北京金鑫二手
机床回收中心 13501018466田知非先生 主要收购
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1高速铣削机床的特点高速铣削机床的特点是，采用主轴运动结构实现载荷的平稳，减小工作台由于运动的惯性，尤其是当工作台承载较大时，工作台本身和工件的运动载荷对高速切削极容易引起冲击，机床结构的新颖性对高速切削有着重要的影响，传统机床依靠工作台移动实现机床的XY方向的移动不是很适合高速切削。
（1）机床支撑部件：高速切削机床的床身等支撑部件应具有很好的动、静刚度，热刚度和最佳的阻尼特性。大部分机床采用高质量、高刚性和高抗张性的灰铸铁作为支撑部件材料，有的机床公司还在底座中添加高阻尼特性的聚合物混凝土，以增加其抗振性和热稳定性，这不但可保证机床精度稳定，也可防止切削时刀具振颤。采用封闭式床身设计，整体铸造床身，对称床身结构并配有密布的加强筋等也是提高机床稳定性的重要措施。采用模态分析和有限元结构计算等，优化了结构，使机床支撑部件更加稳定可靠。
（2）机床主轴：高速机床主轴的转速范围为10000～100000m／min，主轴功率大于15kW。
通过主轴压缩空气或冷却系统控制刀柄和主轴间的轴向间隙不大于0.005mm。还要求主轴具有快速升速、在指定位置快速准停的性能，因此高速主轴常采用液体静压轴承式、空气静压轴承式、热压氮化硅（Si 3 N 4）陶瓷轴承磁悬浮轴承式等结构形式。润滑多采用油气润滑、喷射润滑等技术。主轴冷却一般采用主轴内部水冷或气冷。
（3）机床驱动系统：为满足高速铣削的需要，高速铣削机床的驱动系统应具有下列特性：①高的进给速度；②高的加速度。
目前大多采用全闭环位置伺服控制的小导程、大尺寸、高质量的滚珠丝杠或大导程多头丝杠。随着电机技术的发展，先进的直线电动机已经问世，并成功应用于CNC机床。先进的直线电动机驱动使CNC机床不再有质量惯性、超前、滞后和振动等问题，加快了伺服响应速度，提高了伺服控制精度和机床铣削精度。
（4）数控系统：先进的数控系统是保证复杂曲面高速铣削质量和效率的关键因素，高速切削加工对数控系统的基本要求为：①高速的数字控制回路；②速度和加速度的前馈控制；③先进的插补方法；④预处理功能；⑤误差补偿功能；⑥传统的数据接口。
1.2高速数控铣削刀具（1）高速铣削刀柄：由于高速切削时，主轴、刀柄及刀具在高速旋转情况下，较小的偏心就会产生较大的离心力，由振动引起产品的质量、降低主轴和刀具的使用寿命。常规的刀具刀柄系统难以满足高速切削时的切削刚度和精度要求。
HSK刀柄及KM刀柄均为1：10的锥度，采用主轴锥孔和刀柄端面过定位的方式，实现刀具的定位夹紧，其重复定位精度在传统7：24的锥度刀柄±2.5μm提高到±1μm，采用这种刀柄系统可以提高主轴刚度，提高刀具的抗扭能力，且转速越高其锁紧力越大。但刀柄价格较贵，一般为常规刀柄的1.5～2倍，其最低转速小于KM刀柄。一般情况下，高速铣削时，刀具刀柄的不平衡力小于切削力时，不影响刀具的使用寿命和切削效率。
根据高速切削的动平衡规定，主轴转速至少要达到8000r／min以上。其进给速度至少大于20m／min。由于高速铣削动平衡的要求，在配置高速铣削刀柄刀具时优先配置经过动平衡测试的刀具系统，其次用户可以自行采用动平衡机及调整系统进行动平衡调节，但使用非常麻烦。要有效的发挥高速切削的加工效率，配置高速刀具夹持刀柄系统非常重要，在高速数控铣削加工实验中，总结出高速刀具及刀柄配置经验：①优先配置热胀式刀柄，通过热胀式加热仪装置进行加热，通过热胀冷缩的原理对刀具进行夹紧，其回转精度、结构对称性、动平衡性能均较液压（液压系统实验设备的使用）式刀柄好，在欧洲应用非常广泛，尤其适合模具等行业产品的高速切削加工，该刀柄可达到40000r／min；②液压式刀柄是高精度、高性能的刀柄夹持柄，其回转精度、结构对称性和动平衡性能均较好，减振性好，可有效提高切削效率和刀具的使用寿命，液压式刀柄以德国雄克公司的为典型代表，经过动平衡后转速可达到25000r／min；③整体式刀柄。其结构主要是刀体和刀柄为一体，在经过动平衡测试调整后，再安装铣削刀片进行动平衡调节来满足高速铣削加工的需要，整体式刀柄尤其适合模具的高速粗加工和铝合金高速铣削。其转速一般可以达到10000～30000r／min之间；④高速铣削应用精密弹簧夹头刀柄和侧固式刀柄时，其转速由于本身结构的限制，一般难以达到20000r／min，精密弹簧夹头刀柄一般可达到12000～15000r／min，而侧固式刀柄则难以达到10000r／min，在高速机床上尽量少用。
（2）高速铣削刀具：由于高速铣削对刀具刀柄要求较高，在配置高速刀具时尽量选配经过动平衡测试的刀具，常用的有硬质合金、涂层硬质合金、金属陶瓷、立方氮化硼（PCBN），聚晶金刚石（PCD）等。由于高速切削的安全性，加工时一定要注意加工防护，对没有把握的刀具刀柄一定要经过高速动平衡仪测试出真实数据，方可进行产品加工。由于高速运转时，刀具的长度在高速环境下其刀具直径和长度与静态条件下有所差别，采用激光机内对刀仪可有效解决数控编程的刀具工艺参数的确定。
高速切削钢材时，刀具材料应选用热硬性和疲劳强度高的P类硬质合金、涂层硬质合金、立方氮化硼（CBN）与CBN复合刀具材料（WBN）等。切削铸铁，应选用细晶粒的K类硬质合金进行粗加工，选用复合氮化硅陶瓷或聚晶立方氮化硼（PCNB）复合刀具进行精加工。精密加工有色金属或非金属材料时，应选用聚晶金刚石PCD或CVD金刚石涂层刀具。高速铣削时应针对相应的材料选择合适的刀柄和刀具材料，铝合金高速铣削时可优先选用采用镶刀片的整体刀柄。
（3）冷却润滑：高速加工采用带涂层的硬质合金刀具，在高速、高温的情况下不用切削液，切削效率更高。这是因为：铣削主轴高速旋转，切削液若要达到切削区，首先要克服极大的离心力；即使它克服了离心力进入切削区，也可能由于切削区的高温而立即蒸发，冷却效果很小甚至没有；同时切削液会使刀具刃部的温度激烈变化，容易导致裂纹的产生，所以要采用油／气冷却润滑的干式切削方式。这种方式可以用高压气体迅速吹走切削区产生的切削，从而将大量的切削热带走，同时经雾化的润滑油可以在刀具刃部和工件表面形成一层极薄的微观保护膜，可有效地延长刀具寿命并提高零件的表面质量。
1.3基于CAM的高速数控铣削编程技术用于数控铣削加工编程的CAM软件平台较多，比较常用的有UGNX、CATIA、Pro／E、Mastercam、Cima－tron、Surfcam、Powermill等，这些CAM软件平台在高速数控铣削编程方面发挥了很大的作用，虽然各自应用流程略有差别，但各系统提供的基本数控编程功能都比较相似。数控三轴铣削编程上都能满足产品的要求，但在五轴铣削编程，刀具轴矢量控制与后处理程序开发等方面还是存在较大差别的，尤其是五轴机床的加工编程与后处理程序开发表现更为突出。以下就通用的CAD＼CAM软件平台为环境，以几个具体的产品对象的数控铣削加工编程应用实例，分析它们在进行数控三轴铣削、五坐标联动加工编程的实例应用。
（1）三轴铣削刀具轨迹设计：典型CAM平台进行数控铣削编程时流程基本相同，涉及加工对象定义、刀具选择、加工模式选择、轨迹优化编辑修改控制、后处理与实体模拟等内容。典型CAM平台在三轴联动数控铣削加工编程方面，都包括为粗加工、精加工、清根加工三种模式以及实体模拟仿真。在刀具轨迹的生成控制方式包括二维轮廓粗精加工、深孔钻削加工、平行或环形等高分层铣削、螺旋铣削、曲面流线、投影加工、曲面清根、放射加工等功能，在高速铣削加工方面一般都提供高速R圆角控制、变速处理、直线拟合、样条插补等轨迹优化策略。
（2）五轴数控铣削刀具轨迹设计：在利用CAM平台进行五轴数控铣削刀具轨迹设计时，其核心内容主要包括刀具轴矢量控制、轨迹驱动方式、进退刀处理、五轴数控机床后处理与五坐标机床加工仿真模拟等方面的工作。由于五轴加工时产品的复杂性和刀具轴控制的灵活性和多样性，导致五坐标联动加工编程的难度和复杂性较大。一般CAM平台都提供五轴铣削数控编程功能，其主要包括：①旋转四轴：多用于带旋转工作台或配备绕X、Y轴的旋转台的四轴加工；②五轴底刃铣削：用于铣刀的底刃对空间曲面进行加工，避免传统球头刀的加工，此时需要对刀轴矢量进行合理的控制设计；③侧刃五轴：利用铣刀的侧刃对空间的曲面进行加工，避免球头刀的R切削，能大幅度提高曲面粗精加工的效率；④五轴顺序铣削与五面体加工：多用于铣削工步内容比较多的多面体加工，如立卧转换五面体加工中心可一次加工产品上的五个面或内外腔的场合，多用于工序的复合化加工；⑤曲线五轴：对
