[科普中國]-數(shù)控高速機

數(shù)控高速機是雕銑機的一個發(fā)展方向。一般認(rèn)為數(shù)控高速機應(yīng)該具有一下特點：數(shù)控高速機的主軸轉(zhuǎn)速很快，主軸最低轉(zhuǎn)速也在30000r/min；進(jìn)給速度很高，市面上80m/min的高速機已經(jīng)很普遍了，120m/min的也已經(jīng)出現(xiàn)。要做到這兩點不單只針對主軸電機和伺服進(jìn)給系統(tǒng)，而是對整臺機器提出更高的要求。

組成結(jié)構(gòu)數(shù)控高速機包含：高速主軸單元，高速進(jìn)給系統(tǒng)，高速CNC控制系統(tǒng)，高性能的刀具系統(tǒng)，機床支承技術(shù)和輔助單元（裝夾、冷卻、安全、清潔等）。1

高速主軸單元高速主軸部件是高速機床最為關(guān)鍵部件之一，同時高速主軸單元的沒計是實現(xiàn)高速加工的關(guān)鍵技術(shù)之一。高速主軸單元的類型主要有電主軸、氣動主軸、水動主軸等。不同類型的主軸輸出功率相差較大。高速主軸要在極短的時間內(nèi)完成升降速，并在指定的位置快速準(zhǔn)停，這要求主軸具有很高的角加速度。主軸的驅(qū)動如果通過帶傳動等中間環(huán)節(jié)，不僅會在高速狀態(tài)打滑、產(chǎn)生振動和噪聲，而且增加了轉(zhuǎn)動慣量，機床主軸快速準(zhǔn)停非常困難。高速加工機床主軸系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上幾乎都是采用交流伺服電動機直接驅(qū)動的集成結(jié)構(gòu)形式。集成化主軸有兩種形式：一種是通過聯(lián)軸器把電動機與主軸直接聯(lián)接，另一種是把電動機轉(zhuǎn)子和主軸做成一體。1

高速進(jìn)給系統(tǒng)高速機床必須同時具有高速主軸系統(tǒng)和高速進(jìn)給系統(tǒng)，這不僅是為了提高生產(chǎn)率，也是為了達(dá)到高速切削中刀具正常工作的條件，否則會造成刀具急劇磨損，破壞加工工件的表面質(zhì)量。進(jìn)給系統(tǒng)只有在很短的時間內(nèi)達(dá)到高速和在很短的時間內(nèi)實現(xiàn)準(zhǔn)停才有意義。為了實現(xiàn)高速進(jìn)給，除了可以采用經(jīng)過改進(jìn)的滾珠絲杠副外，直線電動機驅(qū)動成為高速進(jìn)給系統(tǒng)的發(fā)展方向。1

高速CNC控制系統(tǒng)高速加工機床主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度和進(jìn)給加減速非常高，因此對高速加工機床的控制系統(tǒng)提出了更高的要求。用于高速切削的數(shù)控裝置必須具備很高的運算速度和精度。采用快速響應(yīng)的伺服控制，以滿足復(fù)雜型腔的高速度加工要求。1

數(shù)控高速機床身為保證機床的高精度、高穩(wěn)定性和高剛性，所有鑄件都應(yīng)采用有限元分析來優(yōu)化設(shè)計、采用高阻尼性能的優(yōu)質(zhì)鑄鐵制造，均經(jīng)過了振動時效處理。可直接對淬硬模具鋼進(jìn)行高速銑削，且曲面加工速度快、質(zhì)量好、大大縮短了模具加工的工藝流程、提高生產(chǎn)效益。床身、一體化橫梁等主要部件保留砂芯都使機床的抗振性能更佳。1

高速機的特點1.高速加工與傳統(tǒng)加工方式有較大的區(qū)別。2

2.傳統(tǒng)加工工藝采用低轉(zhuǎn)速、大功率主軸，低進(jìn)刀速度，較大切削量，由于刀具和工件表面都承受很的大的切削力，在刀具和工件表明將產(chǎn)生很高的熱量，工件的熱變形很大，刀具發(fā)熱磨損壽命變短，這樣傳統(tǒng)加工方式時間比較長，加工精度、光潔度較差，刀具損耗大。2

3.高速加工方式采用小切削量和進(jìn)刀深度，5~10倍于傳統(tǒng)加工方式的切削速度，這意味著主軸軸承、刀具和工件承受較小的切削力，由于切削速度高，加工產(chǎn)生的大部分熱量都被鐵屑帶走，工件就可以有非常好的表面光潔度和加工精度，同時大幅度縮短加工時間。2

4.高速機床和傳統(tǒng)機床的有效配合

5.高速加工是傳統(tǒng)加工的繼承和發(fā)展而不是放棄。2

最科學(xué)的使用方法是：采用傳統(tǒng)加工方式把大切削量（開粗）的工序完成后，將剩余0.5mm左右的加工余量的工件在高速加工機床上快速完成，這樣做有很多好處：重切削機床很多，加工費用很低，刀具便宜，可節(jié)省很大的加工成本。開粗加工完畢后加工工件接近成型，切削量較小，這樣就可以最大限度的發(fā)揮高速加工機床的優(yōu)勢，快速成型，加工尺寸精度高，并且工件有非常好的表面光潔度，節(jié)省拋光時間，有時可以達(dá)到光面效果。2

數(shù)控高速機的精確要求數(shù)控高速機的速度高慣性沖擊大，故直線導(dǎo)軌有要求較高（有的用硬軌在這里不做討論），另一個絲杠方面要求兩端預(yù)拉，螺帽預(yù)壓采用雙螺帽清除軸向間隙。日前這方面日本的技術(shù)相對專業(yè)，THK，NSK，臺灣的進(jìn)年來也有了點發(fā)展，但多數(shù)高端機床用日本的，這是些部件是精確主位的保障。3

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

王沛 - 副教授、副研究員 - 中國科學(xué)院工程熱物理研究所