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高速加工成功的关键

来源：信息中心　时间：2009-2-1 10:47:30

1 机床

我们寻找的具有刚性结构的机床能吸收振动、提供刚度和抵抗挠曲，即使在很高的加速度时。优先考虑完全通过有限元分析、提供最佳刀具寿命和表面粗糙度的具有大量加强筋和铸铁结构的机床。此外，要密切关注机床的导轨、导轨系统、滚珠丝杠和平衡配重。

虽然机床本身应当很重，但其移动部件应该尽可能地重量轻而不牺牲刚性。重量轻且刚性好的导轨可获得最快的加速度并缩短整个切削时间。

至于导轨系统，你的应用决定了是否使用具有滚珠丝杠或直线导轨的机床。直线导轨非常适用于具有低扭矩主轴的小到中型规格的机床。而具有高扭矩主轴的中型到大型HSM机床要求滚珠丝杠。虽然与高转速主轴机床一起使用的每种系统都能以非常快的速度进行轻快的切削，滚珠丝杠在减振方面的确有优势。

那么你应该如何进行选择? 答案也许是两者均可。部分机床制造商在X轴使用直线导轨并在Y、Z轴使用滚珠丝杠。直线导轨承受工作台重量的载荷。这使得轴向惯性最小化，甚至在工作台载荷变化很大时。有了滚珠丝杠系统，需要移动工作台和克服爬行的扭矩值变得波动很大且难以调节。

任何机床最重要的结构要素之一是滚珠丝杠，但它通常被忽视了。你需要大直径、强壮的滚珠丝杠来防止挠曲和振动。脆弱的、重量轻的滚珠丝杠简直不能使任务完成。确保你得到的机床装有预拉伸的滚珠丝杠(在载荷下拉紧)以去除热变形、消除次级蠕变并提高轴向刚性。如果机床结构不能支持预拉伸的滚珠丝杠，那么滚珠丝杠必须通过循环的流体进行冷却，而这又产生维护的问题。

一台不具有预拉伸滚珠丝杠的机床必须要有精度的标定，但也许仍然是轴向刚性不足。装有很长的滚珠丝杠的长行程机床应该具有固定螺钉/回转螺母装置以防止螺钉的突然移动，而伺服电机应该直接与滚珠丝杠连在一起以形成刚性的连接。伺服电机不直接连接(例如，使用皮带轮和皮带)会造成运动特性和刚性的丧失，最终会牺牲精度和表面粗糙度。

正因为在HSM中很高的加速度，采用配重进行平衡是行不通的。因此，你将需要机床使用一个大型的无需平衡的伺服电机或一个液压的平衡系统(参阅以下侧栏中的机床设计：双立柱结构的优势和匹配控制、电机和驱动)。

主轴是任何一种机床的核心。虽然有大量的主轴类型可提供，包括齿轮箱和直接驱动的主轴，但是最适合于HSM应用的是产生最高转速的集成主轴或电主轴。一条很好的经验法则是寻找主轴转速从15,000到40,000r/min的机床。

集成主轴把电机和株洲结合在一起，实质上主轴心轴是转子，而主轴的轴套是定子。当你要求很高的转速和很好的表面粗糙度时，它们是非常理想的。

虽然集成主轴由于其维修成本高而变得很昂贵，但它们能提供极佳的热稳定性，变形小、优异的加速/减速和足够的切削扭矩。所有这些对于HSM应用都是至关重要的。

2 HSK 刀具

刀具是成功应用HSM的第二个关键。投资HSK刀柄，因为在刚性和转速方面HSK刀柄优于CAT/BT和MCAT/BBT系统。不要试能够保证数控机床精度，扩大数控机床功能，改善数控机床性能，提高数控机床效率。

数控机床的在线检测系统由软件和硬件组成。硬件部分通常由以下几部分组成：

机床本体：机床本体是实现加工、检测的基础，其工作部件是实现所需基本运动的部件，它的传动部件的精度直接影响着加工、检测的精度。
数控系统：目前数控机床一般都采用CNC数控系统，其主要特点是输入存储、数控加工、插补运算以及机床各种控制功能都通过程序来实现。计算机与其他装置之间可通过接口设备联接，当控制对象或功能改变时，只需改变软件和接口。CNC系统一般由中央处理存储器和输入输出接口组成，中央处理器又由存储器、运算器、控制器和总线组成。
伺服系统：伺服系统是数控机床的重要组成部分，用以实现数控机床的进给位置伺服控制和主轴转速(或位置)伺服控制。伺服系统的性能是决定机床加工精度、测量精度、表面质量和生产效率的主要因素
测量系统：测量系统有接触触发式测头、信号传输系统和数据采集系统组成，是数控机床在线检测系统的关键部分，直接影响着在线检测的精度。其中关键部件为测头，使用测头可在加工过程中进行尺寸测量，根据测量结果自动修改加工程序，改善加工精度，使得数控机床既是加工设备，又兼具测量机的某种功能。
计算机系统：在线检测系统利用计算机进行测量数据的采集和处理、检测数控程序的生成、检测过程的仿真及与数控机床通信等功能。在线检测系统考虑到运行目前流行的Windows和CAD/CAM/CAPP/CAM以及VC++等软件，以及减少测量结果的分析和计算时间，一般采用Pentium级别以上的计算机。

有了机床、刀具和编程的着正确组合，模具制造商将收获高速加工所有的好处。

高速加工成功的关键浓缩为三个要素：(1) 机床, (2) 刀具和(3) 编程。这三者的正确组合使得模具制造厂在生产率、质量和价格方面比他们的竞争对手更具优势。错误的组合浪费你辛苦挣来的钞票。

显然，选择正确的机床对于优化高速、小余量加工是至关重要的。因此，找到专门为高速加工设计的机床是重要的。不要被把标准机床用高速选件进行改造的产品诱惑。否则，你将得不倒完成你的最困难加工任务所必需的刚性、精度和速度。

在这个模具加工应用中，双立柱结构加工中心在为由硬度HRC 52的H-13钢构成的托架切削一个复杂的模具型腔。加工时间是2.5小时。(照片由Absolute Machine Tools公司提供)

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