教学资源选用的制约因素【浅谈高速加工的制约因素】
【摘 要】高速加工（High speed Machining）极大提高了机械制造的工作效率。高速加工受到刀具技术、程序设计、CNC和电机以及机床自身设计因素的制约，这些因素紧密相连，高速加工只有在这些因素都达到最佳配合状态时，高速加工技术才能成功，文章对这些制约因素进行了探讨。
【关键词】高速加工；制约因素
高速加工(High speed Machining)是随着数控加工设备与高性能加工刀具技术的发展而日益成熟的一项新型加工技术，是当今数控技术中崛起的一种新方法。在飞机的骨架与机翼、高速列车的车厢骨架等需要切除大量金属的应用场合，高速加工可以大幅度缩短加工时间，一般只需传统加工时间的1/4左右；另外在汽车工业中，过去新车型的开发研制周期一般约为10年，而在汽车模具的制造过程中采用高速加工可以将新车型的研发周期缩短为2～3年，如FORD及TOYOTA新车型的开发周期仅为一年半。HSC技术的成功应用依赖于各种不同的因素，这些因素彼此紧密相连。只有在影响加工过程的所有因素都达到最佳配合的状态下，HSC技术才能成功。这些因素包括：刀具技术、程序设计、CNC和电机以及机床自身设计。
一、刀具技术
从一开始，刀具技术同机床制造在切削技术发展中就是互相促进的。一般用于精加工的半径较小的刀具（从R0.5mm到R5mm）用实心硬质合金来做。现在试验采用螺旋形（多刀刃）刀具，切削头部依据加工材料硬度的不同采用硬质合金、CERMET或者CBN制造，也可采用整体硬质合金刀具。这些刀具寿命较长，加工效果较好。不同的刀具材料对热震很敏感，所以常考虑采用冷却剂和考虑安装空气冷却系统。机床、刀具（刀具座/刀把）、工件（工件夹具）等整个系统的刚性对于刀具的寿命和能够达到的表面加工质量有显著影响。试验证明带热套整体式加长杆的刚度是传统加长杆的3倍；同时热套夹头与侧夹具夹头相比具有较高的旋转精度（＜3um）；与具有相同旋转精度的液压膨胀夹头相比传递的力矩高3～5倍。另外，刀具长度和加工的方向对加工表面的质量也有较大的影响。
二、程序设计
程序设计分为模型建构（CAD）和所需的制造工艺过程（CAM）——即刀具、加工策略等的制订两方面。先进的程序系统需要的是“开放”——即它们必须能够接受从其他系统传来的数据并能处理这些数据，所以必须具备一致的、标准化的接口。目前模具加工中最常用的接口标准是IGES（原始图形交换标准），这种标准主要运用在把工件图形作为线或面模式传入的场合；而VDA-FS（Ftachenschnittstelle des Vereins Deutscher Automobile Industries-德国自动化工业标准接口）则常用在不能用数学方式描述的物体几何数据传输和处理的情况下（例如飞机外壳的自由曲面）。一旦工件模型数据同工艺数据相结合，所谓的CLDATA或APT程序就准备完毕，这个程序通过后置处理器编译成相应的控制语言。HSC成功应用的关键在于CAD／CAM用的程序编制器要能够自动调节机床刀具到最佳加工方式。
三、CNC和电机
现代CNC控制器能提高速度、精度和表面加工质量，它的特色主要有：一是，程序段处理时间降到0.5ms；二是，内存达到1.5GB以上；三是，能进行螺旋线、NURBS（抛物线、双曲线）等插补；四是，前瞻功能可以达到100个程序段以上，尤其在5轴机床上，对于刀具长度和加工几何尺寸有自动补偿功能；五是，具备刀库管理功能（TCPM）；六是，振动限制和补偿；七是，可以达到100MB的快速接口（以太网）速度。
四、机床
HSC要求机床床身能快速移动，所以不充分考虑机床本身的设计就不能把数控系统的高性能转化成高质量的切削性能和可靠的操作。首先是定位精度的问题。HSC要求CNC能快速处理大量的数据保证快速的进给和保证机床的加速、减速性能，但是所有这些不能以损失定位精度为代价。光是实现CNC对数据的快速处理是不够的，机床必须携带巨大的负载做准确的三维甚至五维移动，当机床做差补运动时，三个甚至五个伺服电机同时驱动滚珠丝杆或齿轮齿条把回转运动转换成直线运动，电机必须有足够的动力克服机械运动阻力、切削力和工件的重量。其次是HSC技术在一定的温度条件下保证机械精度。轴承、滚珠丝杆及导轨的摩擦都会产生热量，此外电机会产生热量，切削过程也会产生热量，所有的热量都会使机械部分产生热胀冷缩。因此提高机床的机械精度应该放在HSC机床制造的第一位。最后是机床的零部件设计。如主轴电机、主轴轴承、主轴轴杆、导轨、床身等的设计。高速机床需要的是运动的刚性，即部件既要轻又要有刚性。有限元应力分析设计为高速机床的机械设计提供了最先进的手段。
参 考 文 献
[1]Dr、Ing、H．高速加工发展概况[J]．机械制造与自动化．2002（1）
[2]杨洪旗．模具高速加工技术[J]．机电信息．2000（5）
[3]曾宝平，王成勇等．淬硬钢的高速切削加工[J]．机电工程技术．2002（6）