關鍵技術
數(shù)控沖床高速加工監(jiān)測技術主要指在高速加工過程中通過傳感,、分析,、信號處理等，對高速數(shù)控沖床及系統(tǒng)的狀態(tài)進行實時的主動在線監(jiān)測和控制,，識別可能引起重大事故的工況,，避免機床、刀具,、工件及有關設施的損傷,。監(jiān)測技術的成功應用，可大大延長刀具壽命,，保證產品質量,、提高效率、保證設備及人員安全,。
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為了在越高速加工復雜零件時獲得高精度,，許多CNC系統(tǒng)采用了精簡指令集系統(tǒng)(RISC) 0它可以計算系統(tǒng)參數(shù)產生的預期誤差，并根據(jù)實際需要進行修正,，從而使實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,，兼有CAM功能,，具有MAP3.0通信能力，采用C語言編程,，具有工具監(jiān)控功能,。日本FANUC公司生產的16/18 系列CNC系統(tǒng),，采用了64位高速RISC微處理器，可以實現(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(特別是在4-5軸坐標聯(lián)動加工復雜曲面時)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關鍵部件，高速切削用的刀具,，由于刀具旋轉速度很高,，無論從保證加工精度方面考慮，還是從操作安全方面考慮,，都對它的裝夾技術有很高的要求.傳統(tǒng)的刀柄與數(shù)控沖床主軸的連接方式是采用7 : 24錐柄實心刀柄(BT,、ISO)，這種方法由于只是靠大錐度結合,，刀具與主軸的連接剛性相對較低,，當主軸轉速超過10000r/min時，由于離心力的作用,，主軸7 : 24大端會產生擴張(圖忌的,，使刀具軸向定位精度和連接剛性下降，振動加劇,，甚至發(fā)生刀柄與主軸咬合的現(xiàn)象.主軸的膨脹還會引起刀柄及央緊機構質心的偏離,，從而影響主軸的動平衡。要保證這種連接在高速下仍有可靠的接觸定位,，需要一個很大的過盈量來抵消主軸軸端的膨脹,，這樣大的過盈量需拉桿產生很大的預緊拉力，而拉桿產生這樣大的拉力一般很難,，對換刀也非常不利,，還會使主軸膨脹，對主軸前軸承有不良影響,。分析表明,，刀尖25%-50%的變形來源于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，已經不能滿足高速切削時的剛度和精度要求,，因此開發(fā)新型的高速工具系統(tǒng)已成為改進高速切削系統(tǒng)的重要組成部分,。
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(1)刀體結構
數(shù)控沖床高速鏡刀在很高的回轉速度下工作時,，其刀體和可轉位刀片均受到很大的離心力作用，要求設計十分可靠的刀體結構和刀片夾緊結構,。機夾可轉位刀片的結構形式應能實現(xiàn)一個作用力的封閉連接,；刀體結構形式要求與刀片之間形成封閉連接；刀片裝卸應盡可能容易,；刀片夾緊機構要有足夠的夾緊力,。圖8-5中給出了三種刀體與刀片的安裝夾緊形式。為了調節(jié)刀具的不平衡度在刀體上徑向安裝了調整螺釘,。
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)點是刀具重量約為鋼的60%，明顯降低了轉動慣量,，使達到數(shù)控沖床主軸最高轉速的時間大為縮短,，有利于刀具的更換；大尺寸刀具不容易產生顫動,。日本住友電氣工業(yè)公司的RF型號刀體的鋁合金,，其抗拉強度為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硬度，采用表面硬質氧化膜處理,，可使表面硬度達到350-400HV,。
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數(shù)控沖床直線電機的結構和特點在第5章5.2.4節(jié)已進行了講述，下面主要介紹它的分類,。
數(shù)控沖床直線電機直接產生直線形式的機械運動(一維或二維),。直線電機按原理分為直流直線電機、交流永磁同步直線電機,、交流感應異步直線電機,、步進式直線電機、磁阻式直線電機,、壓電式直線電機和平面電機等,，其中，以直流直線電機,、交流永磁(同步)直線電機,、交流感應(異步)直線電機組成的高速進給系統(tǒng)在高速機床中應用較多。目前,，實用的平面電機只限于平面步進電機,。
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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荷容的關鍵部件.隨著速度的提高,，軸承的溫度升高,，振動和噪聲增大,，壽命減少。因此,，提高數(shù)控沖床主軸轉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，也是實現(xiàn)高速和超高速加工的最關鍵技術之一,。要求動平衡性高,，剛性好，回轉精度高,，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,，帶有準確的測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主軸,，氣動主軸目前的研究主要是應用于精密加工,，功率較小，其最高轉速達150000r/min,，輸出功率僅為30W左右,。
高速電主軸的結構的特點
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采用自動測試系統(tǒng)提高加工精度在數(shù)控沖床上往往可采用工件在線測量和刀具監(jiān)控系統(tǒng)來提高數(shù)控沖床的加工精度。
(1)采用工件在線自動測量系統(tǒng)提高零件加工精度  采用工件在線自動測量系統(tǒng)是采用工件測量系統(tǒng)對工件在安裝,、加工過程中間,、加工結束時，進行工件尺寸測量的刪量系統(tǒng),。在加工中如果能對影響加工誤差的各種因素都能采取有效的補償,，自然是很理想。但是實際加工過程中由于隨機因素眾多,，要使所有誤差都具有象機床空間誤差一樣透明的可用明確的數(shù)學模型來表達,，還有一些困難。因此在加工誤差的補償方面需另辟途徑,，即把整個加工誤差作為“黑箱”來處理,。它通過直接測量加工工件的最終誤差來發(fā)出修正指令，而不需了解誤差的各個組成因素間的數(shù)學關系,。
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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用端齒盤分度結構,。
 
當數(shù)控沖床工作臺不轉佳時，上齒盤7和下齒盤6總是啃合在一起,，當控制系統(tǒng)給出分度指令后,，電磁鐵控制換向閥運動(圖中未畫出)，使壓力油進入油腔3,，使活塞體l向上移動,，并通過滾珠軸承帶動整個工作臺臺體13向上移動,，臺體13的上移使得端齒盤6與7脫開，裝在工作臺13上的齒圈14與驅動齒輪15保持啃合狀態(tài),，電動機通過皮帶和一個降速比為i = 1130的減速箱 帶動齒輪15和齒圈14轉動,，當控制系統(tǒng)給出轉動指令時，驅動電動機旋轉并帶動上齒盤7旋轉進行分度,。當轉過所需角度后.驅動電動機停止,，壓力池通過液壓閥5進入油腔4，迫使活塞體i向下移動并帶動整個工作臺臺體13下移,，使上下齒盤相啃合,，可準確地定位，從而實現(xiàn)了工 作臺的分度,。
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