為了在越高速加工復(fù)雜零件時(shí)獲得高精度，許多CNC系統(tǒng)采用了精簡(jiǎn)指令集系統(tǒng)(RISC) 0它可以計(jì)算系統(tǒng)參數(shù)產(chǎn)生的預(yù)期誤差,，并根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行修正,，從而使實(shí)際軌跡精確地跟蹤編程軌跡，消除跟蹤誤差,。RISC還具有控制加,、減速，優(yōu)化執(zhí)行程序等功能,，這種系統(tǒng)均已采用32 - 64位CPU.并帶有小型數(shù)據(jù)庫(kù),，兼有CAM功能，具有MAP3.0通信能力,，采用C語(yǔ)言編程,，具有工具監(jiān)控功能。日本FANUC公司生產(chǎn)的16/18 系列CNC系統(tǒng),，采用了64位高速RISC微處理器,，可以實(shí)現(xiàn)微小線段連續(xù)高速加工、前饋控制,、高精度輪廓控制及高速DNC操作,。
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高速切削數(shù)控沖床優(yōu)良的力學(xué)性能，必須通過它優(yōu)良的控制性能才能夠充分發(fā)揮,。數(shù)控高速切削加工要求CNC控制系統(tǒng)具有快速數(shù)據(jù)處理能力和高的功能化特性,，以保證在高速切削時(shí)(特別是在4-5軸坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工復(fù)雜曲面時(shí))仍具有良好的加工性能。
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刀柄是高速切削加工的一個(gè)關(guān)鍵部件,，高速切削用的刀具,，由于刀具旋轉(zhuǎn)速度很高，無(wú)論從保證加工精度方面考慮,，還是從操作安全方面考慮,，都對(duì)它的裝夾技術(shù)有很高的要求.傳統(tǒng)的刀柄與數(shù)控沖床主軸的連接方式是采用7 : 24錐柄實(shí)心刀柄(BT、ISO),，這種方法由于只是靠大錐度結(jié)合，刀具與主軸的連接剛性相對(duì)較低,，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速超過10000r/min時(shí),，由于離心力的作用，主軸7 : 24大端會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)張(圖忌的,，使刀具軸向定位精度和連接剛性下降,，振動(dòng)加劇,，甚至發(fā)生刀柄與主軸咬合的現(xiàn)象.主軸的膨脹還會(huì)引起刀柄及央緊機(jī)構(gòu)質(zhì)心的偏離，從而影響主軸的動(dòng)平衡,。要保證這種連接在高速下仍有可靠的接觸定位,，需要一個(gè)很大的過盈量來(lái)抵消主軸軸端的膨脹，這樣大的過盈量需拉桿產(chǎn)生很大的預(yù)緊拉力,，而拉桿產(chǎn)生這樣大的拉力一般很難,，對(duì)換刀也非常不利，還會(huì)使主軸膨脹,，對(duì)主軸前軸承有不良影響,。分析表明，刀尖25%-50%的變形來(lái)源于7 : 24錐度連接,，只有40%左右的變形源于主軸和軸承,。因此，傳統(tǒng)刀具的刀柄與主軸錐孔的配合方式和配合精度,，已經(jīng)不能滿足高速切削時(shí)的剛度和精度要求,，因此開發(fā)新型的高速工具系統(tǒng)已成為改進(jìn)高速切削系統(tǒng)的重要組成部分。
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(1)刀體結(jié)構(gòu)
數(shù)控沖床高速鏡刀在很高的回轉(zhuǎn)速度下工作時(shí),，其刀體和可轉(zhuǎn)位刀片均受到很大的離心力作用,，要求設(shè)計(jì)十分可靠的刀體結(jié)構(gòu)和刀片夾緊結(jié)構(gòu)。機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀片的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)能實(shí)現(xiàn)一個(gè)作用力的封閉連接,；刀體結(jié)構(gòu)形式要求與刀片之間形成封閉連接,；刀片裝卸應(yīng)盡可能容易；刀片夾緊機(jī)構(gòu)要有足夠的夾緊力,。圖8-5中給出了三種刀體與刀片的安裝夾緊形式,。為了調(diào)節(jié)刀具的不平衡度在刀體上徑向安裝了調(diào)整螺釘。
在高速切削中采用的平面鏡刀刀體現(xiàn)已使用鋁合金制造,，其優(yōu)點(diǎn)是刀具重量約為鋼的60%,，明顯降低了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，使達(dá)到數(shù)控沖床主軸最高轉(zhuǎn)速的時(shí)間大為縮短,，有利于刀具的更換,；大尺寸刀具不容易產(chǎn)生顫動(dòng)。日本住友電氣工業(yè)公司的RF型號(hào)刀體的鋁合金,，其抗拉強(qiáng)度為576N/mm2,，硬度150HB，是一般鋁合金的2倍,。為了提高鋁合金刀體的表團(tuán)硬度,，采用表面硬質(zhì)氧化膜處理，可使表面硬度達(dá)到350-400HV,。
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數(shù)控沖床直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)在第5章5.2.4節(jié)已進(jìn)行了講述,，下面主要介紹它的分類,。
數(shù)控沖床直線電機(jī)直接產(chǎn)生直線形式的機(jī)械運(yùn)動(dòng)(一維或二維)。直線電機(jī)按原理分為直流直線電機(jī),、交流永磁同步直線電機(jī),、交流感應(yīng)異步直線電機(jī)、步進(jìn)式直線電機(jī),、磁阻式直線電機(jī),、壓電式直線電機(jī)和平面電機(jī)等，其中,，以直流直線電機(jī),、交流永磁(同步)直線電機(jī)、交流感應(yīng)(異步)直線電機(jī)組成的高速進(jìn)給系統(tǒng)在高速機(jī)床中應(yīng)用較多,。目前,，實(shí)用的平面電機(jī)只限于平面步進(jìn)電機(jī)。
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數(shù)控沖床高速精密軸承的性能好壞將直接影響主軸單元的工作性能,，是決定主軸壽命和負(fù)荷容的關(guān)鍵部件.隨著速度的提高,，軸承的溫度升高，振動(dòng)和噪聲增大,，壽命減少,。因此，提高數(shù)控沖床主軸轉(zhuǎn)速的前提是需要性能優(yōu)異的高速主軸軸承,。
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數(shù)控沖床高速主軸單元是高速切削數(shù)控沖床最重要的部件,，也是實(shí)現(xiàn)高速和超高速加工的最關(guān)鍵技術(shù)之一。要求動(dòng)平衡性高,，剛性好,，回轉(zhuǎn)精度高，有良好的熱穩(wěn)定性,，能傳遞足夠的力矩和功率,，能承受高的離心力，帶有準(zhǔn)確的測(cè)淚裝置和高效的冷卻裝置,。
高速主軸單元的類型主要有電主軸和氣動(dòng)主軸,，氣動(dòng)主軸目前的研究主要是應(yīng)用于精密加工，功率較小,，其最高轉(zhuǎn)速達(dá)150000r/min,，輸出功率僅為30W左右。
高速電主軸的結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)
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采用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)提高加工精度在數(shù)控沖床上往往可采用工件在線測(cè)量和刀具監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)提高數(shù)控沖床的加工精度,。
(1)采用工件在線自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)提高零件加工精度  采用工件在線自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)是采用工件測(cè)量系統(tǒng)對(duì)工件在安裝,、加工過程中間、加工結(jié)束時(shí),，進(jìn)行工件尺寸測(cè)量的刪量系統(tǒng),。在加工中如果能對(duì)影響加工誤差的各種因素都能采取有效的補(bǔ)償，自然是很理想,。但是實(shí)際加工過程中由于隨機(jī)因素眾多,，要使所有誤差都具有象機(jī)床空間誤差一樣透明的可用明確的數(shù)學(xué)模型來(lái)表達(dá)，還有一些困難,。因此在加工誤差的補(bǔ)償方面需另辟途徑,，即把整個(gè)加工誤差作為“黑箱”來(lái)處理。它通過直接測(cè)量加工工件的最終誤差來(lái)發(fā)出修正指令,，而不需了解誤差的各個(gè)組成因素間的數(shù)學(xué)關(guān)系,。
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數(shù)控沖床上的帶有托板交換工件的分度工作臺(tái)用端齒盤分度結(jié)構(gòu)。
 
當(dāng)數(shù)控沖床工作臺(tái)不轉(zhuǎn)佳時(shí),，上齒盤7和下齒盤6總是啃合在一起,，當(dāng)控制系統(tǒng)給出分度指令后，電磁鐵控制換向閥運(yùn)動(dòng)(圖中未畫出),，使壓力油進(jìn)入油腔3,，使活塞體l向上移動(dòng)，并通過滾珠軸承帶動(dòng)整個(gè)工作臺(tái)臺(tái)體13向上移動(dòng),，臺(tái)體13的上移使得端齒盤6與7脫開,，裝在工作臺(tái)13上的齒圈14與驅(qū)動(dòng)齒輪15保持啃合狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)通過皮帶和一個(gè)降速比為i = 1130的減速箱 帶動(dòng)齒輪15和齒圈14轉(zhuǎn)動(dòng),，當(dāng)控制系統(tǒng)給出轉(zhuǎn)動(dòng)指令時(shí),，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)上齒盤7旋轉(zhuǎn)進(jìn)行分度。當(dāng)轉(zhuǎn)過所需角度后.驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)停止,，壓力池通過液壓閥5進(jìn)入油腔4,，迫使活塞體i向下移動(dòng)并帶動(dòng)整個(gè)工作臺(tái)臺(tái)體13下移，使上下齒盤相啃合,，可準(zhǔn)確地定位,，從而實(shí)現(xiàn)了工 作臺(tái)的分度。
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數(shù)控沖床分度工作臺(tái)的分度和定位按照控制系統(tǒng)的指令自動(dòng)進(jìn)行,，每次轉(zhuǎn)位回轉(zhuǎn)一定的角度(90°,、60°、45°,、30°等),，為滿足分度精度的要求，要使用專門的定位元件,。常用的定位元件有插銷 定位,、反靠定位、端齒盤定位和鋼球定位等幾種。
1.插銷定位的分度工作臺(tái)
數(shù)控沖床這種工作臺(tái)的定位元件由定位銷和定位套孔組成,，圖6 -5所示是自動(dòng)換刀數(shù)控臥式鍵鏡床分度工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)圖,。
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