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高速切削技術
閱讀：2300 發布時間：2010-7-1| 高速切削技術 | |
| 雙擊自動滾屏 | 發布者：admin 發布時間：2009-7-21 閱讀：147次 |
1. 機床主軸 高速機床的主軸性能是實現高速切削加工的重要條件。高速切削機床主軸的轉速范圍為10000"100000m/min，主軸功率大于15kW。通過主軸壓縮空氣或冷卻系統控制刀柄和主軸間的軸向間隙不大于0.005mm。還要求主軸具有快速升速、在位置快速準停的性能（即具有*的角加減速度），因此高速主軸常采用液體靜承式、空氣靜承式、熱壓氮化硅（Si3N4）陶瓷軸承磁懸浮軸承式等結構形式。潤滑多采用油氣潤滑、噴射潤滑等技術。主軸冷卻一般采用主軸內部水冷或氣冷。 2. 高穩定性的機床支撐部件 高速切削機床的床身等支撐部件應具有很好的動、靜剛度，熱剛度和*的阻尼特性。大部分機床都采用高質量、高剛性和高抗張性的灰鑄鐵作為支撐部件材料，有的機床公司還在底座中添加高阻尼特性的聚合物混凝土，以增加其抗振性和熱穩定性，這不但可保證機床精度穩定，也可防止切削時刀具振顫。采用封閉式床身設計，整體鑄造床身，對稱床身結構并配有密布的加強筋等也是提高機床穩定性的重要措施。一些機床公司的研發部門在設計過程中，還采用模態分析和有限元結構計算等，優化了結構，使機床支撐部件更加穩定可靠。 3. 機床驅動系統 為滿足模具高速加工的需要，高速加工機床的驅動系統應具有下列特性： （1） 高的進給速度。研究表明，對于小直徑刀具，提高轉速和每齒進給量有利于降低刀具磨損。目前常用的進給速度范圍為20"30m/min，如采用大導程滾珠絲杠傳動，進給速度可達60m/min；采用直線電機則可使進給速度達到120m/min。 （2）高的加速度。對三維復雜曲面廓形的高速加工要求驅動系統具有良好的加速度特性，要求提供高速進給的驅動器（快進速度約40m/min，3D輪廓加工速度為10m/min），能夠提供0.4m/s2到10m/s2的加速度和減速度。 機床制造商大多采用全閉環位置伺服控制的小導程、大尺寸、高質量的滾珠絲杠或大導程多頭絲杠。隨著電機技術的發展，*的直線電動機已經問世，并成功應用于CNC機床。*的直線電動機驅動使CNC機床不再有質量慣性、超前、滯后和振動等問題，加快了伺服響應速度，提高了伺服控制精度和機床加工精度。 4. 數控系統 *的數控系統是保證模具復雜曲面高速加工質量和效率的關鍵因素，模具高速切削加工對數控系統的基本要求為： （1） 高速的數字控制回路（Digital control loop），包括：32位或64位并行處理器及1.5Gb以上的硬盤；極短的直線電機采樣時間。 （2）速度和加速度的前饋控制（Feed forward control）；數字驅動系統的爬行控制（Jerk control）。 （3） *的插補方法（ 基于NURBS的樣條插補），以獲得良好的表面質量、的尺寸和高的幾何精度。 （4）預處理（Look-ahead）功能。要求具有大容量緩沖寄存器，可預先閱讀和檢查多個程序段（如DMG機床可多達500個程序段，Simens系統可達1000"2000個程序段），以便在被加工表面形狀（曲率）發生變化時可及時采取改變進給速度等措施以避免過切等。 （5）誤差補償功能，包括因直線電機、主軸等發熱導致的熱誤差補償、象限誤差補償、測量系統誤差補償等功能。 此外，模具高速切削加工對數據傳輸速度的要求也很高。 （6） 傳統的數據接口， 如RS232串行口的傳輸速度為19.2kb，而許多*的加工中心均已采用以太局域網（Ethernet）進行數據傳輸，速度可達200kb。 5. 冷卻潤滑 高速加工采用帶涂層的硬質合金刀具，在高速、高溫的情況下不用切削液，切削效率更高。這是因為：銑削主軸高速旋轉，切削液若要達到切削區，首先要克服極大的離心力；即使它克服了離心力進入切削區，也可能由于切削區的高溫而立即蒸發，冷卻效果很小甚至沒有；同時切削液會使刀具刃部的溫度激烈變化，容易導致裂紋的產生，所以要采用油/氣冷卻潤滑的干式切削方式。這種方式可以用高壓氣體迅速吹走切削區產生的切削，從而將大量的切削熱帶走，同時經霧化的潤滑油可以在刀具刃部和工件表面形成一層極薄的微觀保護膜，可有效地延長刀具壽命并提高零件的表面質量。 | |