高速機床切削機床JamesBenes要實現(xiàn)效益高速切削(hsm)，企業(yè)必須評估和優(yōu)化整個生產(chǎn)過程:機床,以及其主軸與刀具系統(tǒng)和編程軟件.正如俄亥俄州完美機床協(xié)會的會長史蒂夫所言,成功實現(xiàn)高效高速切割,依靠的是效益高速切割系統(tǒng)的補償能力,而不是進行簡單的修改高速切割選項的標準.為了實現(xiàn)效益高速切割,機床必須具有剛性結(jié)構(gòu)來減少振動,還要能提供足夠的硬度,以及能承受高速旋轉(zhuǎn).通有有限元分析,對機床的加強肋和材料進行優(yōu)化,以便減小振動,獲得最優(yōu)的刀具壽命和加工表面粗糙度.雙軸設(shè)計是實現(xiàn)中型尺寸機床到大型尺寸機床效益高速切削的理想方法,這是因為在Y軸和Z軸方向的載荷是固定的,表面載荷是唯一的變量.相比之下,在三軸機前,X軸在Y軸上方,因為受表面載荷變化的影響而使得兩軸具有變動載荷.使得機械很難進行調(diào)整和控制.然而,從小型機到中型機,表面載荷一般被認為在1500lb以下,因此三軸設(shè)計具有很好的成本控制效益.直線單程機,因為由軸承來承受其重量,為實現(xiàn)高速對機器進行控制和調(diào)節(jié)變得很容易.對于只受低扭矩的小型,中型機的主軸,直線單程系統(tǒng)將能很好的工作.但是對于受高扭矩的中型,大型機的主軸,在Y軸和Z軸方向受力變化,并且X軸成線形方式.因為HSM系統(tǒng),大直徑機床的滾珠絲杠能防止彎曲和振動,滾珠絲杠被要求傳遞熱變形,消除生長,提高軸的剛性.如果機床的機構(gòu)不能支撐被要求的滾珠絲杠,則必須作為維護問題,用循環(huán)液體對其進行冷卻.一臺不要求消除熱變形的機床,滾珠絲杠在一定范圍內(nèi)是精確的,但仍缺乏軸的剛性,擁有長滾珠絲杠的大行程機床應(yīng)有螺栓螺母鎖緊結(jié)構(gòu)來防止螺栓的軸向移動,變速裝置應(yīng)該直接與裝有剛性連軸節(jié)的滾珠絲杠耦合.因為HSM的加速度的速率,使物體平衡已經(jīng)不再可行,必須使用一個大的沒有平衡力的補助馬達變速裝置或者一個液壓平衡系統(tǒng).控制,電動機,傳動為得到最優(yōu)和可靠的速度,將控制系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)和電動機一起工作.為HSM選擇一個控制/電動機/傳動系統(tǒng)時,許多注視事項都是很重要的.控制速度是一種處理空間約束信息的能力,通過伺服系統(tǒng)來完成,并獲得閉環(huán)反饋.檢測模塊通過控制模塊在程序中引導(dǎo)矢量變化來調(diào)節(jié)進給速度,避免過度進給和切削,控制越快,對檢測模塊要求就越高.自動機械的加速/減速,與滑輪一起能自動減弱對連續(xù)性輪廓精度和完整性的饋送率.Ortner說,大容量程序存儲器和以太網(wǎng)與硬盤驅(qū)動的接口或者是ATA卡都必須憑記憶直接運行.但認證服務(wù)器232的DNC模塊運行的速度不夠塊.大型數(shù)字式伺服電動機和驅(qū)動器對于需要快速響應(yīng)和停止的HSM機床是必須的.高分辨率的反饋編碼器或線性表對于知道機床的位置,已經(jīng)走過的行程和將要走的行程是很需要的.伺服系統(tǒng)的調(diào)節(jié)應(yīng)該與機械因為平面載荷發(fā)生的軸向慣量改變相匹配,這是非常重要的.這個調(diào)節(jié)裝置應(yīng)該要按照與速度相對應(yīng)的不同水平的精度來進行調(diào)節(jié).HSM軸因為皮帶的噪音和震動,所以錐度為40的軸在由變速箱內(nèi)的皮帶驅(qū)動時的速度應(yīng)該限制在12000轉(zhuǎn)每分鐘,或者錐度為50的軸限制在8000轉(zhuǎn)每分鐘.這個軸的安裝造成了很高的切削力和震動.同樣,它也伴隨著很大的扭矩,但是它在產(chǎn)品加工中增加了啟動和制動的時間,它的耐熱性也很一般.但是無論如何,它還是一種便宜的動力傳動系統(tǒng),維護費用也很少.在獨立引導(dǎo)的驅(qū)動器中(IDD或者DDS),軸的電動機安裝在軸的上端,與精密的聯(lián)軸器相連接.這樣的安裝使的轉(zhuǎn)速能達到20000轉(zhuǎn)每分鐘.在齒輪/皮帶傳動系統(tǒng)中,用戶改變齒輪的傳動比以求用低轉(zhuǎn)速的電動機來得到較高的軸轉(zhuǎn)速.而與之不同的是,在IDD或者DDS系統(tǒng)中,軸馬達的轉(zhuǎn)速和軸的轉(zhuǎn)速是一樣的.這個系統(tǒng)有很好的啟動和制動品質(zhì)(與完整軸相似)和熱穩(wěn)定性.根據(jù)Ortner所說,能得到高轉(zhuǎn)速和低震動的最好的系統(tǒng)是軸的機架為固定裝置的整體軸或機動軸.典型的調(diào)速范圍從15000r/min到40000r/min.這些即昂貴維修費用又高的軸,但是他們傳遞的熱量穩(wěn)定,并且變形小,異常加速減速也少,有足夠的切斷扭矩.高切斷扭矩要求粗大的軸和大功率的電動機,而且還會導(dǎo)致降低速度.隨著切削速度的增加,主軸軸承和軸直徑的收縮將導(dǎo)致軸剛性的降低和切削工具使用類型的限制.同時,可利用小工裝系統(tǒng)限制工具的長度.加工系統(tǒng)擁有小錐度的標準的CAT/BT系統(tǒng)因為他們本身具有的特點可能會限制其在高速時本身的效用.他們僅僅依靠軸錐度的接觸來獲得剛度,隨著軸轉(zhuǎn)速的增加,地心引力打開他們的螺栓緊固系統(tǒng).在高速下,軸的端頭直徑因為離心力的作用而發(fā)生小量的增大,因而使得常規(guī)的刀具把柄在持續(xù)外拉力產(chǎn)生的壓力下進一步靠近主軸.這種刀具后縮將會改變Z軸空間的精度.MCAT/BBT系統(tǒng)由于在機床主軸表面和刀具柄邊緣表面的接觸,還有同有錐度的心軸的良好接觸而提高了機床的剛性.這將降低機床在高速下的振動和機床與刀具把柄間的磨差損耗.這中系統(tǒng)也和CAT/BT系統(tǒng)一樣需要螺栓緊固安裝,同時由于離心力的作用而存在一個極限速度.HSK夾具在高速中是最好的,Ortner說,不像傳統(tǒng)的爪,HSK的爪是凹的,他們的夾緊裝置在里面起作用,從而使得夾具不受離心力的影響.同樣,由于HSK的錐度不足,主軸軸承靠近軸的端頭來獲得比較高的剛性.HSKA型系統(tǒng)能在高扭矩切削下很好的工作,速度能達到24000r/min,相反,HSKE型系統(tǒng)的夾具沒有A型系統(tǒng)的動力槽而提高了在高速下的平穩(wěn)性,這種型號的非常適合在高速低扭矩下的精加工.Ortner推薦使用最大的HSK夾具100A型在轉(zhuǎn)速達到15000r/min下進行重型切削加工,對于中型精細切削用中型的HSK-63A型也能很好的完成,速度能達到24000r/min.小型的HSK-50E型則適合進行高速精加工.根據(jù)刀刃技術(shù)協(xié)會的會長Sean,一個在安大略溫莎的模具店,程序?qū)τ贖SM系統(tǒng)來說是很重要的,即使他們常常忽略.這些都因為被培訓(xùn)了的操作員已經(jīng)熟悉了店里的軟件系統(tǒng),沒有去尋找其他更適合HSM的軟件系統(tǒng).對無精度要求的加工部分,從開始到結(jié)束采用多種刀具進行持續(xù)不斷的加工,HSM程序應(yīng)該提供一致的結(jié)果,這就是一個勞工費用可以與歐美相提并論的日本企業(yè)能與勞工費用低廉的中國企業(yè)競爭的原因.同樣,如果程序軟件能精確的辨認上次加工后的余量,則整個加工過程將從粗加工到精加工而沒有中間加工過程.即使耗費時間來準備工件的數(shù)據(jù)---標準的數(shù)據(jù)例如切削速度,進給速度和切削深度以及在整個加工過程中個刀具進給速度的波動變化,--在決定刀具期望壽命時除一個足夠的使用系數(shù).轉(zhuǎn)速的確定,避免刀具的碰撞.一個恒定的局部載荷對于壽命的最大化和獲得精確度表面粗糙度是很重要的.當(dāng)切削到局部時,程序?qū)㈩~外通過控制局部載荷來防止刀具的偏離.為了得到持續(xù)的高切削速度,弧線加工程序消除了機床必須減速進給進入拐角然后加速進給離開的要求.Ortner相信最重要的因素是知道由CAD/CAM系統(tǒng)產(chǎn)生的點點的平均距離.這些距離正在縮