米克朗高速機床加工工模具

                   圖1:高速銑床的大致結構，這是為了分散SY SZ VC [Wz Ws]SX 上的移動質量而設計的對高速切削加工中心的要求

　　對高速銑床部件的要求，一方面應從最終用戶的角度進行定義，另一方面，應從加工工藝角度定義。對于第二點，尤其應該加以注意。高速切削加工中心所需要關注的核心點是設備的動態(tài)特性 (結構、驅動部件)、電主軸、控制系統(tǒng)和自動化裝置等。

　　動態(tài)特性

　　高速切削加工中心的動態(tài)特性常常被簡化成加工速度和加速度能力，事實上這種看法是不夠全面的。機床獲取大路徑切換值的動態(tài)特性至關重要。路徑切換值越大，所需的加工時間也就越短，刀具的使用壽命也越長。而獲得高動態(tài)性能的基礎是機床的各個部件應該具有最佳阻尼特性，整個系統(tǒng)有很高的穩(wěn)定性。這些特性可以通過結構優(yōu)化設計和選擇合適的機床材料來獲得。

　　比如近些年來發(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，幾乎所有的高動態(tài)性能機床的制造商都用混凝土作為各種非移動結構部件的材料，比如用于機床床身和橫梁。大動態(tài)特性的機床部件移動所產(chǎn)生的沖擊力被混凝土床身完全吸收了。

　　相比之下，當制造像主軸箱這樣的移動部件時，鑄鐵材料的耐壓和耐拉強度就更有優(yōu)勢一些。鑄鐵材料可以用于制造具有優(yōu)異強度和穩(wěn)定性的較輕的部件。與傳統(tǒng)銑削機床相比較，高速銑床上的移動部件的質量降低了三到五倍。

　　笛卡爾機床運動學的另一個原理就是，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，目標就是盡量達到質量平衡關系。圖1顯示了一臺用于加工中等重量工件的機床，機床設計時就特別考慮到了這一特殊要求。在此情況下，分布在工具側的質量和分布在工件側的質量大小相等。在這種特殊情況下，就可保證Y-軸的動態(tài)特性在相當大程度上與X軸的動態(tài)特性一致。

　　今天，人們對5軸高性能、高速加工的興趣與日俱增。就高速加工產(chǎn)生的背景來看，機床的結構設計和旋轉擺動工作臺的驅動方式關系密切。常規(guī)的蝸輪蝸桿驅動的圓形旋轉工作臺，其動態(tài)特性無法滿足五軸聯(lián)動高速切削的要求。而采用直接驅動技術的旋轉工作臺可以提供與線性軸相匹配的進給轉速和加速度，甚至提供優(yōu)于線性軸性能的參數(shù)。采用直接驅動旋轉工作臺的另一個好處就是驅動裝置中沒有了易損件。因此，具有顯著加工效率的五軸聯(lián)動高速加工就實現(xiàn)了。

　　高速加工的一個基本動態(tài)特性是能夠以最快的速度達到程序中設定的進給速度。為此需要的加速度和切換值由大功率數(shù)字驅動裝置提供。實現(xiàn)高的進給速度和進給加速度既可以通過大螺距滾珠絲杠和交流伺服電機配　合實現(xiàn)，也可以由線性電機直接提供。最終選擇哪一種驅動方式，只有通過實踐來證明。事實上兩種不同的驅動方式都各有其利弊。采用何種技術方式、進給速度、加速度和切換值仍然要服從于改善零件加工精度的要求，目前市場上并沒有用直線電機技術替代已經(jīng)很成熟的滾珠絲杠技術的緊迫要求。

　　對于以球形循環(huán)為基礎的各種設計，包括滾珠絲杠和帶有滾動滑塊的線性導軌，初始的預緊力相當重要。只有采用合適的預緊力，驅動系統(tǒng)才能正常運轉，此時的系統(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。

　　對于中小型機床，線性導軌采用集中布局，其間距越遠越好。為了達到更好的檢測效果，線性光柵尺也應安裝在線性導軌之間，而且盡量靠近加工點。首先，這種集中布局提供了一定程度的保護，可防止被污染；第二，進給速度被對稱地傳遞給線性導軌，而且實際記錄的位置就是被加工的位置。為了更準確地記錄位置和速度，就要使用包括高精度旋轉編碼器和線性測量裝置在內(nèi)的雙反饋系統(tǒng)。