米克朗高速機(jī)床加工工模具

                   圖1:高速銑床的大致結(jié)構(gòu)，這是為了分散SY SZ VC [Wz Ws]SX 上的移動(dòng)質(zhì)量而設(shè)計(jì)的對(duì)高速切削加工中心的要求

　　對(duì)高速銑床部件的要求，一方面應(yīng)從最終用戶(hù)的角度進(jìn)行定義，另一方面，應(yīng)從加工工藝角度定義。對(duì)于第二點(diǎn)，尤其應(yīng)該加以注意。高速切削加工中心所需要關(guān)注的核心點(diǎn)是設(shè)備的動(dòng)態(tài)特性 (結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)部件)、電主軸、控制系統(tǒng)和自動(dòng)化裝置等。

　　動(dòng)態(tài)特性

　　高速切削加工中心的動(dòng)態(tài)特性常常被簡(jiǎn)化成加工速度和加速度能力，事實(shí)上這種看法是不夠全面的。機(jī)床獲取大路徑切換值的動(dòng)態(tài)特性至關(guān)重要。路徑切換值越大，所需的加工時(shí)間也就越短，刀具的使用壽命也越長(zhǎng)。而獲得高動(dòng)態(tài)性能的基礎(chǔ)是機(jī)床的各個(gè)部件應(yīng)該具有最佳阻尼特性，整個(gè)系統(tǒng)有很高的穩(wěn)定性。這些特性可以通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和選擇合適的機(jī)床材料來(lái)獲得。

　　比如近些年來(lái)發(fā)展的聚合物混凝土(人造大理石)床身，其減振效果比使用鑄鐵材料的床身大大提高了，阻尼特性是鑄鐵的10倍。今天，幾乎所有的高動(dòng)態(tài)性能機(jī)床的制造商都用混凝土作為各種非移動(dòng)結(jié)構(gòu)部件的材料，比如用于機(jī)床床身和橫梁。大動(dòng)態(tài)特性的機(jī)床部件移動(dòng)所產(chǎn)生的沖擊力被混凝土床身完全吸收了。

　　相比之下，當(dāng)制造像主軸箱這樣的移動(dòng)部件時(shí)，鑄鐵材料的耐壓和耐拉強(qiáng)度就更有優(yōu)勢(shì)一些。鑄鐵材料可以用于制造具有優(yōu)異強(qiáng)度和穩(wěn)定性的較輕的部件。與傳統(tǒng)銑削機(jī)床相比較，高速銑床上的移動(dòng)部件的質(zhì)量降低了三到五倍。

　　笛卡爾機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)的另一個(gè)原理就是，盡可能的將切削力分配在工件和刀具上。一方面要考慮工件的重量，另一方面還要考慮主軸的重量，目標(biāo)就是盡量達(dá)到質(zhì)量平衡關(guān)系。圖1顯示了一臺(tái)用于加工中等重量工件的機(jī)床，機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)就特別考慮到了這一特殊要求。在此情況下，分布在工具側(cè)的質(zhì)量和分布在工件側(cè)的質(zhì)量大小相等。在這種特殊情況下，就可保證Y-軸的動(dòng)態(tài)特性在相當(dāng)大程度上與X軸的動(dòng)態(tài)特性一致。

　　今天，人們對(duì)5軸高性能、高速加工的興趣與日俱增。就高速加工產(chǎn)生的背景來(lái)看，機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)工作臺(tái)的驅(qū)動(dòng)方式關(guān)系密切。常規(guī)的蝸輪蝸桿驅(qū)動(dòng)的圓形旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，其動(dòng)態(tài)特性無(wú)法滿(mǎn)足五軸聯(lián)動(dòng)高速切削的要求。而采用直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)的旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)可以提供與線(xiàn)性軸相匹配的進(jìn)給轉(zhuǎn)速和加速度，甚至提供優(yōu)于線(xiàn)性軸性能的參數(shù)。采用直接驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的另一個(gè)好處就是驅(qū)動(dòng)裝置中沒(méi)有了易損件。因此，具有顯著加工效率的五軸聯(lián)動(dòng)高速加工就實(shí)現(xiàn)了。

　　高速加工的一個(gè)基本動(dòng)態(tài)特性是能夠以最快的速度達(dá)到程序中設(shè)定的進(jìn)給速度。為此需要的加速度和切換值由大功率數(shù)字驅(qū)動(dòng)裝置提供。實(shí)現(xiàn)高的進(jìn)給速度和進(jìn)給加速度既可以通過(guò)大螺距滾珠絲杠和交流伺服電機(jī)配　合實(shí)現(xiàn)，也可以由線(xiàn)性電機(jī)直接提供。最終選擇哪一種驅(qū)動(dòng)方式，只有通過(guò)實(shí)踐來(lái)證明。事實(shí)上兩種不同的驅(qū)動(dòng)方式都各有其利弊。采用何種技術(shù)方式、進(jìn)給速度、加速度和切換值仍然要服從于改善零件加工精度的要求，目前市場(chǎng)上并沒(méi)有用直線(xiàn)電機(jī)技術(shù)替代已經(jīng)很成熟的滾珠絲杠技術(shù)的緊迫要求。

　　對(duì)于以球形循環(huán)為基礎(chǔ)的各種設(shè)計(jì)，包括滾珠絲杠和帶有滾動(dòng)滑塊的線(xiàn)性導(dǎo)軌，初始的預(yù)緊力相當(dāng)重要。只有采用合適的預(yù)緊力，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)的系統(tǒng)穩(wěn)定性最大、磨損量最小、產(chǎn)生的熱量最小。另外滾珠絲杠需要兩端固定。

　　對(duì)于中小型機(jī)床，線(xiàn)性導(dǎo)軌采用集中布局，其間距越遠(yuǎn)越好。為了達(dá)到更好的檢測(cè)效果，線(xiàn)性光柵尺也應(yīng)安裝在線(xiàn)性導(dǎo)軌之間，而且盡量靠近加工點(diǎn)。首先，這種集中布局提供了一定程度的保護(hù)，可防止被污染；第二，進(jìn)給速度被對(duì)稱(chēng)地傳遞給線(xiàn)性導(dǎo)軌，而且實(shí)際記錄的位置就是被加工的位置。為了更準(zhǔn)確地記錄位置和速度，就要使用包括高精度旋轉(zhuǎn)編碼器和線(xiàn)性測(cè)量裝置在內(nèi)的雙反饋系統(tǒng)。