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高速銑削的關鍵技術有哪些？

發(fā)布時間：2024-11-09

高速切削是制造技術中引人注目的一項技術，其應用面廣。高速切削的關鍵技術包括：

1. 高速切削機床技術

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、噪聲等多項相關技術，其中一些技術又是相互制約的，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，設計和制造高速主軸必須綜合考慮滿足多方面的技術要求。高速主軸一般做成電主軸的結(jié)構(gòu)形式，其關鍵技術包括高速主軸軸承、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、滾動元件導向技術、高速測量與反饋控制技術和其他周邊技術，如冷卻和潤滑、防塵、防切屑、降噪及安全技術等。

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)相關聯(lián)的還有工作臺(拖板)、導軌的設計制造技術等等。

（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)的關鍵技術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

高速機床設計的另一個關鍵點，是如何在降低運動部件慣量的同時，保持基礎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

高速切削刀具技術是實現(xiàn)高速加工的關鍵技術之一。生產(chǎn)實踐證明，阻礙切削速度提高的關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

高速切削的工藝技術也是成功進行高速加工的關鍵技術之一。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中，切削方法和技術必須緊密結(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作指導，昂貴的高速加工設備也不能充分發(fā)揮作用。高速切削的工藝技術和傳統(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

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