高速机床切削机床

高速机床切削机床JamesBenes要实现效益高速切削(hsm)，企业必须评估和优化整个生产过程:机床,以及其主轴与刀具系统和编程软件.正如俄亥俄州完美机床协会的会长史蒂夫所言,成功实现高效高速切割,依靠的是效益高速切割系统的补偿能力,而不是进行简单的修改高速切割选项的标准.为了实现效益高速切割,机床必须具有刚性结构来减少振动,还要能提供足够的硬度,以及能承受高速旋转.通有有限元分析,对机床的加强肋和材料进行优化,以便减小振动,获得最优的刀具寿命和加工表面粗糙度.双轴设计是实现中型尺寸机床到大型尺寸机床效益高速切削的理想方法,这是因为在Y轴和Z轴方向的载荷是固定的,表面载荷是唯一的变量.相比之下,在三轴机前,X轴在Y轴上方,因为受表面载荷变化的影响而使得两轴具有变动载荷.使得机械很难进行调整和控制.然而,从小型机到中型机,表面载荷一般被认为在1500lb以下,因此三轴设计具有很好的成本控制效益.直线单程机,因为由轴承来承受其重量,为实现高速对机器进行控制和调节变得很容易.对于只受低扭矩的小型,中型机的主轴,直线单程系统将能很好的工作.但是对于受高扭矩的中型,大型机的主轴,在Y轴和Z轴方向受力变化,并且X轴成线形方式.因为HSM系统,大直径机床的滚珠丝杠能防止弯曲和振动,滚珠丝杠被要求传递热变形,消除生长,提高轴的刚性.如果机床的机构不能支撑被要求的滚珠丝杠,则必须作为维护问题,用循环液体对其进行冷却.一台不要求消除热变形的机床,滚珠丝杠在一定范围内是精确的,但仍缺乏轴的刚性,拥有长滚珠丝杠的大行程机床应有螺栓螺母锁紧结构来防止螺栓的轴向移动,变速装置应该直接与装有刚性连轴节的滚珠丝杠耦合.因为HSM的加速度的速率,使物体平衡已经不再可行,必须使用一个大的没有平衡力的补助马达变速装置或者一个液压平衡系统.控制,电动机,传动为得到最优和可靠的速度,将控制系统和伺服系统和电动机一起工作.为HSM选择一个控制/电动机/传动系统时,许多注视事项都是很重要的.控制速度是一种处理空间约束信息的能力,通过伺服系统来完成,并获得闭环反馈.检测模块通过控制模块在程序中引导矢量变化来调节进给速度,避免过度进给和切削,控制越快,对检测模块要求就越高.自动机械的加速/减速,与滑轮一起能自动减弱对连续性轮廓精度和完整性的馈送率.Ortner说,大容量程序存储器和以太网与硬盘驱动的接口或者是ATA卡都必须凭记忆直接运行.但认证服务器232的DNC模块运行的速度不够块.大型数字式伺服电动机和驱动器对于需要快速响应和停止的HSM机床是必须的.高分辨率的反馈编码器或线性表对于知道机床的位置,已经走过的行程和将要走的行程是很需要的.伺服系统的调节应该与机械因为平面载荷发生的轴向惯量改变相匹配,这是非常重要的.这个调节装置应该要按照与速度相对应的不同水平的精度来进行调节.HSM轴因为皮带的噪音和震动,所以锥度为40的轴在由变速箱内的皮带驱动时的速度应该限制在12000转每分钟,或者锥度为50的轴限制在8000转每分钟.这个轴的安装造成了很高的切削力和震动.同样,它也伴随着很大的扭矩,但是它在产品加工中增加了启动和制动的时间,它的耐热性也很一般.但是无论如何,它还是一种便宜的动力传动系统,维护费用也很少.在独立引导的驱动器中(IDD或者DDS),轴的电动机安装在轴的上端,与精密的联轴器相连接.这样的安装使的转速能达到20000转每分钟.在齿轮/皮带传动系统中,用户改变齿轮的传动比以求用低转速的电动机来得到较高的轴转速.而与之不同的是,在IDD或者DDS系统中,轴马达的转速和轴的转速是一样的.这个系统有很好的启动和制动品质(与完整轴相似)和热稳定性.根据Ortner所说,能得到高转速和低震动的最好的系统是轴的机架为固定装置的整体轴或机动轴.典型的调速范围从15000r/min到40000r/min.这些即昂贵维修费用又高的轴,但是他们传递的热量稳定,并且变形小,异常加速减速也少,有足够的切断扭矩.高切断扭矩要求粗大的轴和大功率的电动机,而且还会导致降低速度.随着切削速度的增加,主轴轴承和轴直径的收缩将导致轴刚性的降低和切削工具使用类型的限制.同时,可利用小工装系统限制工具的长度.加工系统拥有小锥度的标准的CAT/BT系统因为他们本身具有的特点可能会限制其在高速时本身的效用.他们仅仅依靠轴锥度的接触来获得刚度,随着轴转速的增加,地心引力打开他们的螺栓紧固系统.在高速下,轴的端头直径因为离心力的作用而发生小量的增大,因而使得常规的刀具把柄在持续外拉力产生的压力下进一步靠近主轴.这种刀具后缩将会改变Z轴空间的精度.MCAT/BBT系统由于在机床主轴表面和刀具柄边缘表面的接触,还有同有锥度的心轴的良好接触而提高了机床的刚性.这将降低机床在高速下的振动和机床与刀具把柄间的磨差损耗.这中系统也和CAT/BT系统一样需要螺栓紧固安装,同时由于离心力的作用而存在一个极限速度.HSK夹具在高速中是最好的,Ortner说,不像传统的爪,HSK的爪是凹的,他们的夹紧装置在里面起作用,从而使得夹具不受离心力的影响.同样,由于HSK的锥度不足,主轴轴承靠近轴的端头来获得比较高的刚性.HSKA型系统能在高扭矩切削下很好的工作,速度能达到24000r/min,相反,HSKE型系统的夹具没有A型系统的动力槽而提高了在高速下的平稳性,这种型号的非常适合在高速低扭矩下的精加工.Ortner推荐使用最大的HSK夹具100A型在转速达到15000r/min下进行重型切削加工,对于中型精细切削用中型的HSK-63A型也能很好的完成,速度能达到24000r/min.小型的HSK-50E型则适合进行高速精加工.根据刀刃技术协会的会长Sean,一个在安大略温莎的模具店,程序对于HSM系统来说是很重要的,即使他们常常忽略.这些都因为被培训了的操作员已经熟悉了店里的软件系统,没有去寻找其他更适合HSM的软件系统.对无精度要求的加工部分,从开始到结束采用多种刀具进行持续不断的加工,HSM程序应该提供一致的结果,这就是一个劳工费用可以与欧美相提并论的日本企业能与劳工费用低廉的中国企业竞争的原因.同样,如果程序软件能精确的辨认上次加工后的余量,则整个加工过程将从粗加工到精加工而没有中间加工过程.即使耗费时间来准备工件的数据---标准的数据例如切削速度,进给速度和切削深度以及在整个加工过程中个刀具进给速度的波动变化,--在决定刀具期望寿命时除一个足够的使用系数.转速的确定,避免刀具的碰撞.一个恒定的局部载荷对于寿命的最大化和获得精确度表面粗糙度是很重要的.当切削到局部时,程序将额外通过控制局部载荷来防止刀具的偏离.为了得到持续的高切削速度,弧线加工程序消除了机床必须减速进给进入拐角然后加速进给离开的要求.Ortner相信最重要的因素是知道由CAD/CAM系统产生的点点的平均距离.这些距离正在缩