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高速銑削的關(guān)鍵技術(shù)有哪些？

發(fā)布時間：2024-11-09

高速切削是制造技術(shù)中引人注目的一項技術(shù)，其應用面廣。高速切削的關(guān)鍵技術(shù)包括：

1. 高速切削機床技術(shù)

高速機床是實現(xiàn)高速加工的前提和基本條件，高速機床技術(shù)簡介如下。

（1）高速主軸單元

高速主軸單元包括動力源、主軸、軸承和機架四個主要部分，是高速加工機床的核心部件。在很大程度上決定了機床所能達到的切削速度、加工精度和應用范圍。高速主軸單元的性能取決于主軸的設(shè)計方法、材料、結(jié)構(gòu)、軸承、潤滑冷卻、動平衡、噪聲等多項相關(guān)技術(shù)，其中一些技術(shù)又是相互制約的，包括高轉(zhuǎn)速和高剛度的矛盾、高速度和大轉(zhuǎn)矩的矛盾等等。

因此，提高主軸轉(zhuǎn)速和精度是一項很困難的工作，設(shè)計和制造高速主軸必須綜合考慮滿足多方面的技術(shù)要求。高速主軸一般做成電主軸的結(jié)構(gòu)形式，其關(guān)鍵技術(shù)包括高速主軸軸承、無外殼主軸電動機及其控制模塊、潤滑冷卻系統(tǒng)、主軸刀柄接口和刀具夾緊方式以及刀具動平衡等等。

（2）高速進給系統(tǒng)

進給系統(tǒng)的高速性也是評價高速機床性能的重要指標之一，不僅對提高生產(chǎn)率有重要意義，而且也是維持高速加工刀具正常工作的必要條件。對高速進給系統(tǒng)的要求不僅僅能夠達到高速運動，而且要求瞬時達到高速、瞬時準停等，所以要求具有很大的加速度以及很高的定位精度。

高速進給系統(tǒng)包括進給伺服驅(qū)動技術(shù)、滾動元件導向技術(shù)、高速測量與反饋控制技術(shù)和其他周邊技術(shù)，如冷卻和潤滑、防塵、防切屑、降噪及安全技術(shù)等。

目前常用的高速進給系統(tǒng)有三種主要的驅(qū)動方式：高速滾珠絲杠、直線電動機和虛擬軸機構(gòu)。和高速進給系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的還有工作臺(拖板)、導軌的設(shè)計制造技術(shù)等等。

（3）CNC控制系統(tǒng)

相對而言，現(xiàn)有的控制系統(tǒng)對超高速機床所需的進給率來說是顯得太慢了，超高速機床要求其CNC 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理時間要快得多，高的進給速率要求CNC系統(tǒng)有很高的內(nèi)部數(shù)據(jù)處理速率，而且還應有較大的程序存儲量。CNC控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括快速處理刀具軌跡、預先前饋控制、反應的伺服系統(tǒng)等。

（4）床身、立柱和工作臺

高速機床設(shè)計的另一個關(guān)鍵點，是如何在降低運動部件慣量的同時，保持基礎(chǔ)支承部件高的靜剛度、動剛度和熱剛度。通過計算機輔助工程的方法用有限元法和優(yōu)化設(shè)計，能獲得減輕重量、提高剛度的床身、立柱和工作臺結(jié)構(gòu)。為獲得較好的動態(tài)性能，有些高速機床床身由聚合物混凝土材料制成。

（5）切屑處理和冷卻系統(tǒng)

高速切削過程會產(chǎn)生大量的切屑，單位時間內(nèi)高的切屑切除量需要高效的切屑處理和清除裝置。高壓大流量的切削液不但可以冷卻機床的加工區(qū)，而且也是一種行之有效的清理切屑的方法，但它會對環(huán)境造成嚴重的污染。切削液的使用并不是對高速切削的任何場合都適用。例如對抗熱沖擊性能差的刀具．在有些情況下，切削液反而會降低刀具的使用壽命，這時可采用干切削，并用吹氣或吸氣的方法進行清理切屑的工作。

（6）安全裝置

機床運動部件的高速運動、大量高速流出的切屑以及高壓噴灑的切削液等等，都要求高速機床要有一個足夠大的密封工作空間。刀具破損時的安全防護尤為重要，工作室的倉壁一定要能吸收噴射部分的能量。此外防護裝置必須有靈活的控制系統(tǒng)，以保證操作人員在不直接接觸切削區(qū)的情況下的操作安全。

2. 高速切削刀具

高速切削刀具技術(shù)是實現(xiàn)高速加工的關(guān)鍵技術(shù)之一。生產(chǎn)實踐證明，阻礙切削速度提高的關(guān)鍵因素是切削刀具是否能承受越來越高的切削溫度。高速切削刀具與普通加工的刀具有很大不同。目前，在高速切削中使用的刀具有硬質(zhì)合金、聚晶金剛石(PCD)、聚晶立方氮化硼(PCBN)、陶瓷等材料。

3. 高速切削的工藝技術(shù)

高速切削的工藝技術(shù)也是成功進行高速加工的關(guān)鍵技術(shù)之一。切削方法選擇不當，會使刀具加劇磨損，完全達不到高速加工的目的。高速切削的工藝技術(shù)包括切削方法和切削參數(shù)的選擇優(yōu)化，對各種不同材料的切削方法、刀具材料和刀具幾何參數(shù)的選擇等。

（1）切削方法和切削參數(shù)的選擇與優(yōu)化

在高速切削中，必須對切削方法和切削參數(shù)進行優(yōu)化選擇。其中包括優(yōu)化切削刀具控制，如刀具接近工件的方向、接近的角度、移動的方向和切削過程(順銑還是逆銑)等。

（2）對各種不同材料的切削方法

切削鋁、銅等輕合金，與切削鋼和鑄鐵以及切削難加工合金鋼，由于切削機理不同，除了刀具材料和刀具幾何參數(shù)的選擇外，在切削過程中還要采取不同的切削策略才能得到較好的切削效果。根據(jù)不同加工材料來研究高速切削工藝方法，也是高速切削工藝技術(shù)研究的重要內(nèi)容之一。

（3）刀具材料和刀具幾何參數(shù)的選擇

在研究高速切削工藝技術(shù)中，切削方法和技術(shù)必須緊密結(jié)合刀具材料和刀具幾何參數(shù)的選擇綜合進行。 高速切削工藝技術(shù)研究是一項很有意義的工作。實踐證明，如果只有高速機床和刀具而沒有良好的工藝技術(shù)作指導，昂貴的高速加工設(shè)備也不能充分發(fā)揮作用。高速切削的工藝技術(shù)和傳統(tǒng)的工藝方法有很大差別，至今還遠不如傳統(tǒng)工藝方法那樣成熟和普及。這一點是高速機床應用中要特別加以注意的問題。

來源：前沿數(shù)控技術(shù)

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