数控铣床的发展史(数控加工切削理念的变迁与发展)
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数控铣床的发展史(数控加工切削理念的变迁与发展)
上世纪50年代末第一台数控机床的诞生至今，数控机床已经有70多年的发展历史。随着科学技术飞速发展，加工理念也从重切削加工到轻切削的转变，再到现在的高速加工的转变。从而推动了数控机床、刀具、工具及辅助软件的综合发展。目前高速加工理念在国内已经广泛运用。
重切削——低转速低进给重切削
数控切削在早期加工理论基本与普通机床的加工理论相同，主要是机床、刀具、辅助软件等多方面的限制造成。
机床：加工中心最初由数控铣床发展而来，上个世纪时加工中心属于比较先进技术，属于少数国家的核心技术，价格昂贵，当时主体基本都是整体铸造而成，整体刚性较高，主轴为齿轮传动。
刀具材料：上世纪时刀具材料基本为高速钢（HSS）,硬质合金钢为主，此类材料不耐高温，不可高速加工，切削速度一般在2~25m/min。
进给系统：机床台面轨道为硬轨道（直接接触），滚珠丝杆副加伺服电机传动，电机高速转动时，滚珠丝杆转动惯性较大，刚性变差，从而导致磨擦磨损加剧，使传动误差加大，严重影响到机床的动态性能，所以能实现的进给速度较小。
辅助软件：当时基本为手动画图，CAD/CAM还未普及，数控加工基本是手动编程，限制其刀具路径的复杂性。
冷却系统：切削油、皂化液等，增加润滑降低温度。
总结：由于刀具和进给系统的原因只能实现低转速和低进给，机床的刚性好以及加工效率因素等多种原因使用大切削量加工。
缺点：低转速无法得到较好质量的加工面，低进给带来的低效率，大切削也意味着内应力的加大，加工精度的不稳定性提高，切削液对环境的污染。
轻切削——高转速快进给低切削
在本世纪初期，机床、刀具、辅助等多方面出现大幅度的技术革新，机床进给系统、涂层式的刀片及CAD/CAM辅助软件等技术的大力发展，从而促进了从重切削到轻切削的转变。
机床：加工中心在本世纪初期得到快速发展，普通加工中心的价格被大幅度压低，导致了加工成本的压缩，导致了机床的整体刚性的降低，主轴也多为皮带传动。
刀具材料：粉末压铸烧结工艺和表面涂层工艺的成熟，涂层类的硬质合金铣刀普遍应用。
进给系统：线性导轨的技术也逐渐成熟，线性导轨加伺服电机传动得到了广泛应用。
冷却系统：喷汽、切削液（干式切削与湿式切削同时存在）
辅助软件：Mastercam、UGnx等CAD/CAM辅助软件开始普及。
总结：由于刀具和进给系统的更新，辅助软件的普及，又由于机床的刚性的不足等多方原因推动了轻切削理念的发展。
高速加工——超高转速、快进给、大切深、薄侧切
高速加工理念其实在上世纪就已经提出，但对机床、刀具、辅助软件等多方面要求较高，一直未能推广普及。在近十几年内，机床、刀具、工具、辅助软件等多方位的发展，目前在国内已开始普及高速加工。
机床：多轴机床的应用进一步降低了机床刚性，但电主轴技术成熟，主轴稳定性及转数进一步提高。
刀具、工具：陶瓷刀具、立方碳化硼，涂层刀具的普及应用，刀柄系统技术进一步升级，较好的刚性和良好的动平衡性。
进给系统：直线电机驱动系统的应用，能较好解决滚珠丝杆的反向间隙、惯性和刚性不足等问题。有较高精度的高速移动，并且有良好的平稳性。
辅助软件：AD/CAM辅助软件出现特定的高速加工刀路。如Mastercam的动态铣削。
冷却系统：喷汽式、干切。
总结：由于主轴、刀具和进给系统辅助软件的一系列的更新实现超高转速和快进给，机床的刚性的不足只用较小的切削量，实验发现切深的加大可降低切削震动，所以“小切深变”为“大切深小侧切”。但想完美地利用好动态铣削的效果对机床性能、刀具系统要求较高。目前基本运用场景多以航空航天，船舶、汽车等核心零件加工。
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奋斗小飞
2022-01-04
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