高速銑削對(duì)機(jī)床的要求

高速銑削對(duì)機(jī)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(gè)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(guò)電主軸來(lái)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(qiáng)度，主軸軸承直徑應(yīng)不小于一定值。通過(guò)使用合成軸承及油霧潤(rùn)滑，速度特征值可達(dá)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(dá)到4.0x10000r/min。與常規(guī)切削一樣，高速切削也需要一個(gè)最小切屑厚度來(lái)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(jìn)給速度。在高速切削高硬度材料的例子中，切削速度可達(dá)到4X100m/min，對(duì)于直徑為6mm的雙刃銑刀，以每刃進(jìn)給0.lmm計(jì)算，它需要輪廓進(jìn)給速度4.5X1000mm/min;同樣大小的刀具，在加工鋁時(shí)，切削速度為1.5x1000m/min，其輪廓進(jìn)給速度應(yīng)為1.6Xl0000mm/min。在典型的模具制造應(yīng)用中，為了達(dá)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(jìn)給率。特別在加工高硬度材料時(shí)，在進(jìn)給上不應(yīng)有明顯延遲發(fā)生，否則刀具就會(huì)因發(fā)熱過(guò)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(shí)現(xiàn)較為經(jīng)濟(jì)的加速度是10m/S2。.刀夾理想的刀夾應(yīng)該是一個(gè)高性能部件，經(jīng)過(guò)高速旋轉(zhuǎn)下的動(dòng)平衡，具有能在離心力作用下仍保持刀距不動(dòng)的夾緊力。離心力會(huì)使主軸的錐孔增大，因而長(zhǎng)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(huì)繼續(xù)滑人錐孔內(nèi)。因而HSK標(biāo)準(zhǔn)的刀夾，特別是大尺寸的HSK刀夾，具有優(yōu)良的高速性能。標(biāo)準(zhǔn)的長(zhǎng)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(dòng)螺釘、錐孔、不對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)槽等，因而需要在刀具準(zhǔn)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(huì)給任何回轉(zhuǎn)刀具帶來(lái)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(huì)使刀夾產(chǎn)生振動(dòng)。當(dāng)然，刀夾上必須保持沒(méi)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(gè)適合高速切削的CNC控制系統(tǒng)必須在高速移動(dòng)中保持精確的刀具軌跡。同時(shí)，由于走刀的步距很小，使零件的加工程序十分龐大。控制系統(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(bǔ)與程序塊處理，以及有效的超前處理能力。較強(qiáng)的超前處理能力用于預(yù)防刀具軌跡偏移與避免高速下的突發(fā)事故。與通常的機(jī)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(jī)床動(dòng)態(tài)誤差及變形）在內(nèi)，必須在0.02~0.04mm的數(shù)量級(jí)，而一臺(tái)普通機(jī)床的累積誤差將是0.1?0.2mm，大了5倍，數(shù)字化驅(qū)動(dòng)在高速下能改善機(jī)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(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)在控制加工的同時(shí)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(yàn)證當(dāng)以程編速度進(jìn)給時(shí)，在這些區(qū)域是否會(huì)產(chǎn)生過(guò)切或殘留。當(dāng)加工這些區(qū)域時(shí)，控制系統(tǒng)通常降低機(jī)床的進(jìn)給速度，以避免出現(xiàn)過(guò)切或殘留，如圖9-9所示。當(dāng)機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)沒(méi)有待加工軌跡監(jiān)控功能時(shí)，如果在僅僅0.25mm這樣的一小段位移后，刀具進(jìn)給方向突然改變，計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)可能會(huì)來(lái)不及作出相應(yīng)的反應(yīng)，如果進(jìn)給速度太高，其結(jié)果便是過(guò)切/殘留，刀具的中心軌跡便會(huì)偏離程編軌跡，導(dǎo)致零件損壞。設(shè)計(jì)刀技中心軌述實(shí)際加工零件輪廓圖設(shè)計(jì)刀技中心軌述實(shí)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(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)行（在線待加工軌跡監(jiān)控），也可以在其他的計(jì)算機(jī)上運(yùn)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(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)在控制加工的同時(shí)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(jìn)給速度。如果發(fā)現(xiàn)刀具進(jìn)給方向變化劇烈，待加工軌跡監(jiān)控便會(huì)預(yù)先以某種方式平穩(wěn)地將進(jìn)給速度降下來(lái)，以免因機(jī)床的慣性而出現(xiàn)過(guò)切/殘留現(xiàn)象，同時(shí)確保計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)待加工軌跡又變得較平直時(shí)，便迅速地將進(jìn)給速度提高到最大程編速度。對(duì)于在線待加工軌跡監(jiān)控，這種處理由數(shù)控系統(tǒng)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)地來(lái)完成；對(duì)于離線待加工軌跡監(jiān)控，這一過(guò)程通過(guò)將一些進(jìn)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(jī)床的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)來(lái)實(shí)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(jìn)給速度并不是通用的，隨不同機(jī)床的動(dòng)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(fù)雜程度、要求達(dá)到的監(jiān)控精度以及不同機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能等因素改變。待加工軌跡監(jiān)控算法雖然復(fù)雜，但這一工作完成的越快、越精確，計(jì)算機(jī)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(bǔ)器NURBS曲線插補(bǔ)是提高平均進(jìn)給速度的一種方法。在復(fù)雜型腔的高速加工，如果采用直線段來(lái)逼近零件輪廓，每段NC代碼定義的位移會(huì)較小，因而NC代碼文件會(huì)變的很長(zhǎng)，這會(huì)嚴(yán)重影響加工速度.為了獲得較高的精度，可以將復(fù)雜曲線（如NURBS曲線）直接輸人到計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)而不必像傳統(tǒng)那樣采用直線段來(lái)逼近這種復(fù)雜曲線。計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)中的插補(bǔ)器能夠根據(jù)曲線方程來(lái)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(duì)來(lái)說(shuō)要快得多，加工出的曲線也更加平滑，且其NC代碼文件長(zhǎng)度不得超過(guò)原來(lái)的1/10。這種方法之所以可使用更快的進(jìn)給速度，不僅因?yàn)橛?jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的代碼段處理速度提高了，還因?yàn)橛?jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)在整個(gè)零件加工過(guò)程中具有更加智能和動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)程編進(jìn)給速度