高速機(jī)床切削機(jī)床

高速機(jī)床切削機(jī)床JamesBenes要實(shí)現(xiàn)效益高速切削(hsm)，企業(yè)必須評(píng)估和優(yōu)化整個(gè)生產(chǎn)過程:機(jī)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(jī)床協(xié)會(huì)的會(huì)長(zhǎng)史蒂夫所言,成功實(shí)現(xiàn)高效高速切割,依靠的是效益高速切割系統(tǒng)的補(bǔ)償能力,而不是進(jìn)行簡(jiǎn)單的修改高速切割選項(xiàng)的標(biāo)準(zhǔn).為了實(shí)現(xiàn)效益高速切割,機(jī)床必須具有剛性結(jié)構(gòu)來減少振動(dòng),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(duì)機(jī)床的加強(qiáng)肋和材料進(jìn)行優(yōu)化,以便減小振動(dòng),獲得最優(yōu)的刀具壽命和加工表面粗糙度.雙軸設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)中型尺寸機(jī)床到大型尺寸機(jī)床效益高速切削的理想方法,這是因?yàn)樵赮軸和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(jī)前,X軸在Y軸上方,因?yàn)槭鼙砻孑d荷變化的影響而使得兩軸具有變動(dòng)載荷.使得機(jī)械很難進(jìn)行調(diào)整和控制.然而,從小型機(jī)到中型機(jī),表面載荷一般被認(rèn)為在1500lb以下,因此三軸設(shè)計(jì)具有很好的成本控制效益.直線單程機(jī),因?yàn)橛奢S承來承受其重量,為實(shí)現(xiàn)高速對(duì)機(jī)器進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)變得很容易.對(duì)于只受低扭矩的小型,中型機(jī)的主軸,直線單程系統(tǒng)將能很好的工作.但是對(duì)于受高扭矩的中型,大型機(jī)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?yàn)镠SM系統(tǒng),大直徑機(jī)床的滾珠絲杠能防止彎曲和振動(dòng),滾珠絲杠被要求傳遞熱變形,消除生長(zhǎng),提高軸的剛性.如果機(jī)床的機(jī)構(gòu)不能支撐被要求的滾珠絲杠,則必須作為維護(hù)問題,用循環(huán)液體對(duì)其進(jìn)行冷卻.一臺(tái)不要求消除熱變形的機(jī)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(zhǎng)滾珠絲杠的大行程機(jī)床應(yīng)有螺栓螺母鎖緊結(jié)構(gòu)來防止螺栓的軸向移動(dòng),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?yàn)镠SM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(gè)大的沒有平衡力的補(bǔ)助馬達(dá)變速裝置或者一個(gè)液壓平衡系統(tǒng).控制,電動(dòng)機(jī),傳動(dòng)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(dòng)機(jī)一起工作.為HSM選擇一個(gè)控制/電動(dòng)機(jī)/傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí),許多注視事項(xiàng)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(cè)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(jìn)給速度,避免過度進(jìn)給和切削,控制越快,對(duì)檢測(cè)模塊要求就越高.自動(dòng)機(jī)械的加速/減速,與滑輪一起能自動(dòng)減弱對(duì)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(chǔ)器和以太網(wǎng)與硬盤驅(qū)動(dòng)的接口或者是ATA卡都必須憑記憶直接運(yùn)行.但認(rèn)證服務(wù)器232的DNC模塊運(yùn)行的速度不夠塊.大型數(shù)字式伺服電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)器對(duì)于需要快速響應(yīng)和停止的HSM機(jī)床是必須的.高分辨率的反饋編碼器或線性表對(duì)于知道機(jī)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(jī)械因?yàn)槠矫孑d荷發(fā)生的軸向慣量改變相匹配,這是非常重要的.這個(gè)調(diào)節(jié)裝置應(yīng)該要按照與速度相對(duì)應(yīng)的不同水平的精度來進(jìn)行調(diào)節(jié).HSM軸因?yàn)槠У脑胍艉驼饎?dòng),所以錐度為40的軸在由變速箱內(nèi)的皮帶驅(qū)動(dòng)時(shí)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(gè)軸的安裝造成了很高的切削力和震動(dòng).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(dòng)和制動(dòng)的時(shí)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(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng),維護(hù)費(fèi)用也很少.在獨(dú)立引導(dǎo)的驅(qū)動(dòng)器中(IDD或者DDS),軸的電動(dòng)機(jī)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(dá)到20000轉(zhuǎn)每分鐘.在齒輪/皮帶傳動(dòng)系統(tǒng)中,用戶改變齒輪的傳動(dòng)比以求用低轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)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(dá)的轉(zhuǎn)速和軸的轉(zhuǎn)速是一樣的.這個(gè)系統(tǒng)有很好的啟動(dòng)和制動(dòng)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(dòng)的最好的系統(tǒng)是軸的機(jī)架為固定裝置的整體軸或機(jī)動(dòng)軸.典型的調(diào)速范圍從15000r/min到40000r/min.這些即昂貴維修費(fèi)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(dòng)機(jī),而且還會(huì)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(shí),可利用小工裝系統(tǒng)限制工具的長(zhǎng)度.加工系統(tǒng)擁有小錐度的標(biāo)準(zhǔn)的CAT/BT系統(tǒng)因?yàn)樗麄儽旧砭哂械奶攸c(diǎn)可能會(huì)限制其在高速時(shí)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?yàn)殡x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(jìn)一步靠近主軸.這種刀具后縮將會(huì)改變Z軸空間的精度.MCAT/BBT系統(tǒng)由于在機(jī)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(jī)床的剛性.這將降低機(jī)床在高速下的振動(dòng)和機(jī)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(shí)由于離心力的作用而存在一個(gè)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(dá)到24000r/min,相反,HSKE型系統(tǒng)的夾具沒有A型系統(tǒng)的動(dòng)力槽而提高了在高速下的平穩(wěn)性,這種型號(hào)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(dá)到15000r/min下進(jìn)行重型切削加工,對(duì)于中型精細(xì)切削用中型的HSK-63A型也能很好的完成,速度能達(dá)到24000r/min.小型的HSK-50E型則適合進(jìn)行高速精加工.根據(jù)刀刃技術(shù)協(xié)會(huì)的會(huì)長(zhǎng)Sean,一個(gè)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?yàn)楸慌嘤?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(duì)無精度要求的加工部分,從開始到結(jié)束采用多種刀具進(jìn)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(gè)勞工費(fèi)用可以與歐美相提并論的日本企業(yè)能與勞工費(fèi)用低廉的中國企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的原因.同樣,如果程序軟件能精確的辨認(rèn)上次加工后的余量,則整個(gè)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(fèi)時(shí)間來準(zhǔn)備工件的數(shù)據(jù)---標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)例如切削速度,進(jìn)給速度和切削深度以及在整個(gè)加工過程中個(gè)刀具進(jìn)給速度的波動(dòng)變化,--在決定刀具期望壽命時(shí)除一個(gè)足夠的使用系數(shù).轉(zhuǎn)速的確定,避免刀具的碰撞.一個(gè)恒定的局部載荷對(duì)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(shí),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(jī)床必須減速進(jìn)給進(jìn)入拐角然后加速進(jìn)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(diǎn)點(diǎn)的平均距離.這些距離正在縮