米克朗高速机床加工工模具

                   图1:高速铣床的大致结构，这是为了分散SY SZ VC [Wz Ws]SX 上的移动质量而设计的对高速切削加工中心的要求

　　对高速铣床部件的要求，一方面应从最终用户的角度进行定义，另一方面，应从加工工艺角度定义。对于第二点，尤其应该加以注意。高速切削加工中心所需要关注的核心点是设备的动态特性 (结构、驱动部件)、电主轴、控制系统和自动化装置等。

　　动态特性

　　高速切削加工中心的动态特性常常被简化成加工速度和加速度能力，事实上这种看法是不够全面的。机床获取大路径切换值的动态特性至关重要。路径切换值越大，所需的加工时间也就越短，刀具的使用寿命也越长。而获得高动态性能的基础是机床的各个部件应该具有最佳阻尼特性，整个系统有很高的稳定性。这些特性可以通过结构优化设计和选择合适的机床材料来获得。

　　比如近些年来发展的聚合物混凝土(人造大理石)床身，其减振效果比使用铸铁材料的床身大大提高了，阻尼特性是铸铁的10倍。今天，几乎所有的高动态性能机床的制造商都用混凝土作为各种非移动结构部件的材料，比如用于机床床身和横梁。大动态特性的机床部件移动所产生的冲击力被混凝土床身完全吸收了。

　　相比之下，当制造像主轴箱这样的移动部件时，铸铁材料的耐压和耐拉强度就更有优势一些。铸铁材料可以用于制造具有优异强度和稳定性的较轻的部件。与传统铣削机床相比较，高速铣床上的移动部件的质量降低了三到五倍。

　　笛卡尔机床运动学的另一个原理就是，尽可能的将切削力分配在工件和刀具上。一方面要考虑工件的重量，另一方面还要考虑主轴的重量，目标就是尽量达到质量平衡关系。图1显示了一台用于加工中等重量工件的机床，机床设计时就特别考虑到了这一特殊要求。在此情况下，分布在工具侧的质量和分布在工件侧的质量大小相等。在这种特殊情况下，就可保证Y-轴的动态特性在相当大程度上与X轴的动态特性一致。

　　今天，人们对5轴高性能、高速加工的兴趣与日俱增。就高速加工产生的背景来看，机床的结构设计和旋转摆动工作台的驱动方式关系密切。常规的蜗轮蜗杆驱动的圆形旋转工作台，其动态特性无法满足五轴联动高速切削的要求。而采用直接驱动技术的旋转工作台可以提供与线性轴相匹配的进给转速和加速度，甚至提供优于线性轴性能的参数。采用直接驱动旋转工作台的另一个好处就是驱动装置中没有了易损件。因此，具有显著加工效率的五轴联动高速加工就实现了。

　　高速加工的一个基本动态特性是能够以最快的速度达到程序中设定的进给速度。为此需要的加速度和切换值由大功率数字驱动装置提供。实现高的进给速度和进给加速度既可以通过大螺距滚珠丝杠和交流伺服电机配　合实现，也可以由线性电机直接提供。最终选择哪一种驱动方式，只有通过实践来证明。事实上两种不同的驱动方式都各有其利弊。采用何种技术方式、进给速度、加速度和切换值仍然要服从于改善零件加工精度的要求，目前市场上并没有用直线电机技术替代已经很成熟的滚珠丝杠技术的紧迫要求。

　　对于以球形循环为基础的各种设计，包括滚珠丝杠和带有滚动滑块的线性导轨，初始的预紧力相当重要。只有采用合适的预紧力，驱动系统才能正常运转，此时的系统稳定性最大、磨损量最小、产生的热量最小。另外滚珠丝杠需要两端固定。

　　对于中小型机床，线性导轨采用集中布局，其间距越远越好。为了达到更好的检测效果，线性光栅尺也应安装在线性导轨之间，而且尽量靠近加工点。首先，这种集中布局提供了一定程度的保护，可防止被污染；第二，进给速度被对称地传递给线性导轨，而且实际记录的位置就是被加工的位置。为了更准确地记录位置和速度，就要使用包括高精度旋转编码器和线性测量装置在内的双反馈系统。