摘要:本文分兩部分綜合介紹了有關(guān)高速加工機(jī)床的設(shè)計(jì)與應(yīng)用的一些基本知識(shí),指出了:善于對(duì)各種可選的設(shè)計(jì)技術(shù)方案和加工工藝方法進(jìn)行綜合分析與評(píng)估,并善于學(xué)習(xí),總結(jié)經(jīng)驗(yàn),指導(dǎo)新的實(shí)踐,才是設(shè)計(jì)好和應(yīng)用的高速加工機(jī)床的關(guān)鍵. 

    高速加工機(jī)床是基于現(xiàn)代刀具材料的發(fā)展,為滿足航空,航天,汽車和模具等行業(yè)的發(fā)展需要而在數(shù)控銑床,加工中心的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的高效,高性能加工機(jī)床,因此,它的基本特征不僅是切削速度高(是常規(guī)切削速度的5～10倍),進(jìn)給/快移速度快(達(dá)40m/min至180m/min),加減速度大(現(xiàn)多為1g～2g),而且還包含有刀具和或工件交換的時(shí)間短(在數(shù)秒至1秒以內(nèi))以及常常具有多軸聯(lián)動(dòng)功能等特點(diǎn). 

    一,高速加工機(jī)床的優(yōu)點(diǎn) 

    高速加工機(jī)床具有諸多優(yōu)點(diǎn),如: 

    1.生產(chǎn)效率高,材料去除率是常規(guī)切削加工機(jī)床的3～6倍,從而可大大縮短零件的加工時(shí)間和制造周期; 

    2.切削力比常規(guī)速度時(shí)少30%～50%和約30%以上的切削熱將被切屑所帶走,所以工件溫升和變形少,有利于進(jìn)行薄壁件切削和提高加工精度; 

    3.由于切削速度高,切削過程中產(chǎn)生的強(qiáng)迫振動(dòng)頻率一般遠(yuǎn)離了機(jī)床工藝系統(tǒng)的固有頻率,故切削過程更平穩(wěn),有利于提高加工表面質(zhì)量和刀具壽命,免掉許多費(fèi)時(shí)費(fèi)工的人工順序作業(yè); 

    4.許多機(jī)電產(chǎn)品所用的零部件,無論是單件或批量需求的,都可在相應(yīng)的高速加工機(jī)床(如多軸聯(lián)動(dòng)的高速加工中心和車銑中心)上進(jìn)行多工序復(fù)合加工甚至一次裝夾實(shí)現(xiàn)全部加工. 

    因此,高速加工機(jī)床自上世紀(jì)八十年代中期出現(xiàn)以來,便受到人們普遍的重視.隨著有關(guān)技術(shù),如高速電主軸,直線電機(jī),功能強(qiáng),性能好的數(shù)控伺服系統(tǒng)等的快速發(fā)展和日益完善,高速加工機(jī)床的生產(chǎn)與應(yīng)用,現(xiàn)已變得很普遍;不僅大的國(guó)際有名的機(jī)床制造廠商能生產(chǎn),一般的國(guó)內(nèi)外機(jī)床廠也在開始制造,而且成了世界機(jī)床業(yè)中爭(zhēng)先開發(fā)的主導(dǎo)產(chǎn)品,不僅模具,航天,航空等行業(yè)在進(jìn)行單件或小批生產(chǎn)中應(yīng)用,在汽車乃至一航機(jī)械制造業(yè)中進(jìn)行批量生產(chǎn)時(shí)也在廣泛使用,從而成了這些行業(yè)中的主流加工裝備. 

    然而,為了更好地成功開發(fā)和充分地合理地應(yīng)用高速加工機(jī)床,本人以為,高速加工機(jī)床的設(shè)計(jì),制造者和應(yīng)用者仍應(yīng)對(duì)下列諸方面的問題有更多,更深刻的理解和研究,并善于學(xué)習(xí),總結(jié)和創(chuàng)新. 

    二,高速加工對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)的基本要求和設(shè)計(jì)原則 

    由于高速加工中的切削速度,進(jìn)給速度和加減速度都大,因此機(jī)床的發(fā)熱量,運(yùn)動(dòng)部件的慣量也大,容易導(dǎo)致機(jī)床結(jié)構(gòu)的過量溫升,熱變形和產(chǎn)生沖擊振動(dòng),最終會(huì)影響到加工精度,質(zhì)量乃至機(jī)床和刀具的工作壽命和可靠性.所以,高速加工對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)的基本要求,首先是要三高,即靜剛度高,動(dòng)剛度高和熱剛度高,也就是說,"三剛"特性要好;其次是運(yùn)動(dòng)部件要輕量化,即要盡量減少傳動(dòng)系統(tǒng)的慣量.為此,機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)采取的原則措施是: 

    1.為了提高結(jié)構(gòu)的靜剛度,首先是選擇彈性模量大的材料,如鋼,鑄鐵等作為結(jié)構(gòu)件的基本材料;其次是根據(jù)受力的性質(zhì)(拉,壓或扭)和條件(力的大小,方向和作用點(diǎn))選擇合理的結(jié)構(gòu)截面形狀,尺寸,筋壁布置和機(jī)床的總體布局;三是結(jié)構(gòu)件間的接合面要平整,面積大小要適當(dāng),接觸點(diǎn)在接合面上的分布要均勻,連接要牢固等;四是盡量采用箱形和整體型結(jié)構(gòu). 

    2.為了提高結(jié)構(gòu)的動(dòng)剛度,首先是在保證靜剛度的前提下,選擇阻尼系數(shù)大的材料,如人造花崗巖,鑄鐵等作為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)件的材料;二是通過模型試驗(yàn)或模態(tài)分析合理設(shè)計(jì)和調(diào)整結(jié)構(gòu)的質(zhì)量分布和結(jié)構(gòu)接合面的剛度值,以改變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)本身的固有振動(dòng)頻率,使其遠(yuǎn)離切削過程中所產(chǎn)生的強(qiáng)迫振動(dòng)頻率,避免產(chǎn)生共振的可能性;三是有意采用能增加附加阻尼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),如帶夾芯的雙層壁鑄件和非連續(xù)焊接的焊件等;四