高速切削的技術(shù)裝備

    高速切削(High Speed Cutting-HSC)概念起源于德國(guó)切削物理學(xué)家Carl Salomn的著名切削實(shí)驗(yàn)及其物理引伸。他認(rèn)為一定的工作材料對(duì)應(yīng)有一個(gè)臨界切削速度，其切削溫度最高。

    在常規(guī)切削范圍內(nèi)切削溫度Tv隨著切削速度Vc的增大而提高，當(dāng)切削速度到達(dá)臨界切削速度后，切削速度再增大，切削溫度反而下降(見(jiàn)圖1C區(qū))，所以越過(guò)B區(qū)，在高速區(qū)C區(qū)進(jìn)行切削，則可用現(xiàn)有的刀具進(jìn)行高速切削，從而大大地減少切削工時(shí)，成倍提高機(jī)床的生產(chǎn)率，同時(shí)提高加工質(zhì)量管理，并可用于切削各種硬、韌性、難加工材料的工件。因此，自上世紀(jì)80年代以來(lái)，國(guó)外在制造業(yè)的模具、航空、航天、汽車、精密機(jī)械、光學(xué)和家電等許多部門(mén)中，開(kāi)始廣泛應(yīng)用該先進(jìn)技術(shù)、取得了很大的成效。目前，面對(duì)日益加劇的國(guó)際竟?fàn)�，�?guó)內(nèi)廣大企業(yè)迫切需要對(duì)HSC加工技術(shù)有比較全面的了解，以便能正確選購(gòu)有關(guān)技術(shù)裝備，并充分發(fā)揮其作用，獲得予期的經(jīng)濟(jì)效益。

1 高速切削機(jī)床

    為了適應(yīng)粗精加工，輕重切削和快速移動(dòng)，同時(shí)保證高精度(定位精度±0.005mm)，性能良好的機(jī)床是實(shí)現(xiàn)高速切削的關(guān)鍵因素。其關(guān)鍵技術(shù)有以下幾項(xiàng)：

1.1 高速主軸

    高速主軸是高速切削機(jī)床的核心部件，隨著對(duì)主軸轉(zhuǎn)速要求的不斷提高，傳統(tǒng)的齒輪——皮帶變速傳動(dòng)系統(tǒng)由于本身的振動(dòng)、噪音等原因已不能適應(yīng)要求，取而代之的是一種新穎的功能部件——電主軸，它將主軸電機(jī)與機(jī)床主軸合二為一，實(shí)現(xiàn)了主軸電機(jī)與機(jī)床主軸的一體化。電主軸采用了電子傳感器來(lái)控制溫度，自帶水冷或油冷循環(huán)系統(tǒng)，使主軸在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)保持恒溫，一般可控制在20°~25°范圍內(nèi)某一設(shè)定溫度，精度為± 0.7°，同時(shí)使用油霧潤(rùn)滑、混合陶瓷軸承等新技術(shù)，使主軸免維護(hù)、長(zhǎng)壽命、高精度。 

1.2高速精密軸承 

 高速軸承是高速切削機(jī)床的核心，是決定高速主軸壽命和負(fù)載容量的最關(guān)鍵部件。 

 1.2.1 磁懸浮軸承 

 它是用電磁力將主軸無(wú)機(jī)械接觸地懸浮起來(lái)，其轉(zhuǎn)速可達(dá)45000r/min，功率為20kW，精度高，易實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)診斷和在線監(jiān)控，是理想的支承元件，但其價(jià)格較高。 

1.2.2 液體動(dòng)靜壓軸承 

 采用流體動(dòng)、靜力相結(jié)合的辦法，使主軸在油膜支撐中旋轉(zhuǎn)，具有徑、軸向跳動(dòng)小、剛性好、阻尼特性好，適于粗、精加工，壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。但其無(wú)通用性，維護(hù)保養(yǎng)較困難。 

1.2.3混合陶瓷軸承 

1.3 高速伺服系統(tǒng) 

 為了實(shí)現(xiàn)高速切削加工，機(jī)床不但要有高速主軸，還要有高速的伺服系統(tǒng)，這不僅是為了提高生產(chǎn)效率，也是維持高速切削中刀具正常工作的必要條件，否則會(huì)造成刀個(gè)的急劇磨損與升溫，破壞工件加工的表面質(zhì)量。 

1.3.1 直線電機(jī)伺服系統(tǒng) 

 直線電機(jī)是使電能直接轉(zhuǎn)變成直線機(jī)械運(yùn)動(dòng)的一種推力裝置，將機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)鏈的長(zhǎng)度縮短為零，它的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能敏捷、傳動(dòng)剛度高、精度高、加減速度大，行程不受限制、噪音低、成本較高，在加速度大于1g的情況下，是伺服系統(tǒng)的唯一選擇。