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高速加工理論在普通數(shù)控機床上的實踐運用
江蘇省常州技師學院 魏小燕 2015/6/14 14:07:01
摘 要：近年來我國機械加工行業(yè)得到了飛速的發(fā)展，對零件的加工也已呈現(xiàn)出快速高精度的趨勢。高速加工相比傳統(tǒng)普通數(shù)據(jù)加工更具優(yōu)勢，尤其表現(xiàn)在切削速率和提高加工的質量方面。對此，應對高速加工理論方法重新進行歸納總結，找出能通過智能控制的方法，進而提高切削速率，從而使高速加工理論在普通數(shù)控機床上得到廣泛應用。
關鍵詞：高速加工；理論；數(shù)控機床；實踐應用
高精度發(fā)展的特點是利用最先進的機械技術，把迅速發(fā)展的電子技術和計算機技術與傳統(tǒng)加工技術相結合實現(xiàn)機電一體化，而高精度加工是從20世紀60年代逐漸發(fā)展至現(xiàn)在，它有別于傳統(tǒng)加工法，所以為提高更快速更高效率的加工，需要工作者們具備良好的專業(yè)素養(yǎng)和完整的加工理論，在數(shù)控系統(tǒng)方面做出巨大的創(chuàng)新。
1、提高數(shù)控機床高精度的關鍵
如何才能實現(xiàn)數(shù)控機床的高精度化的要求，主要方法是控制好機床的機械結構，還要有與之相協(xié)調的輔助系統(tǒng)，如排屑和冷卻等系統(tǒng)，這些輔助系統(tǒng)絕不是各自工作，彼此應相互協(xié)調，相互聯(lián)系，一個機械技術的進步標志不僅僅是單個系統(tǒng)的改進和革新，而是所有與此相關系統(tǒng)的全面創(chuàng)新。
1.1對微處理器進行提速
提高數(shù)控系統(tǒng)的高精度化，關鍵的一點是能讓計算機能讀出加工的數(shù)據(jù)，根據(jù)加工的指令精確算出電機位移量，之后，電動機就會做出相關響應，隨著DSP技術的逐漸成熟，使數(shù)據(jù)具有極強的吞吐能力成為可能，這也就使得指令周期得到大大的縮短，提高了效率，對大數(shù)據(jù)的采集和分析起到了很好的輔助作用。另外，在數(shù)控加工中，常常要達到亞微米級的精度要求，這就是所謂的高精密，為此，必須引入極其科學而又先進的控制算法，才能讓高精密加工達到毫米級的程度。
1.2加強主軸的轉速，提高加工效率
數(shù)控機床要想達到高速切削的要求，必須有極高速的轉速相匹配，可以加大輸出的功率，以便滿足主軸高轉速的要求，另一方面，轉速的提高還能讓零件表面的光潔度增加，進一步避免了再二次拋光的步驟，加工中常常會受到溫升熱的影響，溫升熱是會影響材料的變形的，如果把加工中產生的熱量，隨切削屑排除，便可提高零件的加工質量，提高轉速主要表現(xiàn)在以下幾個方面；
（1）提速的關鍵主要是減少功率損耗，避免誤差。選用高速電主軸可以滿足這一要求，它可以達到零傳動，選擇好主軸的支撐即涉及潤滑，冷卻等條件，實際工程上常常用靜液軸承，磁浮軸承等，其中應用最廣泛的是磁浮軸承，它有著轉速高，壽命長，方便快捷易操作等特點，已經越來越受到各國設計者爭先開發(fā)的新領域。
（2）工作臺常常受到慣性的影響，眾所周知，質量越打慣性就越大，慣性大就會增加a控制工作臺的難度，使用輕質高強的材料，適當?shù)販p少重量，會大幅度提高加工效率。
（3）提高主軸轉速的另一直接方法，就是改變傳統(tǒng)的間接式傳動模式，取而代之的是采用先進的直接直線式傳動模式，因為直線式傳動模式的加速度很大，節(jié)省了等待時間，采用直接直線電機的驅動方式能有效避免傳統(tǒng)間接直線式中由于扭轉剛度低造成系統(tǒng)整體剛度差的特點。另外，它還筒化了機床的結構，有效避免了由于彈性變形和磨損等情況帶來的運動誤差。同時，直接直線式電機還又很多的確定，首先價格方面較其他傳動模式昂貴，防塵方面也有極高的要求。
1.3運用先進的刀具技術
為適應高速的主軸，必須應用先進的刀具技術，現(xiàn)如今的刀具技術已經有了很大的突破，已足以滿足高速切屑的要求，其中聚晶金剛石的材料應用最為廣泛，其中刀柄是關鍵，德國研制的HSK刀柄，能有效避免離心力作用引起的擴張，它增強了刀柄的剛度，提高了定位精度，為高速旋轉的主軸，提供了有力的保障。
2、通過對計算機軟件的創(chuàng)新改變系統(tǒng)
2.1用補償技術
電動機和主軸等構件工作時無可避免的是會伴隨著熱量的輸出，產生的熱量很容易使材料變形，傳統(tǒng)的做法是間隙補償或者使用具有隔熱性能的材料，在硬件方面也會采用增加冷卻裝置的方式降溫，雖然效果不錯，但是制作成本卻大大增加，時間也過于漫長，于是可采取軟件的熱補償技術，通過軟件進行誤差模型的建立，分析理論數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對熱量的有效減少。
2.2前饋控制
輪廓的精度已越來越受到評判復雜型零件的標準，，而CNC系統(tǒng)的運動軌跡是相互協(xié)調的，輪廓的精準度主要是參考動態(tài)的參數(shù)是否相互匹配，這歸結于兩個方面，一方面是控制機床的進給軸位置，為提高伺服軸的靈動特性，必須要有極為先進的控制補償，對輪廓的細微之處才會有明顯的改善，另一方面，如若使二軸的運動更加協(xié)調，便能減小系統(tǒng)誤差，可以直接從改善機床的輪廓入手，即耦臺輪廓法，這種補償方法，是對附加信息的補償，這樣的補償對提高加工精度來說具有顯著效果。
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