高速CNC機(jī)床及其功能

高速切削(hiBh‘Peed c Mti”g，Hsc)是當(dāng)今制作業(yè)中一項(xiàng)快速開展全新技能，

可使企業(yè)以盡量短的時(shí)刻加工出質(zhì)量合格的零件，進(jìn)步市場(chǎng)反應(yīng)才能。在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，高速切削

正變成一種新的切削加工理念和新技能，它使得轎車、模具、飛機(jī)、輕工和信息等職業(yè)的生

產(chǎn)率和制作員明顯進(jìn)步，加工技能及配備更新?lián)Q代。

長(zhǎng)期以來(lái)，難料如奧氏體不銹鋼、高錳鋼、淬（cui)呸鋼、復(fù)合資料、耐磨鑄鐵等一向是切削加工中的難題，切削功率低，刀具壽數(shù)短。跟著制作業(yè)的開展，這些資料的運(yùn)用將迅速添加，加工的矛盾將更加杰出。與此一起，產(chǎn)品的資料構(gòu)成將不斷優(yōu)化，新的工程資料也不斷面世，而每一種新型資料的選用都對(duì)切削加工提出了新的要求。在轎車工業(yè)，其發(fā)起機(jī)、傳動(dòng)器零件中酌硅鋁合金的份額在繼續(xù)添加，并開始引進(jìn)鎂合金和新的高強(qiáng)度鑄鐵，以減輕轎車的分量和節(jié)約能耗。在航空航天工業(yè)，鈦合金、鎳[niè][niè][niè]基合金以及超耐熱合金、陶瓷等難料的使用份額和加工難度也都將進(jìn)一步添加。能否高效加工這些資料，是對(duì)切削技術(shù)的應(yīng)戰(zhàn)。 ’

當(dāng)前以高速切削為代表的干切削、硬切削等新的切削技能現(xiàn)已顯現(xiàn)出很多的長(zhǎng)處和強(qiáng)壯

的生命力，變成制作技能進(jìn)步加工功率和質(zhì)量、下降成本的首要路徑。硬切削是高速切削技

術(shù)的一個(gè)使用領(lǐng)域，即用單刃或多刃刀具加工淬（cui)硬零件，它比傳統(tǒng)的磨削加工刀具有功率高、柔性好、技能簡(jiǎn)略、投資少等長(zhǎng)處，已在一些使用領(lǐng)域發(fā)生較好的作用。在轎車業(yè)t用CDN刀具加工20Cr5Mo淬（cui)硬齒輪(60HKC)內(nèi)7L，替代磨削，外表粗糙度可達(dá)o．22Pm，已變成國(guó)內(nèi)外轎車職業(yè)推廣納新技能。

如果說數(shù)控技能的開展節(jié)約了很多輔佐加工工時(shí)，使傳統(tǒng)制作技能發(fā)生了次革命性

變革，變成現(xiàn)代制作技能的個(gè)里程碑的話，高速加工技能則因大幅度地節(jié)約切削工時(shí)并

可完成高效精細(xì)出產(chǎn)，變成了現(xiàn)代制作技能的第二個(gè)里程碑。

高速切削的概念起源于德國(guó)的薩涪蒙(carlsalomon)博士的聞名切削試驗(yàn)及其物理引申．他以為必定的作業(yè)資料對(duì)應(yīng)有一個(gè)臨界切削速度，其切削溫度。在慣例切削范圍內(nèi)

(團(tuán)8—1A區(qū))，切削溫度跟著切削速度的增大而進(jìn)步，當(dāng)切削速度抵達(dá)臨界切削速度后，切

削速度再增大，切削溫度不升反而下降。一起，切削力也會(huì)大幅度下降。他的理論給出一個(gè)

重要的啟示：如果能跳過圖8—lB區(qū)，而在具有必定速度的高速區(qū)(圖8—Ic區(qū))進(jìn)行切削加

工，則不僅有可能用現(xiàn)有的刀具進(jìn)行超高速切削，然后大幅度地削減切削時(shí)刻，成倍地進(jìn)步

機(jī)床的出產(chǎn)卒，并且還將給切削進(jìn)程帶來(lái)一系列的優(yōu)良特性。

跟著CNC機(jī)床、加工中間和柔性制作系統(tǒng)的開展，機(jī)械加工中的“輔佐工時(shí)”已大大縮短，為了進(jìn)一步進(jìn)步機(jī)床的出產(chǎn)功率，有必要極大地進(jìn)步加工的切削速度和進(jìn)給速度，以大幅下降“切削工時(shí)”。實(shí)踐證明：當(dāng)切削速度進(jìn)步lo倍，進(jìn)給速度進(jìn)步20倍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)逾越傳統(tǒng)的切削“”后，切削機(jī)理的變化致使單位功率的金屬切除率進(jìn)步30％一40％，切削力下降30％，刀具的切削壽數(shù)進(jìn)步70％，留在工件上的切削熱大幅度下降，切削振蕩幾乎不見，切削加工發(fā)生了本質(zhì)性的騰躍，在慣例切削加工中備受困惑的一系列問題亦得到了處理。

據(jù)國(guó)外高速加工試驗(yàn)資料介紹：當(dāng)切削速度超越600m／min后，切削速度再增高，切削溫度反而下降。在切削進(jìn)程中發(fā)生的熱量進(jìn)入切屑并從工件處被帶走，試驗(yàn)室條件下的測(cè)試證明了在大多數(shù)使用情況下，切削時(shí)工件溫度的上升不會(huì)超越3℃。相應(yīng)地，在一已給定的金后切除率下，當(dāng)切削速度超越萊一數(shù)值(約300一500m／mtn)后．跟著切削速度的添加，

塑性資料的切屑形狀將從帶狀、片狀到碎肩不斷演化。單位切削力前期呈上升趨勢(shì)，然后急

劇下降，實(shí)踐切削力也會(huì)下降。當(dāng)切削速度繼續(xù)添加至必定數(shù)值之后，切削力會(huì)近似堅(jiān)持

不變。

高速切削機(jī)床是完成高速和超高速切削的必要條件之一，為了習(xí)慣粗招加工、輕重切削

和疾速移動(dòng)，一起確保高精度(定位精度土o．o05mm)，它有必要滿意高速加工對(duì)機(jī)床的要

求。加高速主軸部件及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、疾速反應(yīng)的數(shù)控伺服系統(tǒng)和進(jìn)給部件、具有NuRBS插

補(bǔ)功用和預(yù)處理才能的控制系統(tǒng)、高壓大流量噴發(fā)冷卻系統(tǒng)，以及靜剛度、動(dòng)剛度、熱剛度

特性都的機(jī)床支承件等。當(dāng)前適用于進(jìn)行高速切創(chuàng)的加工中心和CNC機(jī)床，其主鈾轉(zhuǎn)速一般郁在loooor／min以上，有的高達(dá)60000一100000r／min，主電機(jī)功率到達(dá)15—80kW，

滾珠絲杠的疾速進(jìn)結(jié)速度可達(dá)40一60m／mtH，直線電機(jī)的疾速進(jìn)給速度高達(dá)90一120m／min。此外，高速機(jī)床的主抽和作業(yè)臺(tái)還要具有杰出的加速度功能，主軸從啟動(dòng)到轉(zhuǎn)速的時(shí)刻只用1—2s，作業(yè)臺(tái)的加速度到達(dá)lf一105。表8—1列出了這些年國(guó)際上幾種高速機(jī)床的首要產(chǎn)品和標(biāo)準(zhǔn)。

8．1．1 高速切削的特色

當(dāng)前，根據(jù)數(shù)控技能的高速切削具有下列特色。

①加工時(shí)刻短，功率高 跟著切削速度的大幅度進(jìn)步，進(jìn)給速度也比一般切削相應(yīng)地

進(jìn)步了5—10倍，單位時(shí)刻的資料切除率大大進(jìn)步，可到達(dá)慣例切削的3—6倍，乃至更高*

日本日立精機(jī)的HG400皿型加工中心主軸轉(zhuǎn)速達(dá)36000一40000r／min，作業(yè)臺(tái)疾速移動(dòng)速度為％一40m／min。選用直線電機(jī)的美國(guó)Ingersoll公司的HVM800型高速加工中心進(jìn)給移動(dòng)速度為60m／min。美國(guó)洛克希德飛機(jī)公司在高速銑削鋁合金時(shí)，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速?gòu)?000r／min進(jìn)步到20000r／min，資料切除率添加3倍。單位功率的資料切除率可到達(dá)130一160cm’／(min．kW)，是一般銑削的4—5倍。

⑦刀具切削情況好 因?yàn)榍邢魉俣雀撸缘读亢苄。羟凶冃螀^(qū)窄，變形系數(shù)6減小，

切削力下降約30％一90％，尤其是徑向切削力的大幅度削減，格外有利于路壁細(xì)筋件的高

速精細(xì)加工。波音公司和達(dá)索公司選用數(shù)控高速切削加工技能超高速銑切鋁合金、銑合金整

體薄壁結(jié)構(gòu)件，薄壁零件的最小硅厚可薄至o．oo 5M。美國(guó)體斯飛機(jī)公司則選用超高速精

密銑削技能加工平面陣列天線、波導(dǎo)管、撓性陀螺框架等。

⑤刀具和工件受熱影響小 95％一98％的切削熱被切屑敏捷帶走，工件可根本堅(jiān)持冷

態(tài)。因此格外適合于加工易發(fā)生熱變形的零件。加之高速切削刀具的熱埂性好，可進(jìn)行高速

干切削，不必冷卻液，削減了對(duì)環(huán)境的污染，能完成綠色加工。

④工件外表質(zhì)量好 因?yàn)榍行荚趧x那間切離工件，使得工件外表的剩余應(yīng)力十分小。同

時(shí)因?yàn)楦咚偌庸r(shí)機(jī)床的激振頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于切削技能系統(tǒng)的高階固有頻率．因此切削平穩(wěn)。

高速切削即便選用較小的進(jìn)給量，仍能取得很高的加工功率，但可使外表粗糙度得到極大的

改進(jìn)。如以1325m／min的速度銑削灰鑄鐵工件，取得的外表粗糙度只。僅為o．53Pm，高速銑削和車削常RJ到達(dá)磨削的水平。

⑤高速切削能夠加工各種難料 如在航空和動(dòng)力部門很多選用的鎳[niè]基合金和鈦合金，加工這類資料時(shí)，切削溫度高，刀具磨損嚴(yán)重，而高速切削時(shí)的速度能夠到達(dá)100一1000m／min，不光能夠大幅度進(jìn)步出產(chǎn)串，還可有效地削減刀具磨損，進(jìn)步零件的外表加工質(zhì)量。當(dāng)前，以高速切削為代表的以車代磨、以銑代磨(拋)、干切削、硬切削等新型切削技能現(xiàn)已顯現(xiàn)出強(qiáng)壯的生命力。

表8—2列出中型立、臥式加工中心[標(biāo)準(zhǔn)：作業(yè)臺(tái)寬度400一630mm，主軸錐孔IS040

或HSK63，資料切除牢＞200 cm3／min(45鋼)，刀具質(zhì)量＜10k8]的首要作業(yè)參數(shù)的

開展進(jìn)程，顯現(xiàn)了CNC機(jī)床向高速化開展的趨勢(shì)。