其型号分别为HyperMach和JoMach159）。这类机床有以下特点：
（1）进一步提高主轴转速和功率：由于飞机工业采用整体坯料“掏空”的方法加工零件，切削量极大。因而，主轴转速和功率可增加的空间也很大。据CINCINNATI公司称，以往在飞机工业中，主轴转速达15000r/min和22kW就是高速了。随着技术进步，先进机床已提高到40000r/min和40kW。而他们的HyperMach已提高到60000r/min和80kW，也即达到了新的高度。
（2）超长的X行程和龙门移动：由于“机翼”类为细长型零件，JoMach机床的X轴行程长达30m，而Y轴只有2m。据称它将被用于加工欧洲下一代战斗机“台风”的机翼。HyperMach机床的X行程最长为46m，Y轴也只有2m。英国Marwin公司Alumax系列机床的双面总长度达100m。如此长的X行程，只能是龙门（往往是多个龙门）移动而不可能是工作台移动。
（3）采用直线电机作高速直线传动：和以往航空工业大型机床用斜齿轮齿条或蜗杆条传动不同，这类高速铣床也用上了直线电机。这是为了适应主轴超高速、特大功率和超长X行程的需要。HyperMach机床采用直线电机以后，进给速度最大达60m/min，快速为100m/min，加速度达2g。据CICINNATI公司称，他们在HyperMach上曾试切一件薄壁飞机零件，只花了30分钟。同样的零件在一般高速铣床上加工费时3小时，而在普通数控床需8小时。这充分显示了超高速机床的威力。
Jobs公司2000年推出的另一台用于航空和模具工业的高速大型铣床LinX，为桥式布局，也应用了直线电机，最高进给速度达60m/min，加速度0.6g，主轴转速24000r/min，功率为44kW。据称，由于高速主轴和高速进给，加工时间可减少50%，机床结构还得到简化，减少了25%的零件，从而易于维护。
以上说明直线电机应用已从最初的汽车工业，扩展到电加工机床，航空工业和大型模具的加工。
不仅如此，这次IMTS2000展品中，板材冲压机和激光板材切割机床也应用了直线电机，如Alabama公司的激光切割机，采用直线电机后，速度为150m/min，加速度为1.3g。另外，直线电机还被应用于三坐标测量机，如Helmel公司的MierostarHS产品，直线移动速度达30m/min，这样，测头每分钟可作120次以上的接触测量。
高速化另一个关键功能部件——电主轴最近有以下新进展：
（1）瑞士Fischer公司推出在电主轴部件上装有在线自动动平衡装置的产品。应用在加工中心上，每换一次刀进行一次包括刀具质量在内的自动动平衡。据称可在一秒钟内消除80～90%由动不平衡所引起的振动。
（2）瑞士IBAG公司推出了静压轴承的电主轴，据称使用寿命大于2万小时。
（3）美国Ingersoll公司推出了动静压轴承的电主轴，作为一个独立部件出售。
（4）瑞士IBAG公司推出了磁浮轴承的电主轴。
（5）瑞士IBAG公司在其电主轴部件上配备轴向尺寸监测传感器，可与机床数控系统联结进行轴向尺寸的补偿。
（6）永磁同步电机的电主轴也已出现。此前电主轴的电机均为异步感应电机。其定子发热可以冷却，而转子发热无法冷却。但永磁同步电机的转子为永久磁铁不发热。此外，同功率的同步电机外形尺寸比异步电机小，有利于实现小尺寸、大功率，也即可提高功率密度（PowerDensity）。但目前仅有少数机床公司（如Mazak）在研制。专业的电主轴公司尚未见有产品供应。
欧洲至少有三家著名的电主轴公司（瑞士Fischer、IBAG，德国GMN）正在抢滩美国市场，纷纷在美国建立分公司进行销售、维修和翻新等业务。原因是电主轴的核心技术是精密加工和精密装配，对工人的技艺水平要求很高，这些正是瑞士、德国的强项；在高速运转情况下，滚动轴承的寿命均是较低的。主要失效形式为由于材料疲劳而丧失精度（电主轴精度一般为径向2μm，轴向1μm）。因此不具备本地维修、翻新的能力是不可能打开市场的。一些电主轴公司建议户购置一个备品，因为一般的维修、翻新时间为两周。这样，可把停机时间减至最小。
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