高速銑削對機床的要求

高速銑削對機床的要求.高速主軸單元為了更好發(fā)揮高速銑床的性能，需要有與其相適應(yīng)的技術(shù)。高速銑床的一個最重要的部分是高速主軸。在模具制造業(yè)中，直徑16以下的刀具經(jīng)常被選用，為此，主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)高于3.0X10000r/min。目前，這樣高的主軸轉(zhuǎn)速通過電主軸來獲得，最高的主軸轉(zhuǎn)速受制于主軸軸承的速度特征值。為了保證主軸和刀具夾緊系統(tǒng)有足夠的剛性和強度，主軸軸承直徑應(yīng)不小于一定值。通過使用合成軸承及油霧潤滑，速度特征值可達到2.2X1000000mm/min，這就限制了裝有HSK40的電主軸的最高轉(zhuǎn)速大約只能達到4.0x10000r/min。與常規(guī)切削一樣，高速切削也需要一個最小切屑厚度來保證切削刃的合理切削狀況，高的切削速度要求有相應(yīng)的進給速度。在高速切削高硬度材料的例子中，切削速度可達到4X100m/min，對于直徑為6mm的雙刃銑刀，以每刃進給0.lmm計算，它需要輪廓進給速度4.5X1000mm/min;同樣大小的刀具，在加工鋁時，切削速度為1.5x1000m/min，其輪廓進給速度應(yīng)為1.6Xl0000mm/min。在典型的模具制造應(yīng)用中，為了達到高的輪廓精度，在小半徑、狹窄的輪廓加工中，仍需要高的輪廓進給率。特別在加工高硬度材料時，在進給上不應(yīng)有明顯延遲發(fā)生，否則刀具就會因發(fā)熱過載而失去加工能力。軸的加速性能盡可能快是非常有必要的。目前，可以實現(xiàn)較為經(jīng)濟的加速度是10m/S2。.刀夾理想的刀夾應(yīng)該是一個高性能部件，經(jīng)過高速旋轉(zhuǎn)下的動平衡，具有能在離心力作用下仍保持刀距不動的夾緊力。離心力會使主軸的錐孔增大，因而長錐柄的刀夾將向縱深滑人。而短錐柄的HSK的刀夾由于在主軸孔內(nèi)有錐部與端面的雙重接觸，即使在高的離心力作用下也不會繼續(xù)滑人錐孔內(nèi)。因而HSK標準的刀夾，特別是大尺寸的HSK刀夾，具有優(yōu)良的高速性能。標準的長錐柄刀夾由于使用較久，目前在高速加工中才有應(yīng)用，但它有內(nèi)在的不平衡根源，如刀夾上的止動螺釘、錐孔、不對稱的驅(qū)動槽等，因而需要在刀具準備程序中增加平衡刀具組件。轉(zhuǎn)速愈高，需要平衡的精度也愈高。高速下的不平衡會給任何回轉(zhuǎn)刀具帶來麻煩。微振磨損是在刀夾錐部上一種特殊形式的磨損，雖然看上去像是銹斑，在高速下會使刀夾產(chǎn)生振動。當然，刀夾上必須保持沒有灰塵與污物，以保證刀具連接的質(zhì)量。幾微米的污物也足以影響刀具的平衡、精度與壽命。.CNC控制系統(tǒng)一個適合高速切削的CNC控制系統(tǒng)必須在高速移動中保持精確的刀具軌跡。同時，由于走刀的步距很小，使零件的加工程序十分龐大?？刂葡到y(tǒng)需用32位微處理器，可能還要采用多處理器，要具有高速插補與程序塊處理，以及有效的超前處理能力。較強的超前處理能力用于預防刀具軌跡偏移與避免高速下的突發(fā)事故。與通常的機床比較高速銑床的累積軌道誤差，包括所有誤差（熱誤差與機床動態(tài)誤差及變形）在內(nèi)，必須在0.02~0.04mm的數(shù)量級，而一臺普通機床的累積誤差將是0.1?0.2mm，大了5倍，數(shù)字化驅(qū)動在高速下能改善機床的響應(yīng)與變換情度。4.待加工軌跡監(jiān)控系統(tǒng)待加工軌跡監(jiān)控是指計算機數(shù)控系統(tǒng)在控制加工的同時掃描待加工的數(shù)控代碼，其目的是發(fā)現(xiàn)刀具路徑是否有方向上突然改變。如果發(fā)現(xiàn)某一加工區(qū)域刀具路徑方向有較大的改變，則驗證當以程編速度進給時，在這些區(qū)域是否會產(chǎn)生過切或殘留。當加工這些區(qū)域時，控制系統(tǒng)通常降低機床的進給速度，以避免出現(xiàn)過切或殘留，如圖9-9所示。當機床的數(shù)控系統(tǒng)沒有待加工軌跡監(jiān)控功能時，如果在僅僅0.25mm這樣的一小段位移后，刀具進給方向突然改變，計算機數(shù)控系統(tǒng)可能會來不及作出相應(yīng)的反應(yīng)，如果進給速度太高，其結(jié)果便是過切/殘留，刀具的中心軌跡便會偏離程編軌跡，導致零件損壞。設(shè)計刀技中心軌述實際加工零件輪廓圖設(shè)計刀技中心軌述實際加工零件輪廓圖9-9加工軌跡執(zhí)行待加工軌跡監(jiān)控功能的軟件可以在計算機數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)運行（在線待加工軌跡監(jiān)控），也可以在其他的計算機上運行（離線待加工軌跡監(jiān)控）。待加工軌跡監(jiān)控的工作原理是計算機數(shù)控系統(tǒng)在控制加工的同時掃描待加工的數(shù)控代碼，看刀具路徑是否有方向上的改變，并根據(jù)其方向變化相應(yīng)地調(diào)節(jié)進給速度。如果發(fā)現(xiàn)刀具進給方向變化劇烈，待加工軌跡監(jiān)控便會預先以某種方式平穩(wěn)地將進給速度降下來，以免因機床的慣性而出現(xiàn)過切/殘留現(xiàn)象，同時確保計算機數(shù)控系統(tǒng)能以足夠快的速度處理NC程序段以保持程編速度。如果計算機數(shù)控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)待加工軌跡又變得較平直時，便迅速地將進給速度提高到最大程編速度。對于在線待加工軌跡監(jiān)控，這種處理由數(shù)控系統(tǒng)動態(tài)實時地來完成；對于離線待加工軌跡監(jiān)控，這一過程通過將一些進給速度指令插人刀具路徑文件中，然后再將這些被修改了的NC代碼文件送往機床的計算機數(shù)控系統(tǒng)來實現(xiàn)。要注意，不管是在線還是離線待加工軌跡監(jiān)控，其優(yōu)化的進給速度并不是通用的，隨不同機床的動態(tài)特性而有所差別；另外，不能規(guī)定監(jiān)控多少段待加工NC代碼就足夠了，需要監(jiān)控的待加工程序段數(shù)應(yīng)隨零件輪廓的復雜程度、要求達到的監(jiān)控精度以及不同機床的動態(tài)性能等因素改變。待加工軌跡監(jiān)控算法雖然復雜，但這一工作完成的越快、越精確，計算機數(shù)控系統(tǒng)控制加工微小線段的性能和精度就越好。5.NURBS曲線插補器NURBS曲線插補是提高平均進給速度的一種方法。在復雜型腔的高速加工，如果采用直線段來逼近零件輪廓，每段NC代碼定義的位移會較小，因而NC代碼文件會變的很長，這會嚴重影響加工速度.為了獲得較高的精度，可以將復雜曲線（如NURBS曲線）直接輸人到計算機數(shù)控系統(tǒng)而不必像傳統(tǒng)那樣采用直線段來逼近這種復雜曲線。計算機數(shù)控系統(tǒng)中的插補器能夠根據(jù)曲線方程來精確、平滑地加工出這種輪廓。在很多情況下，這種方法的加工速度相對來說要快得多，加工出的曲線也更加平滑，且其NC代碼文件長度不得超過原來的1/10。這種方法之所以可使用更快的進給速度，不僅因為計算機數(shù)控系統(tǒng)的代碼段處理速度提高了，還因為計算機數(shù)控系統(tǒng)在整個零件加工過程中具有更加智能和動態(tài)調(diào)節(jié)程編進給速度