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高速切削與傳統(tǒng)切削技術(shù)的區(qū)別介紹

2015-6-6

來源:未知

點(diǎn)擊數(shù): 7428 作者:未知

高速切削與傳統(tǒng)切削技術(shù)的區(qū)別介紹

在現(xiàn)代機(jī)械切削加工技術(shù)中，高速切削正在越來越多地被人提及，其技術(shù)已開始被使用，隨之而來的，首先是高速機(jī)床，那么，高速切削與傳統(tǒng)切削技術(shù)究竟有什么不同?其實(shí)現(xiàn)的條件是什么?實(shí)現(xiàn)它有哪些益處?其適用性怎么樣呢?本文將試圖回答這些問題，并且盡可能結(jié)合目前在世界上居領(lǐng)先水平的瑞士MIKRON公司的機(jī)床的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)來分析，用它同目前國內(nèi)仍在普遍應(yīng)用的傳統(tǒng)的加工方法和切削理論相比較，促進(jìn)高新技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用和普及。

高速機(jī)床

縮短加工時的切削與非切削時間，對于復(fù)雜形狀和難加工材料及高硬度材料減少加工工序，最大限度地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的高精度和高質(zhì)量，是我們提高勞動生產(chǎn)率、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性生產(chǎn)的一個重要的目標(biāo)。

有人認(rèn)為，一提高速加工，就是主軸轉(zhuǎn)速要幾萬轉(zhuǎn)；只要主軸轉(zhuǎn)速一達(dá)到幾萬轉(zhuǎn)，就可以實(shí)現(xiàn)高速切削，這其實(shí)是不全面的。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代機(jī)床已經(jīng)具備了下面的條件，也只有具備這些條件，才會使得高速切削成為可能。

機(jī)電一體化的主軸，即所謂電主軸?，F(xiàn)代化的主軸是電機(jī)與主軸有機(jī)地結(jié)合成一體，采用電子傳感器來控制溫度，自有的水冷或油冷循環(huán)系統(tǒng)，使得主軸在高速下成為“恒溫”；又由于使用油霧潤滑、混合陶瓷軸承等新技術(shù)，使得主軸可以免維護(hù)、長壽命、高精度。由于采用了機(jī)電一體化的主軸，減去了皮帶輪、齒輪箱等中間環(huán)節(jié)，其主軸轉(zhuǎn)速就可以輕而易舉地達(dá)到0～42000r/min，甚至更高。不僅如此，由于結(jié)構(gòu)簡化，造價下降，精度和可靠性提高，甚至機(jī)床的成本也下降了。噪聲、振動源消除，主軸自身的熱源也消除了。MIKRON公司便采用了本集團(tuán)“STEP－TEC”公司生產(chǎn)的電主軸，這種電主軸采用了其特別的、最先進(jìn)的矢量式閉環(huán)控制、高動平衡的主軸結(jié)構(gòu)、油霧潤滑的混合陶瓷軸承，可以隨室溫調(diào)整的溫度控制系統(tǒng)，確保主軸在全部工作時間內(nèi)溫度衡定。何為矢量式閉環(huán)控制呢？其實(shí)就是借助數(shù)/模轉(zhuǎn)換，將交流異步電動機(jī)的電量值變換為直流電模型，這樣，既可實(shí)現(xiàn)用無電刷的交流電機(jī)來實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，即在低轉(zhuǎn)速時，保持全額扭矩，功率全額輸出，主軸電機(jī)快速起動和制動。以UCP710機(jī)床切削45#鋼為例，用STEP-TEC的主軸銑削，銑刀直徑 ?63mm,主軸轉(zhuǎn)速為1770r/min，金切量為540cm3/min；在無底孔鉆孔時，鉆頭直徑?50mm,轉(zhuǎn)速1350r/min，可一次鉆出，而無需常用的先打中心孔,而后鉆孔再擴(kuò)孔的方法。
機(jī)床普遍采用了線性的滾動導(dǎo)軌，代替過去的滑動導(dǎo)軌，其移動速度、摩擦阻力、動態(tài)響應(yīng)，甚至阻尼效果都發(fā)生了質(zhì)的改變。用手一推就可以將幾百公斤甚至上千公斤的重工作臺推動。其特有的雙Ｖ型結(jié)構(gòu)，大大提高了機(jī)床的抗扭能力；同時，由于磨損近乎為零，導(dǎo)軌的精度壽命較之過去提高幾倍。又因?yàn)榕浜鲜褂昧藬?shù)字伺服驅(qū)動電機(jī)，其進(jìn)給和快速移動速度已經(jīng)從過去最高的6m/min，提高到了現(xiàn)在的20～60m/min，MIKRON公司的最新型機(jī)床使用線性電機(jī)，進(jìn)給和快移速度可達(dá)80m/min。
目前最先進(jìn) 的數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)可以同時控制8根以上的軸，實(shí)現(xiàn)五軸五聯(lián)動，甚至六軸五聯(lián)動，多個CPU，數(shù)據(jù)塊的處理時間不超過0.4ms；同時，均配置功能強(qiáng)大的后置處理軟件，運(yùn)算速度快，仿真能力強(qiáng)且具備程序運(yùn)行中的“前視”功能，隨時干預(yù)，隨時修改。外接插口，數(shù)據(jù)傳輸速度快，甚至可以與以太網(wǎng)直聯(lián)；加上全閉環(huán)的測量系統(tǒng)，配合使用數(shù)字伺服驅(qū)動技術(shù)，機(jī)床的線性移動可以實(shí)現(xiàn)1～2g的加速和減速運(yùn)動。
機(jī)床床身結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化，現(xiàn)代機(jī)床均采用落地式床身，整體鑄鐵結(jié)構(gòu)，龍門式框架的主軸立柱，盡可能由主軸部件來實(shí)現(xiàn)二軸甚至三軸的線性移動，考慮到刀具重量的變化極小，這樣，在工件乃至工作臺不進(jìn)行快速線性移動的情況下，機(jī)床快速線性移動的部件的重量近乎常量，因此，更容易實(shí)現(xiàn)快速加速和減速情況下的運(yùn)動慣量及實(shí)現(xiàn)動態(tài)平衡，減少由于動態(tài) 沖擊所帶來的不穩(wěn)定，從而保證穩(wěn)定的且更高的加工精度和產(chǎn)品質(zhì)量。
刀具的材料和技術(shù)的發(fā)展也是高速切削得以實(shí)現(xiàn)的一個重要因素。由于在高速切削時，切削力已經(jīng)不是重要因素，不需大的切削扭矩，因此刀柄就不再是傳統(tǒng)的錐柄，而是短圓柄，即HSK型柄，不需拉釘，主軸鎖緊裝置充分考慮離心力的影響。重要的是需要動平衡，即需加上動平衡環(huán)，在裝好刀具后，由動平衡儀進(jìn)行平衡。刀具本身采用通體硬質(zhì)合金刀，或在硬質(zhì)合金上涂CBN、 TiC等，也可采用人造金剛石，即PCD等，使刀具可以承受高達(dá)300～500m/min的切削線速度。
切削時采用油霧潤滑加工區(qū)，而不再使用傳統(tǒng)的冷卻潤滑液。
高速切削

顧名思義，高速切削，首先是高的速度，即要有高的主軸轉(zhuǎn)速，比如12000r/min、18000r/min、30000r/min、40000r /min，甚至還有更高的轉(zhuǎn)速仍在試驗(yàn)中；另一方面，又應(yīng)有更大的進(jìn)給量，如30000mm/min、40000mm/min，甚至60000mm /min；再有就是快速移動、快速換刀、主軸換刀后從靜態(tài)到達(dá)其所需轉(zhuǎn)速的加速時間等等，只有達(dá)到了上述標(biāo)準(zhǔn)才能稱之為高速。

其次是要針對不同的加工對象、不同的硬度、不同的材質(zhì)、不同的形狀來選擇相應(yīng)合理的參數(shù)，而不能一味地追求為高速而高速，特別是對于型腔加工，形狀復(fù)雜而刀具直徑又較小時，由于刀具的運(yùn)動軌跡不是簡單的直線運(yùn)動而是曲線，甚至有直角拐彎的時候，工藝參數(shù)的合理性就尤為重要，因?yàn)橐氡３滞贿M(jìn)給速度進(jìn)行直角切削，搞不好會由于機(jī)床運(yùn)動部件的巨大慣性而導(dǎo)致刀具做彎角運(yùn)動時突然斷裂，而變速運(yùn)動又會由于加速和減速等運(yùn)動造成切削厚度的瞬間變化，而導(dǎo)致切削刀變化使工件表面有切紋，由此使加工質(zhì)量下降，所以，針對不同的加工對象，需要編程人員選擇合理的刀具運(yùn)動軌跡，優(yōu)化切削參數(shù)；另一方面，根據(jù)需要選擇適合的切削速度，只有這樣才能真正發(fā)揮高速切削的長處。

應(yīng)用高速切削，我們可以實(shí)現(xiàn)下列目標(biāo)：

由于采用小的切削深度和厚度，刀具每刃的切削量極小，因而機(jī)床主軸、導(dǎo)軌的受力就小，機(jī)床的精度壽命長，同時刀具壽命也延長了。
雖然切削深度和厚度小，但由于主軸轉(zhuǎn)速高，進(jìn)給速度快，因此使單位時間內(nèi)的金屬切除量反而增加了，由此加工效率也提高了。
加工時可將粗加工、半精加工、精加工合為一體，全部在一臺機(jī)床上完成，減少了機(jī)床臺數(shù)，避免由于多次裝夾使精度產(chǎn)生誤差。可以加工高硬度、難加工材料(可達(dá)62HRC左右)，可以鉆?1mm以下的小孔。
最重要的是，加工時間短，經(jīng)濟(jì)性能好。

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