高速数控加工中心及其加工技术

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1、高速數控加工中心及其加工技術    在現代機械切削加工技術中，高速切削正在越來越多地被人提及，其技術已開始被使用，隨之而來的，首先是高速機床，那麼，高速切削與傳統切削技術究竟有什麼不同?其實現的條件是什麼?實現它有哪些益處?其適用性怎麼樣呢?本文將試圖回答這些問題，並且盡可能結合目前在世界上居領先水準的瑞士MIKRON公司的機床的結構、特點來分析，用它同目前國內仍在普遍應用的傳統的加工方法和切削理論相比較，促進高新技術在國內的應用和普及。縮短加工時的切削與非切削時間，對於複雜形狀和難加工材料及高硬度材料減少加工工序，最大限度地實現產品的高

2、精度和高品質，是我們提高勞動生產率、實現經濟性生產的一個重要的目標。   有人認為，一提高速加工，就是主軸轉速要幾萬轉；只要主軸轉速一達到幾萬轉，就可以實現高速切削，這其實是不全面的。   隨著科學技術的發展，現代機床已經具備了下面的條件，也只有具備這些條件，才會使得高速切削成為可能。   1.機電一體化的主軸，即所謂電主軸。現代化的主軸是電機與主軸有機地結合成一體，採用電子感測器來控制溫度，自有的水冷或油冷循環系統，使得主軸在高速下成為“恒溫”；又由於使用油霧潤滑、混合陶瓷軸承等新技術，使得主軸可以免維護、長壽命、高精度。由於採用了機電

3、一體化的主軸，減去了皮帶輪、齒輪箱等中間環節，其主軸轉速就可以輕而易舉地達到0～42000r/min，甚至更高。不僅如此，由於結構簡化，造價下降，精度和可*性提高，甚至機床的成本也下降了。雜訊、振動源消除，主軸自身的熱源也消除了。MIKRON公司便採用了本集團“STEP－TEC”公司生產的電主軸，這種電主軸採用了其特別的、最先進的向量式閉環控制、高效動平衡的主軸結構、油霧潤滑的混合陶瓷軸承，可以隨室溫調整的溫度控制系統，確保主軸在全部工作時間內溫度衡定。   何為向量式閉環控制呢？其實就是借助數/模轉換，將交流非同步電動機的電量值變換為直

4、流電模型，這樣，既可實現用無電刷的交流電機來實現直流電機的優點，即在低轉速時，保持全額扭矩，功率全額輸出，主軸電機快速起動和制動。以UCP710機床切削45#鋼為例，用STEP-TEC的主軸銑削，銑刀直徑?63mm,主軸轉速為1770r/min，金切量為540cm3/min；在無底孔鑽孔時，鑽頭直徑?50mm,轉速1350r/min，可一次鑽出，而無需常用的先打中心孔,而後鑽孔再擴孔的方法。   2.機床普遍採用了線性的滾動導軌，代替過去的滑動導軌，其移動速度、摩擦阻力、動態回應，甚至阻尼效果都發生了質的改變。用手一推就可以將幾百公斤甚至

5、上千公斤的重工作臺推動。其特有的雙Ｖ型結構，大大提高了機床的抗扭能力；同時，由於磨損近乎為零，導軌的精度壽命較之過去提高幾倍。又因為配合使用了數字伺服驅動電機，其進給和快速移動速度已經從過去最高的6m/min，提高到了現在的20～60m/min，MIKRON公司的最新型機床使用線性電機，進給和快移速度可達80m/min。   3.目前最先進的數控系統已經可以同時控制8根以上的軸，實現五軸五聯動，甚至六軸五聯動，多個CPU，資料塊的處理時間不超過0.4ms；同時，均配置功能強大的後置處理軟體，運算速度快，仿真能力強且具備程式運行中的“前視”

6、功能，隨時干預，隨時修改。外接插口，資料傳輸速度快，甚至可以與乙太網直聯；加上全閉環的測量系統，配合使用數位伺服驅動技術，機床的線性移動可以實現1～2g的加速和減速運動。   4.機床床身結構進一步優化，現代機床均採用落地式床身，整體鑄鐵結構，龍門式框架的主軸立柱，盡可能由主軸部件來實現二軸甚至三軸的線性移動，考慮到刀具重量的變化極小，這樣，在工件乃至工作臺不進行快速線性移動的情況下，機床快速線性移動的部件的重量近乎常量，因此，更容易實現快速加速和減速情況下的運動慣量及實現動態平衡，減少由於動態衝擊所帶來的不穩定，從而保證穩定的且更高的加

7、工精度和產品品質。   5.刀具的材料和技術的發展也是高速切削得以實現的一個重要因素。由於在高速切削時，切削力已經不是重要因素，不需大的切削扭矩，因此刀柄就不再是傳統的錐柄，而是短圓柄，即HSK型柄，不需拉釘，主軸鎖緊裝置充分考慮離心力的影響。重要的是需要動平衡，即需加上動平衡環，在裝好刀具後，由動平衡儀進行平衡。刀具本身採用通體硬質合金刀，或在硬質合金上塗CBN、TiC等，也可採用人造金剛石，即PCD等，使刀具可以承受高達300～500m/min的切削線速度。   6.切削時採用油霧潤滑加工區，而不再使用傳統的冷卻潤滑液   高速切削：

8、顧名思義，高速切削，首先是高的速度，即要有高的主軸轉速，比如12000r/min、18000r/min、30000r/min、40000r/min，甚至還有更高的轉速仍在試驗中；另一方面，又應