高速加工机床的合理选用
第二章 第五节刀具选用与工件装夹
１）材料：刀片材料通常有高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、 陶瓷、立方碳化硼或金刚石等种类。 2）尺寸：刀片尺寸参数为有效切削刃长度、被吃刀量、主偏角 等。 ３）形态：根据表面形状、切削方式、转位次数等分为很多类 型的刀片，用于不同加工场合。 ４）刀尖半径：粗加工、工件直径大、要求刀刃强度高、机床 刚度大时选大刀尖圆弧；精加工、切深小、细长轴加工、机 床刚度小选小刀尖圆弧。
第二章 数控车床加工工艺设计
2.6.1、数控车削加工工序卡片
数控车削加工工序卡与普通车削加工工序卡有许多相似之处，所不同 的是：加工图中应注明编程原点与对刀点，要进行编程简要说明及切削参 数的选定。见表2-5。 一、数控车削加工工序卡片 在工序加工内容不十分复杂的情况下，用数控加工工序卡的形式较好， 可以把零件加工图、尺寸、技术要求、工序内容及程序要说明的问题集中 反映在一张卡片上，做到一目了然
第二章 数控车床加工工艺设计
３、刀杆安装时应注意的问题
车刀安装时其底面应清洁无粘着物。若使用垫片调 整刀尖高度，垫片应平直，最多不能超过三块。如果 内侧和外侧面也须作安装的定位面，则也应擦净。 刀杆伸出长度在满足加工要求下应尽可能短，一般 伸出长度是刀杆高度的1.5倍。如确要伸出较长才能满 足加工需要，也不能超过刀杆高度的3倍。
第二章 数控车床加工工艺设计
2-5计算图2-20所示零件的编程尺寸，并确定编程原点，计算各基点 坐标。
１）被加工工件的材料性能 金属与非金属材料，其硬度、刚 度、塑性、韧性及耐磨性等。 ２）加工工艺类别 车削、钻削、镗削或粗加工、半精加工、
精加工和超精加工等。
３）工件的几何形状、加工余量、零件的技术经济指标。
４）刀具能承受的切削用量。
数控车削刀具选用
任务4.1 数控车削刀具及选用
3.车刀主要几何参数规定 选择刀具切削部分的合理几何参数，就是指在保证加工质量
的前提下，能满足提高生产率和降低生产成本的几何参数。 合理选择刀具几何参数是保证加工质量、提高效率、降低成 本的有效途径。表4-1-1为几个主要角度的定义和作用。 4.前角、后角的选用 前角增大，使刃口锋利，利于切下切屑，能减少切削变形和 摩擦，降低切削力、切削温度，减少刀具磨损，改善加工质 量等。但前角过大，会导致刀具强度降低、散热体积减小、 刀具耐用度下降，容易造成崩刃。减小前角，可提高刀具强 度，增大切屑变形，且易断屑。
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任务4.1 数控车削刀具及选用
③耐热性。刀具材料的耐热性要好，能承受高的切削温度， 具备良好的抗氧化能力。
④工艺性能和经济性。刀具材料应具备好的锻造性能、热处 理性能、焊接性能、磨削加工性能等，而且要追求高的性能 价格比。
2.各种刀具材料性能特点及应用 (1)金刚石刀具材料性能特点及应用 金刚石是碳的同素异构体，它是自然界已经发现的最硬的一
单元4 数控车削刀具选用
任务4.1 数控车削刀具及选用 任务4.2 数控可转位车刀及刀具系统
1
单元4 数控车削刀具选用
由机床、刀具和工件组成的切削加工工艺系统中，刀具是一 个活跃的因素。切削加工生产率和刀具寿命的长短、加工成 本的高低、加工精度和加工表面质量的优劣等，在很大程度 上取决于刀具类型、刀具材料、刀具结构及其他因素的合理 选择。
方氮化硼(CBN)，在硬度和热导率方面仅次于金刚石，热稳 定性极好，在大气中加热至1 000℃也不发生氧化。
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任务4.1 数控车削刀具及选用
CBN的突出优点是热稳定性比金刚石高得多，可达1 200℃以 上(金刚石为700~800 0C，另一个突出优点是化学惰性大，与 铁元素在1 200~1 300℃下也不起化学反应。CBN对于黑色金 属具有极为稳定的化学性能，可以广泛用于钢铁制品的加工。 适于用来精加工各种悴火钢、硬铸铁、高温合金、硬质合金、 表面喷涂材料等难切削材料。
数控机床刀具的选择
数控机床刀具的选择数控机床刀具的选择由于数控机床的主轴转速及范围远远高于普通机床，而且主轴输出功率较大，因此与传统加工方法相比，对数控加工刀具的提出了更高的要求，包括精度高、强度大、刚性好、耐用度高，而且要求尺寸稳定，安装调整方便。
这就要求刀具的结构合理、几何参数标准化、系列化。
数控刀具是提高加工效率的先决条件之一，它的选用取决于被加工零件的几何形状、材料状态、夹具和机床选用刀具的刚性。
数控机床选择刀具应考虑以下方面：(1)根据零件材料的切削性能选择刀具。
如车或铣高强度钢、钛合金、不锈钢零件，建议选择耐磨性较好的可转位硬质合金刀具。
(2)根据零件的加工阶段选择刀具。
即粗加工阶段以去除余量为主，应选择刚性较好、精度较低的刀具，半精加工、精加工阶段以保证零件的加工精度和产品质量为主，应选择耐用度高、精度较高的刀具，粗加工阶段所用刀具的精度最低、而精加工阶段所用刀具的'精度最高。
如果粗、精加工选择相同的刀具，建议粗加工时选用精加工淘汰下来的刀具，因为精加工淘汰的刀具磨损情况大多为刃部轻微磨损，涂层磨损修光，继续使用会影响精加工的加工质量，但对粗加工的影响较小。
(3)根据加工区域的特点选择刀具和几何参数。
在零件结构允许的情况下应选用大直径、长径比值小的刀具;切削薄壁、超薄壁零件的过中心铣刀端刃应有足够的向心角，以减少刀具和切削部位的切削力。
加工铝、铜等较软材料零件时应选择前角稍大一些的立铣刀，齿数也不要超过4齿。
选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。
生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀;铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀;加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀;加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀;对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。
在进行自由曲面加工时，由于球头刀具的端部切削速度为零，因此，为保证加工精度，切削行距一般很小，故球头铣刀适用于曲面的精加工。
关键技术实现高速“佳”工
（ ２ ）切 削力比常规速 度减少３ ０ ％～５ ０ ％，３ ０ ％以 上的切削热被切屑带走，所以工件温升和变形小 ，有利
于进行薄壁件切削和提高加工精度。由于切 削速度高 ，
括采用热补偿措施的结构等 ，以减少热变形带来 的对机 床几何精度和工作性能的影响 。
为 了减 少运动 部件 的重量和传 动 系统 的惯性 ，一
于我们生活的方方面面 ，是支撑全球经济的快速发展的
多、更深刻的理解和研 究，并善于学习、总结和创新 。 （ ３ ）由于 高速加 工中的切削速度 、进给速度和加
减速度都很大 ，因此机床的发热量大 ，运动部件的惯性
也大 ，容 易导致机床 过量升温 、热变 形和产生 冲击振 动 ，最终会影 响到加工精度、工件质量 ，乃至机床的可
我 们 使 用 的两 种具 有 代 表性 的 数控 机 床实 现 了 高 速加 工
了 铝合 金 及 其他有 色 金属 的 高速 切 削 需求
，
，
在高转速 条件 下 t
。
具
，
获 得 了高 品 质 的 精 加 工 表 面 和 最短 的加 工 时 间 (1)
V T C200C N
，
立 式 加 工 中心 是
， ，
为满 j
在数控 铣 床
、
加 工 中心 基 础 上 发 展 i
高性能加工 机 床
倍)
，
，
它 的 基 本 特 征 是 切 削 速 度 高 (是 常规 切 削
～
进 给／ 快移 速 度快 (达 3 0
，
180
m
／ m in
)
，
加速 度 大 (现 多 为 】
。
交换时 间在 1 秒 至 数 秒 以 内
高速切削加工技术的特点及应用要求
通讯作者简介 ： 周进 （ ９５ ）女 ， １６ 一 ， 湖南南 县人 ， 高级 讲师 ， 研 究 方向 ： 计算机应用 与机电工程 。
Ｅ・ａｌｘ ｎｊｎ ｕ０ ６ １６ ｃｍ；ｉｎｊｎ ｕ ｙｈｏ ｃｒ．ｎ ｍ ｉ ｉ ｇａｗ ２０ ＠ ２ ．ｏ ｘ ｇａｗ ＠ ａ ｏ．ｏ ｃ 。 ：ｏ ｉ ｏ ｉ ｎ
１ 倍 以上的切削加工 叫高速切 削加工。按 加工 ０
工艺规定的高速切 削范 围： 车削 （ ０ ７００ ７０— ０ ）Ⅱ
２ ０ 年 ２ ３日收到 ０６ 月 湖 Ｉ铁 道职业技 术学 院科研规划项 目 ＿ ｝ 『 （ 川铁 院办 ［ ０４ ３ ２ ０ ］ ６号 、２ ０ ］２ ［０ ４ ７ 号） 资助 第 一作者简介 ： 熊建武 （９４ ）男 ， １６一 ， 湖南 安化 县人 ， 工学硕 士 ， 高级工程师 、 副教授 ， 研究方 向： 模具设计与精 暂切削。
进给丝杠 ， 高速 、 高精度的插补系统 ， 快速响应数控
系统和高精度 的伺 服系统 。主轴 的轴 向窜 动和径 向跳动小 ， 并具有 良好的动平衡性能。 （） ３ 机床必须配备 实心 的台架 ， 有效 消除切削 加工振动， 提高机床的稳定性 。 （） ４ 机床伺服 电动机 线速度高 ， 并且能 提供 恒 定的速率 ， 速度变化不超过 ０ Ｏ ％。 ．１ （） ５ 机床数控系统必 须具备程序 预读 、 角 自 转 动减速 、 优化插补 、 可适用 于通用计算平 台等 功能， 如西门子 ８０ ／ ４ Ｅ Ｆ Ｎ Ｃ ５ ｉ ４ Ｄ ８０ ，Ａ Ｕ Ｉ０ 等系统 。 ３２ 高速切削加工对刀具的要求 ． 高速切削加工刀 具 的结构 必须保证 高速旋转 状态下的刀具动平衡 ， 并确保 刀具寿命。为保证高 速旋转状态下刀具能够绕轴线稳定旋转 ， 前采用两 目 种办法 ， 一是采用带有动平衡装置 的刀具 ， 此类刀具 在刀套表面安装了机械滑块或采用流体动平衡设计 ； 另外一种就是采用整体刀具， 刀套与刀体合为一体 ，
数控加工中切削用量的合理选择
数控加工中切削用量的合理选择【摘要】文章介绍了切削用量的三要素，并对数控机床加工时切削用量的合理选择进行了详细阐述，为数控机床编程与操作人员提供参考。
关键词】切削用量；加工质量；刀具耐用度；选择原则前言：数控加工中切削用量的原则是，粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。
具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。
切削用量是表示机床主运动和进给运动大小的重要参数。
切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容，切削用量的大小对加工效率、加工质量、刀具磨损和加工成本均有显著影响一、切削用量的选择原则数控加工中选择切削用量，就是在保证加工质量和刀具耐用度的前提下，充分发挥机床性能和刀具切削性能，使切削效率最高，加工成本最低。
（一）加工质量：加工质量分为加工精度和加工表面质量。
1•加工精度是指零件加工后实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数相符的程度。
符合程度愈高，加工精度愈高。
实际值与理想值之差称为加工误差，所谓保证加工精度，即指控制加工误差。
⑴尺寸精度：加工表面的实际尺寸与设计尺寸的尺寸误差不超过一定的尺寸公差范围。
在国标中尺寸公差分20级（IT01、ITO、IT1〜IT18 ）。
尺寸精度的获得方法：①试切法：试切一一测量一一调整一一再试切。
用于单件小批生产。
②调整法：通过预调好的机床、夹具、刀具、工件，在加工中自行获得尺寸精度。
用于成批大量生产。
③尺寸刀具法：用一定形状和尺寸的刀具加工获得。
生产率高，但刀具制造复杂。
④自动控制法：用一定装置，边加工边自动测量控制加工。
切削测量补偿调整。
⑵几何形状精度：加工表面的实际几何要素对理想几何要素的变动量不超过一定公差范围。
在国标中形状公差有六项：直线度、平面度、圆度、圆柱度、线轮廓度、面轮廓度。
几何形状精度的获得方法：成形运动法①轨迹法：利用刀具与工件间的相对运动轨迹来获得形状。
机械加工的加工能力和工具选择
机械加工的加工能力和工具选择机械加工是制造业中必不可少的一环，其加工能力和工具选择对于加工品质和产量的影响不容忽视。
本文将从机械加工的加工能力和工具选择两方面进行探讨。
一、机械加工的加工能力机械加工的加工能力指的是机床在加工过程中所能承受的最大工况。
一般来说，机床的加工能力包括以下几个方面：1、切削能力切削能力指的是机床在加工过程中所能承受的切削力或切削扭矩。
一般来说，切削能力越强，机床就越能加工一些难以加工的工件，如加工硬质合金、高温合金等。
2、定位精度定位精度指机床在加工时的定位误差。
定位精度越高，就能加工更加精度要求高的工件，如滚珠丝杠、航空发动机零件等。
3、重复定位精度重复定位精度指机床在多次加工同一件工件时，定位误差的重复性。
重复定位精度越高，就能更好地保证工件的质量和加工效率。
4、加工几何精度加工几何精度指机床在加工过程中所能保证的工件几何形状和尺寸的误差范围。
加工几何精度越高，就能加工更加精度要求高的工件，如光学元件、模具等。
5、表面粗糙度表面粗糙度指机床在加工过程中所能保证的工件表面光洁度。
表面粗糙度越小，工件表面越光滑，表面处理也就越容易。
以上几个方面是机械加工的加工能力的主要方面，不同的加工场合需要不同的加工能力，因此在选择机床时需要根据具体情况进行选择。
二、机械加工的工具选择机械加工中的工具选择是影响加工品质和产量的重要因素。
不同的加工工件和材料需要不同的加工工具，下面将分别介绍。
1、铣削工具铣削是一种在工件上旋转的刀具不断进行切削，以达到加工工件的目的。
铣削工具根据切削方式可分为面铣刀和立铣刀两种，根据材料可分为硬质合金铣刀和高速钢铣刀两种。
对于硬质材料和锻造件等较难加工的工件，应选用硬质合金铣刀，而对于加工简单工件和材料要求不高的工件，则可以选用高速钢铣刀。
2、车削工具车削是一种利用刀具对工件进行旋转切削的加工方式。
车床上车刀的选择应根据不同的加工形式和材料进行选择。
对于较硬的材料和精度要求高的工件，应选用硬质合金车刀，而对于加工简单的轻型零件，则可以使用普通车刀。
加工中心上加工零件的工艺和要求
加工中心加工内容的选择
• 选定适合加工中心加工的零件之后，需要进一步选择确定适合加工中 心加工的零件表面。通常选择下列表面： • ①尺寸精度要求较高的表面。 • ②相互位置精度要求较高的表面。 • ③丌便于普通机床加工的复杂曲线、曲面。 • ④能够集中加工的表面。
加工零件的结构工艺性分析
• 从机械加工的角度考虑，在加工中心上加工的零件，其结构工艺性应 具备以下几点要求 ： • ①零件的切削加工量要小，以便减少加工中心的切削加工时间，降 低零件的加工成本。 • ②零件上光孔和螺纹的尺寸规格尽可能少，减少加工时钻头、铰刀 及丝锥等刀具的数量，以防刀库容量丌够。 • ③零件尺寸规格尽量标准化，以便采用标准刀具。 • ④零件加工表面应具有加工的方便性和可能性。 • ⑤零件结构应具有足够的刚性，以减少夹紧变形和切削变形。
在加工中心上加工零件的工艺和要求
立式加工中心
• 加工范围广泛，可完成铣、镗、钻、绞、攻丝等加工、若选用数控转 台，可扩大为四轴控制实现多轴加工、大件采用稠筋封闭式框架结构、 刚性高、抗震性好、五大件由进口五面体加工中心加工，切削应力小， 热变形少 、大部分配套件（包括电器元件）采用进口或合资品牌，整 机可靠性高
加工路线的确定
• 加工中心上刀具的进给路线包括孔加工进给路线和铣削加工进给路线。 • 孔加工时，一般是先将刀具在xy平面内快速定位到孔中心线的位置上， 然后再沿z向（轴向）运动进行加工。
由于5. 6孔不1.2.3.4孔在Y向的定位方向相反，y向反向 间隙会使误差增加，从而影响5.6孔不其它孔的位置精度。按 图c所示路线，可避克反向间隙的引入。
• 五轴联动加工中心立式系列具有X﹑Y﹑Z三个直线运动的数控坐标轴 和二个旋转运动的数控坐标轴, 可实现五轴联动。各坐标轴可自动定 位,工件在一次装夹后,可自动完成铣﹑钻﹑镗﹑铰和攻丝等多种工序 的加工。适用于蜗轮、叶片、复杂模具和空间凸轮等具有复杂曲面的 零件加工，已在军工、航空、航天、发电和造船等机械加工行业中获 得了广泛应用。
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高速电主轴由内装交流高频伺服电动机直接驱 动 ,机床转速高 、功率大 、结构简单 、高转速下可保持良 好的动平衡 。与传统的皮带和齿轮传动相比 ,高速电 主轴更具有高速运转的可靠性与安全性 ,且具有高速 恒功率 、低速恒转矩的输出特性 。但电主轴的电动机 不易散热 ,影响了机床高速时的加工精度稳定性[1 ,2 ,5] 。
工。 因此选取主轴切削速度时 ,必须综合考虑工件材
料和硬度 、刀具寿命 、零件的生产工艺流程及主轴负载 功率等诸因素 ,大致确定所需要的最大工作切削速度 。 主轴的工作转速可由该切削速度和刀具直径换算得 到 ,机床主轴所能够达到的最高转速应大于该工作转 速 (如图 2 所示) ,以确保高速加工的安全性和可靠性 。 1. 1. 2 高速主轴的结构形式
如图 1 和图 2 所示 ,不同工件材料具有不同的高 速加工临界转速值及其特定的最佳高速切削转速范 围 ,而且影响不同材料工件的高速加工过程的主要因 素也不同 。例如 ,航空铝合金材料的高速加工主要受 机床主轴转速及材料熔点的限制 ,而刀具寿命并非主 要限制因素 。高速加工合金模具钢时 ,由于材料硬度 一般都超过 50 HRC ,比较难以加工 ,其限制高速加工 的切削速度的主要因素就是刀具寿命 ,而不是机床的 主轴转速 。
作者 :陈民 ,米克朗中国有限公司总经理 ,北京市 朝阳区左家庄国门大厦 C 座 2M ,电话 : (010) 64606822
(编辑 符祚钢)
(收稿日期 :2003 - 02 - 13)
Ξ 广东省“十五”科技重大专项计划项目
制造技术与机床
20 03 年第 3 期
· 15 ·
综 述 Special Reports
直驱式高速主轴系统在结构及性能上与电主轴结 构存在着较大的差别 ,较好地解决了主轴电动机的发 热及散热的问题 。如图 6 所示 , YASDA (安田) YBM 640V 主轴系统通过隔膜式联轴器与电动机同轴连接 , 不仅防止了电动机产生的振动和热传递给主轴 ,也使 主轴在各种转速时均可实现高的旋转精度 。但直驱式
高速加工机床的转速和功率应根据公司生产零件 的实际需要来决定 ,通过工件材料 、刀具材料 、工件的 生产工艺流程等来确定加工所需的最大转速和功率 , 以免造成投资浪费 。此外 ,极高转速主轴的输出转矩 通常也相对较小 ,并不适合于重切削 ,对使用条件也有 较多限制 ,所以切不可盲目追求高转速主轴 。
3 CIMT2003 展会高速加工机床展望
高速加工机床将继续是 CIMT 展会上的亮点 。随
着高速切削机床的逐渐普及 ,各厂家的参展目的将从 技术推广发展到提高产品销量 ,所以今年的展品将以 实用型的机床为主 。随着汽车工业 、手机行业等现代 制造业的迅速发展 ,适合加工手机模具 、汽车模具的高 性能高速机床将会受到青睐 。高质量的应用切削演示 应是各厂家吸引观众眼球的手段 ,淬硬钢模具 、铜电极 等模具行业典型加工实例将会是各高速机床演示的重 点 。而米克朗在此次展会上将带来高速铣削的一个新 概念 ,即带有工件自动交换系统的高速加工柔性单元 。 作为高速铣削领域的先锋 ,米克朗始终代表着这个领 域的发展方向 。我们将用精彩的切削演示来显示米克 朗高速加工中心不可替代的卓越性能 。
动机 ,保证主轴 X 、Y 和 Z 三个方向进给平均 ,有效地 消除了单滚珠丝杠产生的间隙问题 ,提高了驱动系统 的刚度 ,有利于高速进给的实现 ; 滚珠丝杠为中空结 构 ,并采用了中心冷却方式 ,温控冷却液通过滚珠丝杠 的中心孔进行循环 ,减小了滚珠丝杠的热变形 ,确保了 高速加工机床精度的稳定性 。 1. 3 机床基本结构
影响高速加工机床使用性能的因素有很多 ,包括 加工目的 (如 : IT 行业模具加工 、铝合金加工 、石墨电 极加工 、铸锻模具加工 、高温铝合金零件加工等) 、高速
主轴 、刀 具 系 统 、CNC 控 制 系 统 和 NC 编 程 策 略 等 等[1～7] 。在文献[ 6 ]中 ,我们从切削机理等方面介绍了 石墨电极的高速加工及编程策略 。在文献[ 7 ]中 ,我们 从优化高速加工工艺过程的角度 ,详细阐述了高速加 工的 NC 编程策略 ,指出优选刀具切入工件及移刀方 式 、适合于高速加工的加工策略和切削用量 ,将有利于 保证高速加工的顺利实现 。本文根据国内销售的若干 知名品牌三轴加工中心的机床资料分析 ,以及在选购 高速加工机床中的一些经验 ,重点从高速加工工艺过 程的各重要环节 ,包括工件材料 、刀具 、工艺流程 、工件 加工质量等 ,对高速主轴系统 、进给系统 、机床结构 、温 控系统 、CNC 控制系统 、冷却系统和刀具系统等的合理
· 17 ·
综 述 Special Reports
主轴电动机及其轴承系统都是发热部件 ,容易发 生热变形 ,因此高速电主轴必须具备高效的冷却系统 , 提高主轴的高速热态特性 ,实现稳定的高精度加工 。 目前液体循环冷却系统已被广为采用 。如图 7 ,Mazak (马扎克) SMM2500 主轴通过大量温度受制冷器控制 的冷却液循环流过主轴冷却水套来保持主轴高速运转 的温度恒定 。Makino (牧野) 高速主轴采用核心冷却方 式 ,温控液体直接穿过旋转主轴从内部开始冷却 ,有效 地减小了主轴高速回转所产生的热位移 。
Special Reports 综 述
高速加工机床的合理选用 Ξ
Analysis on the Optimal Selection of High - speed Machine
周 莉 王成勇 秦 哲
(广东工业大学机电学院)
摘 要 :高速加工机床在国内已得到越来越广泛的应用 ,但如何在众多的品牌中选择满足需求的机床 ,仍然 是个费时耗力的问题 。文章通过大量的图表和数据 ,主要从主轴系统 、进给系统 、机床结构 、温控系 统 、冷却系统 、CNC 控制系统和刀具系统等方面对常见型号高速加工机床的合理化选用进行了分析 , 并总结了选购高速加工机床的基本原则 。
直线电动机进给系统是高速进给系统的理想方 式 。为实现大的进给速度和加速度 ,直线电动机已越 来越多地被采用 。例如 Deckel Maho 的 DMF 系列采用 直线电动机进给系统 , X 轴的快进速度可达 100 mΠ min 。但由于直线电动机价格比较昂贵 ,且实际应用技 术尚不完善 ,因此目前多数中低档高速机床仍采用技 术成熟 、成本较低的高速高精度滚珠丝杠进给系统 。 但滚珠丝杠传动进给速度和加速度不高 (通常进给速 度 ≤60 mΠmin ,加速度 ≤1 g) ,存在刚性差 、热变形 、噪 声和磨损严重等问题[1 ,2 ,5] 。
化选用问题进行了分析 ,并列出了选购高速加工机床 的基本原则 。
1 高速加工机床的关键部件
一定值时 ,被加工部位先被“软化”再被切除 ,不仅降低 了切削力 ,而且一定程度地改善了切削条件 ,因此确定 适当的切削速度对于延长刀具的使用寿命非常重要 。
高速机床的机械结构可从实际需要出发 ,从高速 主轴系统 、高速进给系统 、机床基本结构 、温控系统 、 CNC 控制系统 、冷却系统 、刀柄系统 、切屑处理系统等 方面来分析确定 。 1. 1 高速主轴系统
大的进给速度进行粗加工 。精加工工序以获得最好的
表面加工质量为主要目标 ,通常选用较小直径的刀具 及较高的主轴转速 、较小的切深和进给速度进行精加
表 1 加工图 4 所示工件的工艺流程与主轴转速表
工艺流程
刀具
刀具直径 主轴转速 进给速度
(mm)
(rΠmin) (mmΠmin)
粗加工
平底铣刀
12
32 000
并推出了带智能专家系统的超高速加工中心 XSM 系 列 。模具行业传统的单件加工和 3 轴加工方式在不久 的将来或许将成为历史 。
在机床行业 ,新产品新技术的推广总是以应用先 行 ,即机床厂家推出自己的产品时要明确地告诉市场 , 它的产品是用来解决哪些加工问题的 。高速加工的推 广也是如此 ,用户和机床厂家都意识到了应用技术支 持对成功地推广高速机床所起的巨大作用 ,所以一些 明智的厂家已经率先在国内设立了高速铣削的应用演 示中心 ,将国外先进的高速加工技术介绍给国内用户 , 并及时向用户提供售前和售后服务 ,以帮助用户认识 、 理解并最终掌握高速加工的技术 。而用户也更注重售 前的试切削以选择合适的机床和配置 。
如图 3 ,高速切削机床主轴的切削速度与刀具寿 命有着密切的关系 。在高速加工中 ,当切削速度高达
此外 ,工艺流程也对主轴转速的选用有着决定性 影响 。例如 ,加工图 4 所示工件 ,其工艺流程如表 1 , 不同的工序对于主轴转速有着不同的要求 。粗加工
时 ,以实现单位时间的最大材料去除率 、形成接近半精 加工的外形轮廓为主要目标 ,因此通常选用较大直径 的刀具并配以相对较低的主轴转速 、较小的切深和较
主轴的功率和转矩比电主轴相对较低 ,只适合于高速 中 、轻载切削场合 。 1. 1. 3 高速主轴的轴承及其润滑方式优选
主轴轴承及其润滑将直接影响主轴的精度和使用 寿命 ,选择时应结合主轴转速及机床的使用场合综合 考虑 。
通常高速主轴的轴承主要采用滚动轴承 (钢质球 轴承和陶瓷球轴承) 和磁悬浮轴承 。采用钢质球轴承 、 陶瓷球轴承的高速主轴使用性能对比如表 2 所示 ,具 有优良耐磨性和耐热性的轻质高硬度陶瓷球轴承现已 被广泛采用 。磁悬浮轴承刚性好 、旋转精度高 、无磨
损 、使用寿命长 ,但由于电气控制系统非常复杂 、制造 成本高 、价格昂贵 ,至今未能在高速机床中普遍推广 。
表 2 安装不同轴承的高速主轴性能对比表
钢质球轴承主轴
陶瓷球轴承主轴
主轴转速
低速转动
高速转动
主轴转矩
大
小