本文從機(jī)床結(jié)構(gòu)、切削刀柄和刀具、加工工藝、數(shù)控編程等方面較為詳盡地講述了高速銑削的技術(shù)特點(diǎn)以及在模具加工行業(yè)的應(yīng)用。雖然文章寫(xiě)得較為宏觀， 但內(nèi)容較為全面，對(duì)模具領(lǐng)域的讀者全面了解和應(yīng)用高速加工技術(shù)，還是有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義的。

一、前言

    在現(xiàn)代模具生產(chǎn)中，隨著對(duì)塑件的美觀度及功能要求得越來(lái)越高，塑件內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得越來(lái)越復(fù)雜，模具的外形設(shè)計(jì)也日趨復(fù)雜，自由曲面所占比例不斷增加，相應(yīng)的模具結(jié)構(gòu)也設(shè)計(jì)得越來(lái)越復(fù)雜。這些都對(duì)模具加工技術(shù)提出了更高要求，不僅應(yīng)保證高的制造精度和表面質(zhì)量，而且要追求加工表面的美觀。隨著對(duì)高速加工技術(shù)研究的不斷深入，尤其在加工機(jī)床、數(shù)控系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、CAD/CAM軟件等相關(guān)技術(shù)不斷發(fā)展的推動(dòng)下，高速加工技術(shù)已越來(lái)越多地應(yīng)用于模具型腔的加工與制造中。

    數(shù)控高速切削加工作為模具制造中最為重要的一項(xiàng)先進(jìn)制造技術(shù)，是集高效、優(yōu)質(zhì)、低耗于一身的先進(jìn)制造技術(shù)。相對(duì)于傳統(tǒng)的切削加工，其切削速度、進(jìn)給速度有了很大的提高，而且切削機(jī)理也不相同。高速切削使切削加工發(fā)生了本質(zhì)性的飛躍，其單位功率的金屬切除率提高了30%~40%，切削力降低了30%，刀具的切削壽命提高了70%，留于工件的切削熱大幅度降低，低階切削振動(dòng)幾乎消失。隨著切削速度的提高，單位時(shí)間毛坯材料的去除率增加了，切削時(shí)間減少了，加工效率提高了，從而縮短了產(chǎn)品的制造周期，提高了產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)，高速加工的小量快進(jìn)使切削力減少了，切屑的高速排出減少了工件的切削力和熱應(yīng)力變形，提高了剛性差和薄壁零件切削加工的可能性。由于切削力的降低，轉(zhuǎn)速的提高使切削系統(tǒng)的工作頻率遠(yuǎn)離機(jī)床的低階固有頻率，而工件的表面粗糙度對(duì)低階頻率最為敏感，由此降低了表面粗糙度。在模具的高淬硬鋼件(HRC45~HRC65)的加工過(guò)程中，采用高速切削可以取代電加工和磨削拋光的工序，從而避免了電極的制造和費(fèi)時(shí)的電加工，大幅度減少了鉗工的打磨與拋光量。對(duì)于一些市場(chǎng)上越來(lái)越需要的薄壁模具工件，高速銑削也可順利完成，而且在高速銑削CNC加工中心上，模具一次裝夾可完成多工步加工。


    高速加工技術(shù)對(duì)模具加工工藝產(chǎn)生了巨大影響，改變了傳統(tǒng)模具加工采用的"退火→銑削加工→熱處理→磨削"或"電火花加工→手工打磨、拋光"等復(fù)雜冗長(zhǎng)的工藝流程，甚至可用高速切削加工替代原來(lái)的全部工序。高速加工技術(shù)除可應(yīng)用于淬硬模具型腔的直接加工(尤其是半精加工和精加工)外，在EDM電極加工、快速樣件制造等方面也得到了廣泛應(yīng)用。大量生產(chǎn)實(shí)踐表明，應(yīng)用高速切削技術(shù)可節(jié)省模具后續(xù)加工中約80%的手工研磨時(shí)間，節(jié)約加工成本費(fèi)用近30%，模具表面加工精度可達(dá)1 m，刀具切削效率可提高1倍。

二、高速銑削加工機(jī)床

    高速切削技術(shù)是切削加工技術(shù)的主要發(fā)展方向之一，它隨著CNC技術(shù)、微電子技術(shù)、新材料和新結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)技術(shù)的發(fā)展而邁上更高的臺(tái)階。由于模具加工的特殊性以及高速加工技術(shù)的自身特點(diǎn)，對(duì)模具高速加工的相關(guān)技術(shù)及工藝系統(tǒng)(加工機(jī)床、數(shù)控系統(tǒng)、刀具等)提出了比傳統(tǒng)模具加工更高的要求。

    1. 高穩(wěn)定性的機(jī)床支撐部件

    高速切削機(jī)床的床身等支撐部件應(yīng)具有很好的動(dòng)、靜剛度，熱剛度和最佳的阻尼特性。大部分機(jī)床都采用高質(zhì)量、高剛性和高抗張性的灰鑄鐵作為支撐部件材料，有的機(jī)床公司還在底座中添加高阻尼特性的聚合物混凝土，以增加其抗振性和熱穩(wěn)定性，這不但可保證機(jī)床精度穩(wěn)定，也可防止切削時(shí)刀具振顫。采用封閉式床身設(shè)計(jì)，整體鑄造床身，對(duì)稱床身結(jié)構(gòu)并配有密布的加強(qiáng)筋等也是提高機(jī)床穩(wěn)定性的重要措施。一些機(jī)床公司的研發(fā)部門(mén)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，還采用模態(tài)分析和有限元結(jié)構(gòu)計(jì)算等，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)，使機(jī)床支撐部件更加穩(wěn)定可靠。

    2. 機(jī)床主軸

    高速機(jī)床的主軸性能是實(shí)現(xiàn)高速切削加工的重要條件。高速切削機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速范圍為10000~100000m/min，主軸功率大于15kW。通過(guò)主軸壓縮空氣或冷卻系統(tǒng)控制刀柄和主軸間的軸向間隙不大于0.005mm。還要求主軸具有快速升速、在指定位置快速準(zhǔn)停的性能(即具有極高的角加減速度)，因此高速主軸常采用液體靜壓軸承式、空氣靜壓軸承式、熱壓氮化硅（Si3N4）陶瓷軸承磁懸浮軸承式等結(jié)構(gòu)形式。潤(rùn)滑多采用油氣潤(rùn)滑、噴射潤(rùn)滑等技術(shù)。主軸冷卻一般采用主軸內(nèi)部水冷或氣冷。

    3. 機(jī)床驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

    為滿足模具高速加工的需要，高速加工機(jī)床的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)具有下列特性：

    (1) 高的進(jìn)給速度。研究表明，對(duì)于小直徑刀具，提高轉(zhuǎn)速和每齒進(jìn)給量有利于降低刀具磨損。目前常用的進(jìn)給速度范圍為20~30m/min，如采用大導(dǎo)程滾珠絲杠傳動(dòng)，進(jìn)給速度可達(dá)60m/min；采用直線電機(jī)則可使進(jìn)給速度達(dá)到120m/min。