高速加工机床的设计与应用（六）

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　　排屑和安全防护
　　高速加工中由於切速高，金属去除率大，从而产生出大量的热切屑。例如，用一把大的面铣刀进行加工时，每分钟去除3250cm3的金属是很常见的事，如按切屑/未加工前的材料体积比为10:1计算，这就意味着5分钟将能产生出直径为0.5m的热切屑球！这些热切屑必须及时冷却并排出机床加工区和机床之外，否则将给加工带来极大的麻烦和严重的後果，如热变形过量，加工精度下降乃至出现加工故障！
　　一般高速加工机床所采取的排屑和冷却措施有：1.从机床结构上采用卧式主轴和斜床身，并采取使所有的导轨面尽可能位於切削区之上的布局，以利切屑自由滑落至机床下部；2.采用高压、大流量的冷却液从刀具或主轴端上喷出，强力冲刷切屑，使之冷却并一同流入切屑收集沟槽或容器中，随时由置於沟槽中的螺旋排屑器排出机床体外，但这种方法烟雾大，不利环保，一定条件下可考虑采用乾切、强风冷和抽真空排屑等。然而不管采用何种排屑方法，为了防止切屑堵塞和故障出现，排屑装置都应考虑有报警或自行排障功能。
" x, s. M( D. A, ^! P5 n　　安全防护包括两个方面：一是对机床工作部件，如运动导轨、滚珠丝杠、直线电机等的防尘、防屑、防污和防磁保护；另一则是防止高速加工过程中物体(如铁屑、冷却液和刀具碎片等)从加工区中飞出对人身安全造成危害的保护。对高速加工而言，这两方面的保护都很重要，尤其是後者——对人身安全的保护。因为此时，如有热切屑或硬质合金刀具碎片由於装夹或焊接不牢而从高速主轴上飞出，其飞出速度将达到180~360km/h，若打在人体上足以造成人体伤害！
　　高速加工机床所采取的防护措施，原理结构上基本与一般数控机床，加工中心相同或相似：对导轨和滚珠丝杠的防护采用可随移动部件移动而收展的钢制盖板或柔性卷帘；对单一滚珠丝杠也可用螺旋弹簧式护套防护；对人身安全的保护则用带有透明视窗的钢制或铝合金制成的罩壳将机床加工区封闭起来的做法等。所不同的只是高速加工机床用的导轨，滚珠丝杠防护盖板和护套的运动性能要求更加灵活和快速；直线电机用的防磁盖板需用不锈钢制成，对加工区的防护罩壳要求设计得更加坚固、可靠就是了，有时甚至要求罩壳的开闭需与机床工作互锁等。
) C$ V4 ~" O8 W- `' J　　善於综合分析与评估，总结经验并创新
. v$ o# i3 l6 S2 K, F, M　　通过前面的介绍，我们已经清楚地看到：高速加工机床的设计与应用，如同其他一般机床的设计和应用一样，为了实现某一技术目标，如高速、高精或高效，都同时存在着多个可选择的技术设计方案和工艺策略方法，包括结构选材、结构形态和布局，实现技术目标的措施、原理和方案、加工工艺方法、步骤和编程策略等；而且每个方案和方法，都有其自身的优点和不足之处，也就是说，所有的技术方案和工艺方法，没有一个是绝对最佳的，只有相对较好的。设计和使用者的任务就在於如何根据具体要求的需要来择优选定所应采用的技术方案和工艺方法，择选的条件主要应包括以下方面的内容：
4 ~" j# R, Z6 ~4 D7 G& O　　方案或方法应能满足给定条件下的目标要求，如单件或批量加工时的精度，效率或质量一致性；
0 {3 S2 l1 |) I) S5 L　　方案或方法实施起来比较方便可靠，如已有经过实践证明有效的、现成成熟的技术或产品，可以“即插即用”或无需作出大的改动便能用；
. j/ f* H  p4 V0 t, K2 `5 x/ I　　方案或方法的实施成本(包括研制、开发和应用中的成本费用)较低，且不需要附加(如环保)的资金投入或只需很少的附加投入，无公害；
　　方案或方法便於升级，改造或扩展和集成等。
' q% L6 J) b: E( s/ {  E: w7 O4 a　　所以，要想设计好和应用好高速加工机床，设计者和应用者除了需要了解和掌握前面所介绍的一些相关基本知识和前人的实践经验之外，更重要的是：
　　1.首先要认真研究目前已有的一些具有代表性的高速加工机床所采用的技术方案和结构设计的特点，弄清其设计意图和方案选用的依据，实际应用的效果和不同用户所确认的该机床的优缺点，从而可以吸取别人的经验；
+ v" B& E' n+ ~- |　　2.要善於对各种可供选用，特别是其中拟自行研发或选用的技术方案和工艺方法，进行综合的分析比较，评估其研发和选用的经济合理性、技术先进性和适用性；
$ j3 l. W6 v! _　　3.要善於不断从实践中总结自己的经验，并在新的实践中加以发展和创新。比如在总结设计和应用经验时，要思考在什麽条件和技术目标要求下，自己是如何进行分析、比较和选定了什麽样的技术方案或工艺方法的？结果取得了怎样的实际应用效果？应用效果是否与自己的设计意图相吻合？如不吻合，问题出在哪里？应如何去加以改进和创新？改进或创新後的效果又如何？等等。因为只有这样，我们才有可能逐渐形成自己的Know-How，设计好、应用好高速加工机床，也只有这样，我们才有可能从後进变先进，创造出更多自有知识产权的好产品、好工艺、好软件，永远摆脱目前老是跟在人家後面走的落後局面。
3 S3 h* O& _& v' Y" V6 Y　　然而这些问题的最终解决，单纯靠机床设计师和实际操作者的自然积累经验是不行的，时间太慢了，必须有大学和科研单位投入专门的力量，进行有针对性的专题科学试验研究才行，特别是有关高速加工工艺方面的理论和具体工艺参数的选择，如不同材料和材质的工件，如何优选刀具材料，刀具几何形状和切削参数等来进行加工，方可获最佳的加工效果——精度、效率、刀具寿命和高速主轴的寿命等。可是遗憾的是：目前我国在这方面的投入可能是太少了！例如，据世界着名的高速加工机床生产厂家——Mikron公司的销售总监单锡林先生最近披露：虽然至今已有超过30家中国企业购买了30多台Mikron公司生产的主轴转速超过40000r/min的高速加工机床在生产线上使用，但还没有一台这样的机床是我国高校或科研单位购买并用於进行高速加工试验研究的！当然这只是一个公司反映出来的一个侧面，并不排除我国的某些高校或科研单位已购有了其他公司生产的类似的高速加工机床作为试验研发平台。但是，我们可以设想，如果高校或科研单位没有高速加工试验研发用的平台，那麽高速加工技术的研发和数据采集又从何谈起呢！因此，我们在此提出专项科研投入的问题，还是值得有关部门给予重视和注意的。
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