優化重切削加工的 “ 隱藏技能 ”

重切削進行中：BW 公司的加工中心的HVC 銑刀頭上裝配了直徑600mm 的圓盤銑刀，正在工作。這種銑刀要求機床在最低的轉數范圍內保持極大的扭矩。

現在，需要進行重切削的高張力材料的數量不斷增加，比如在航空航天領域。為了降低生產成本、減輕成本壓力，現有的可能性都已經得到了充分利用，必須尋找另一種選擇方案。為了節約材料成本，新的研究比如增材制造也在不斷進行。而這些操作方式暫時還沒有應用在有特殊安全技術要求的高應力構件上。

通過延長使用壽命節約成本

總的來說，很難在傳統的切削加工上再做文章。那么，僅僅通過提高切削性能、減少非加工時間和完善CAM 編程，能否提高經濟效益呢？我們可以看到，重切削領域的許多零件在加工過程中需要進行多達98%的原材料切削，很顯然需要在這里采取進一步的措施來控制生產成本——延長刀具的使用壽命。

在重切削時經常會使用非常堅硬的刀片，主要是為了減少在生產過程中產生的振動。簡單來說就是：減少振動，減少刀具磨損，最終提高工藝可靠性。

Z 軸和平板導軌加工中心的底座。這種非常牢固的部件尺寸設計能夠消除整個系統內的振動。

雖然機床質量和減振性能能夠被提高，但是這并非易事。有時候，通過種種措施來提高機床動態和降低刀具成本，最終反而會延長加工時間。

為了確定在重切削過程中產生的振動類型，以及平衡剛性和機床動態之間的最佳比例，機床制造商Burkhardt + Weber（BW）不斷嘗試不同的機床配置。在流程運行時，譬如使用直徑為80mm的五刃玉米銑刀D80進行持續銑削。在加工過程中，對鈦合金的工件進行溝槽和不規則的凹槽銑削，并監控振動情況，在基準流程中進行對比。測試機床為一臺平板導軌的加工中心、一臺滾柱線性導軌的加工中心和一臺澆鑄機身的滾柱線性導軌的加工中心。

測試機床上的配置

在進行測試之前，BW公司的專業人員要先深入研究夾緊問題——這是在切削加工中經常出現的一大問題。只有當工件的夾緊技術足夠穩定時，才能避免在加工過程中成為振動源。明確振動的位置，才能清楚地了解在切削加工過程中的力的分布。在切削加工中承受負荷最大的零部件，是工作主軸。

BW公司所使用的HVC銑刀頭的驅動軸功率為41kW，扭矩為1600Nm，配有水冷傳動裝置。這種BW 驅動軸在低轉數范圍里的性能非常出色——前提是在重切削領域。這種驅動軸的主軸軸承尺寸范圍較大，并且配有薄片夾緊裝置，減振性能非常好。

和工作主軸相對應的是機床的操作臺。BW工作臺由于結構低矮和重心偏下，其傾斜力矩和切線力矩非常高（60,000Nm或者40,000Nm）。使用經過FEM（有限元）優化的零件和熟練的結構的目的在于消除振動。

繼續觀察切削力的分布，可以看到重要的機床配置：導向裝置。由于涉及到結構問題，所以專家組有許多不同的意見。BW公司屬于少數擁有滾柱導軌和滑動導軌的加工中心的制造公司。他們希望在將來仍然能夠繼續保持機床配置的靈活性。

試驗結果表明：不同的導軌類型之間的區別很小。而這些微小的區別正是項目成功的關鍵。

現在的問題在于：是采用滾柱導軌還是平板導軌？這個問題暫時沒有定論。這取決于重切削在總的加工過程中所占的比例。如果重切削在總的加工中超過70%，推薦使用動態較低但是減振性能更好的平板導軌。在五軸同步加工時，滾柱線性導軌更有優勢，可以提供足夠的動態。

為了能夠完美平衡減振程度和經濟效益之間的關系，BW公司開發出了兩種使用局部澆鑄機身的機床：平板導軌的MCR系列產品和滾柱導軌的MCX系列產品。這兩種產品的優點也是顯而易見的。這種配置的機床振動更小，而平板導軌的另一大優勢是使用壽命更長。

推進力和負載相匹配

為了解決高應力材料的加工余量問題，BW機床可以在有需要的時候選擇使用他們自己研發的扭矩和推進力的監控程序。在選項“自適應控制”中，如果達到了設定的力極限值，推進力會減少；如果沒有超出設定值，會繼續增加直到達到預定的極限值。

嘗試使用直徑80mm 的五刃玉米銑刀進行溝槽銑削，在切削加工過程中基本上沒有監測到振動。

這次試驗確定了經過測試的機床能夠滿足不同產業環境下的不同要求?？紤]到試驗結果，BW 公司在德國羅伊特林根市的總部專門成立了一個跨學科跨部門的專業研究團隊來繼續研究加工中心?，F在無論是成品設備還是用戶定制的加工中心，都已經列入了他們的供貨范圍之內。在設備開始運行以后，BW公司還會為全球的客戶提供可靠的售后服務。（本文圖源：Burkhardt + Weber 公司）