[科普中国]-数控高速机

数控高速机是雕铣机的一个发展方向。一般认为数控高速机应该具有一下特点：数控高速机的主轴转速很快，主轴最低转速也在30000r/min；进给速度很高，市面上80m/min的高速机已经很普遍了，120m/min的也已经出现。要做到这两点不单只针对主轴电机和伺服进给系统，而是对整台机器提出更高的要求。

组成结构数控高速机包含：高速主轴单元，高速进给系统，高速CNC控制系统，高性能的刀具系统，机床支承技术和辅助单元（装夹、冷却、安全、清洁等）。1

高速主轴单元高速主轴部件是高速机床最为关键部件之一，同时高速主轴单元的没计是实现高速加工的关键技术之一。高速主轴单元的类型主要有电主轴、气动主轴、水动主轴等。不同类型的主轴输出功率相差较大。高速主轴要在极短的时间内完成升降速，并在指定的位置快速准停，这要求主轴具有很高的角加速度。主轴的驱动如果通过带传动等中间环节，不仅会在高速状态打滑、产生振动和噪声，而且增加了转动惯量，机床主轴快速准停非常困难。高速加工机床主轴系统在结构上几乎都是采用交流伺服电动机直接驱动的集成结构形式。集成化主轴有两种形式：一种是通过联轴器把电动机与主轴直接联接，另一种是把电动机转子和主轴做成一体。1

高速进给系统高速机床必须同时具有高速主轴系统和高速进给系统，这不仅是为了提高生产率，也是为了达到高速切削中刀具正常工作的条件，否则会造成刀具急剧磨损，破坏加工工件的表面质量。进给系统只有在很短的时间内达到高速和在很短的时间内实现准停才有意义。为了实现高速进给，除了可以采用经过改进的滚珠丝杠副外，直线电动机驱动成为高速进给系统的发展方向。1

高速CNC控制系统高速加工机床主轴转速、进给速度和进给加减速非常高，因此对高速加工机床的控制系统提出了更高的要求。用于高速切削的数控装置必须具备很高的运算速度和精度。采用快速响应的伺服控制，以满足复杂型腔的高速度加工要求。1

数控高速机床身为保证机床的高精度、高稳定性和高刚性，所有铸件都应采用有限元分析来优化设计、采用高阻尼性能的优质铸铁制造，均经过了振动时效处理。可直接对淬硬模具钢进行高速铣削，且曲面加工速度快、质量好、大大缩短了模具加工的工艺流程、提高生产效益。床身、一体化横梁等主要部件保留砂芯都使机床的抗振性能更佳。1

高速机的特点1.高速加工与传统加工方式有较大的区别。2

2.传统加工工艺采用低转速、大功率主轴，低进刀速度，较大切削量，由于刀具和工件表面都承受很的大的切削力，在刀具和工件表明将产生很高的热量，工件的热变形很大，刀具发热磨损寿命变短，这样传统加工方式时间比较长，加工精度、光洁度较差，刀具损耗大。2

3.高速加工方式采用小切削量和进刀深度，5~10倍于传统加工方式的切削速度，这意味着主轴轴承、刀具和工件承受较小的切削力，由于切削速度高，加工产生的大部分热量都被铁屑带走，工件就可以有非常好的表面光洁度和加工精度，同时大幅度缩短加工时间。2

4.高速机床和传统机床的有效配合

5.高速加工是传统加工的继承和发展而不是放弃。2

最科学的使用方法是：采用传统加工方式把大切削量（开粗）的工序完成后，将剩余0.5mm左右的加工余量的工件在高速加工机床上快速完成，这样做有很多好处：重切削机床很多，加工费用很低，刀具便宜，可节省很大的加工成本。开粗加工完毕后加工工件接近成型，切削量较小，这样就可以最大限度的发挥高速加工机床的优势，快速成型，加工尺寸精度高，并且工件有非常好的表面光洁度，节省抛光时间，有时可以达到光面效果。2

数控高速机的精确要求数控高速机的速度高惯性冲击大，故直线导轨有要求较高（有的用硬轨在这里不做讨论），另一个丝杠方面要求两端预拉，螺帽预压采用双螺帽清除轴向间隙。日前这方面日本的技术相对专业，THK，NSK，台湾的进年来也有了点发展，但多数高端机床用日本的，这是些部件是精确主位的保障。3

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所