摘要:本文分兩部分綜合介紹了有關高速加工機床的設計與應用的一些基本知識,指出了:善于對各種可選的設計技術方案和加工工藝方法進行綜合分析與評估,并善于學習,總結經驗,指導新的實踐,才是設計好和應用的高速加工機床的關鍵. 

    高速加工機床是基于現代刀具材料的發展,為滿足航空,航天,汽車和模具等行業的發展需要而在數控銑床,加工中心的基礎上發展起來的高效,高性能加工機床,因此,它的基本特征不僅是切削速度高(是常規切削速度的5～10倍),進給/快移速度快(達40m/min至180m/min),加減速度大(現多為1g～2g),而且還包含有刀具和或工件交換的時間短(在數秒至1秒以內)以及常常具有多軸聯動功能等特點. 

    一,高速加工機床的優點 

    高速加工機床具有諸多優點,如: 

    1.生產效率高,材料去除率是常規切削加工機床的3～6倍,從而可大大縮短零件的加工時間和制造周期; 

    2.切削力比常規速度時少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,切削過程中產生的強迫振動頻率一般遠離了機床工藝系統的固有頻率,故切削過程更平穩,有利于提高加工表面質量和刀具壽命,免掉許多費時費工的人工順序作業; 

    4.許多機電產品所用的零部件,無論是單件或批量需求的,都可在相應的高速加工機床(如多軸聯動的高速加工中心和車銑中心)上進行多工序復合加工甚至一次裝夾實現全部加工. 

    因此,高速加工機床自上世紀八十年代中期出現以來,便受到人們普遍的重視.隨著有關技術,如高速電主軸,直線電機,功能強,性能好的數控伺服系統等的快速發展和日益完善,高速加工機床的生產與應用,現已變得很普遍;不僅大的國際有名的機床制造廠商能生產,一般的國內外機床廠也在開始制造,而且成了世界機床業中爭先開發的主導產品,不僅模具,航天,航空等行業在進行單件或小批生產中應用,在汽車乃至一航機械制造業中進行批量生產時也在廣泛使用,從而成了這些行業中的主流加工裝備. 

    然而,為了更好地成功開發和充分地合理地應用高速加工機床,本人以為,高速加工機床的設計,制造者和應用者仍應對下列諸方面的問題有更多,更深刻的理解和研究,并善于學習,總結和創新. 

    二,高速加工對機床結構的基本要求和設計原則 

    由于高速加工中的切削速度,進給速度和加減速度都大,因此機床的發熱量,運動部件的慣量也大,容易導致機床結構的過量溫升,熱變形和產生沖擊振動,最終會影響到加工精度,質量乃至機床和刀具的工作壽命和可靠性.所以,高速加工對機床結構的基本要求,首先是要三高,即靜剛度高,動剛度高和熱剛度高,也就是說,"三剛"特性要好;其次是運動部件要輕量化,即要盡量減少傳動系統的慣量.為此,機床結構設計應采取的原則措施是: 

    1.為了提高結構的靜剛度,首先是選擇彈性模量大的材料,如鋼,鑄鐵等作為結構件的基本材料;其次是根據受力的性質(拉,壓或扭)和條件(力的大小,方向和作用點)選擇合理的結構截面形狀,尺寸,筋壁布置和機床的總體布局;三是結構件間的接合面要平整,面積大小要適當,接觸點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構. 

    2.為了提高結構的動剛度,首先是在保證靜剛度的前提下,選擇阻尼系數大的材料,如人造花崗巖,鑄鐵等作為基礎結構件的材料;二是通過模型試驗或模態分析合理設計和調整結構的質量分布和結構接合面的剛度值,以改變結構系統本身的固有振動頻率,使其遠離切削過程中所產生的強迫振動頻率,避免產生共振的可能性;三是有意采用能增加附加阻尼的結構設計,如帶夾芯的雙層壁鑄件和非連續焊接的焊件等;四