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。