隨著時(shí)代發(fā)展，效率成了效益的最根本因素，我們正處于制造技術(shù)快速發(fā)展的時(shí)期辕棚，切削加工已成為制造技術(shù)的主要基礎(chǔ)工藝。隨著制造技術(shù)的發(fā)展邓厕，切削加工工藝已進(jìn)入了以發(fā)展高速逝嚎、高精度切削、開發(fā)新的切削工藝和加工方法邑狸、提供成套技術(shù)為特徵的發(fā)展新階段懈糯。目前，采用高速切削生產(chǎn)模具已經(jīng)成為模具制造的重要趨勢(shì)单雾，高速切削逐漸取代電火花精加工模具赚哗，在國外的模具制造企業(yè)已經(jīng)普遍采用，可以明顯提高效率乐慌。與此同時(shí)妈唯，因加工之模具多改用預(yù)硬鋼材并要求一步到位而不用人手打磨或電火花加工，銑削的加工精度便直接影響整體加工時(shí)間飘含。

　　高精度銑削的一般加工精度為l0μｍ燃悍，有的還可更高，又可分為三個(gè)檔次：普通級(jí)為5μｍ鼓笨，高精密級(jí)從3~5μｍ至1~1.5μｍ箭瘫，超精密級(jí)可達(dá)0.0lμｍ。

　　高速高精度切削不僅影響工藝本身锰胀，而且也對(duì)刀具猩吕、夾具和機(jī)床提出高要求，以下將詳述有關(guān)的影響和要求涣疑。

　　對(duì)工件的要求

　　工件鋼材在煉制過程中多少會(huì)摻有雜質(zhì)脸掘，這些雜質(zhì)會(huì)造成切削過程的振刀現(xiàn)象使刀刃崩損。熱處理淬火過程亦會(huì)造成硬度不均勻诞嗦，如是粗加工后淬火加硬再進(jìn)行精加工纷臊，工件尺寸和幾何形狀的變形對(duì)后期精加工精度有很大影響。工件須要有穩(wěn)定和低震動(dòng)安裝乌企，避免因震動(dòng)使刀具磨損影響精度虑润。

　　對(duì)刀具的要求

　　由于高速切削加工時(shí)有較大離心力和受振動(dòng)等的影響，要求刀具具有很高的幾何精度和裝夾重復(fù)定位精度加酵，以及很高的剛度和高速動(dòng)平衡的安全可靠性端辱。傳統(tǒng)的7:24錐度刀柄系統(tǒng)在進(jìn)行高速切削時(shí)表現(xiàn)出明顯的剛性不足、重復(fù)定位精度不高虽画、軸向尺寸不穩(wěn)定等缺陷，主軸的膨脹引起刀具及夾緊機(jī)構(gòu)質(zhì)心的偏離而出現(xiàn)動(dòng)不平衡，這種7:24錐度刀柄不適合高速切削使用码撰。目前高速切削應(yīng)用較多的是雙面接觸空心短錐刀柄HSK或 BIG-PLUS雙面接觸高速刀柄渗柿。

　　國外現(xiàn)今刀具的夾緊最新趨勢(shì)是采用冷縮式夾緊結(jié)構(gòu)（或稱熱裝式），裝夾時(shí)利用感應(yīng)或熱風(fēng)加熱使刀桿孔膨脹脖岛，取出舊刀具朵栖，裝入新刀具，然后采用風(fēng)冷使刀具冷卻到室溫柴梆，利用刀桿孔與刀具外徑的過盈配合夾緊陨溅。這種結(jié)構(gòu)刀具的徑向跳動(dòng)在4μm，剛性高沸根，動(dòng)平衡性好健十，夾緊力大，高轉(zhuǎn)速下仍能保持高漣那禰i靠性瘟百，特別適用于更高轉(zhuǎn)速的高精度銑削加工织娶。但是刀具可換性較差，一個(gè)刀柄只能安裝一種連接直徑的刀具掺变，整個(gè)系統(tǒng)比較昂貴掐赠。

　　刀具涂層技術(shù)是切削加工中重要的因素之一，它直接影響著加工效率帆骗、制造成本和產(chǎn)品的加工精度糯湃。刀具在高速加工過程中要承受高溫、高壓的席、摩擦捧擂、沖擊和振動(dòng)等載荷，高速切削刀具應(yīng)具有良好的機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性顿蝇，即具有良好的抗沖擊感细、耐磨損和抗熱疲勞的特性。高速高精切削加工的刀具技術(shù)發(fā)展速度很快票彪，應(yīng)用較多的如聚晶金剛石(PCD)红淡、立方氮化硼(CBN)、陶瓷刀具降铸、涂層硬質(zhì)合金在旱、（碳）氮化鈦硬質(zhì)合金TIC(N)等。

　　刀具除了需要有良好的刀具材料推掸、優(yōu)良的刀具涂層技術(shù)桶蝎、合理的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)和高同心度的刀刃精度質(zhì)量等因素外，還需特別注意其它因素對(duì)刀具耐用度的影響谅畅，以免直接影響加工精度登渣。

　　對(duì)切削工藝的要求

　　切削工藝主要包括：適合高速切削的加工走刀方式噪服、專門的CAD/CAM編程策略、優(yōu)化的高速加工參數(shù)胜茧、充分冷卻潤滑并具有環(huán)保特性的冷卻方式等粘优。

　　高速切削的加工方式原則上多采用分層環(huán)切加工，一般使用斜線軌跡進(jìn)刀方式呻顽，直接垂直向下進(jìn)刀極易出現(xiàn)崩刃現(xiàn)象去谈，因此不宜采用；斜線軌跡進(jìn)刀方式的銑削力是逐漸增大的喇纬，因此對(duì)刀具和主軸的沖擊比垂直下刀小费罚，可明顯減少下刀崩刃的現(xiàn)象。螺旋式軌跡進(jìn)刀方式采用螺旋向下切入凯书，最適合型腔高速加工的需要滋池。

　　CAD/CAM編程原則上是盡可能保持恒定的刀具載荷，把進(jìn)給速率變化降到最低寥药，使程序處理速度最大化模皱。主要方法有：盡可能減少程序塊，提高程序處理速度颅蟹；在程序段中可加入一些圓弧過渡段噪蒲，盡可能減少速度的急劇變化；粗加工不是簡單的去除材料令消，要注意保證本工序和后續(xù)工序加工余量均勻篙萧，盡可能減少銑削負(fù)荷的變化；多采用分層順銑方式陋住；切入和切出盡量采用連續(xù)的螺旋和圓弧軌跡進(jìn)行切向進(jìn)刀漏设，以保證恒定的切削條件；充分利用數(shù)控系統(tǒng)提供的仿真驗(yàn)證功能今妄。零件在加工前必須經(jīng)過仿真郑口、驗(yàn)證：(1)刀位數(shù)據(jù)的正確性、(2)刀具各部位是否與零件發(fā)生干涉盾鳞、(3)刀具與夾具附件是否發(fā)生碰撞犬性。確保產(chǎn)品質(zhì)量和操作安全。

　　高速銑削加工用量的確定主要考慮加工效率腾仅、加工表面質(zhì)量乒裆、刀具磨損以及加工成本。不同刀具加工不同工件材料時(shí)推励，加工用量會(huì)有很大差異鹤耍，目前尚無完整的加工數(shù)據(jù)。通常验辞，隨著切削速度的提高稿黄，加工效率提高喊衫，刀具磨損加劇，除較高的每齒進(jìn)給量外推讽，加工表面粗糙度隨切削速度提高而降低逻富。對(duì)于刀具壽命，每齒進(jìn)給量和軸向切深均存在最佳值路槐，而且最佳值的范圍相對(duì)較窄。高速銑削參數(shù)一般的選擇原則是高的切削速度朋井、中等的每齒進(jìn)給量fz带悼、較小的軸向切深ap和適當(dāng)大的徑向切深。

　　對(duì)機(jī)床的要求

　　機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)韧仓、制造技術(shù)鞭畜、高穩(wěn)定主軸系統(tǒng)、先進(jìn)熱誤差補(bǔ)償系統(tǒng)臊链、先進(jìn)的數(shù)控進(jìn)給系統(tǒng)等對(duì)高精度切削有著重要影響楚瘾。機(jī)床制造商大多采用全閉環(huán)位置伺服控制的小導(dǎo)程、大尺寸侄掠、高質(zhì)量的滾珠絲杠或大導(dǎo)程多頭絲杠碧农。隨著電機(jī)技術(shù)的發(fā)展，先進(jìn)的直線電動(dòng)機(jī)已經(jīng)問世钻哩，并成功應(yīng)用于CNC機(jī)床屹堰。先進(jìn)的伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)使進(jìn)給系統(tǒng)加快了響應(yīng)速度，提高了伺服控制精度和機(jī)床加工的定位及重復(fù)定位精度街氢。

　　現(xiàn)今扯键，高速機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的速度和加速度的前饋控制(Feed Forward Control)、前瞻處理(Look-ahead)珊肃、拐角預(yù)處理都能有效地保證模具復(fù)雜曲面高速加工的質(zhì)量和效率荣刑。

　　部分機(jī)床還可在內(nèi)部進(jìn)行NURBS非均勻有理B樣條插補(bǔ)曲線處理，用戶可直接控制加工精度之誤差參數(shù)伦乔，從而伺服系統(tǒng)能準(zhǔn)確地控制速度和加速度厉亏，使加工精度有所保證。

　　機(jī)床本身幾何誤差以及切削期間結(jié)構(gòu)受熱所產(chǎn)生的熱位移评矩，是影響其加工精度的主要因素叶堆，因此機(jī)床溫度穩(wěn)定性控制技術(shù)及熱位移補(bǔ)償技術(shù)在近年來逐漸受到重視，由于熱會(huì)使所有機(jī)件的材質(zhì)膨脹斥杜，故所有會(huì)產(chǎn)生熱的行為皆是誤差產(chǎn)生的原因虱颗。如：高速主軸之轉(zhuǎn)動(dòng)、各滑動(dòng)件蔗喂、滾動(dòng)件之摩擦墙滋、伺服電動(dòng)機(jī)之消耗功掸昨、環(huán)境溫度場之變化等。

　　解決機(jī)床由于溫度分布不均勻所導(dǎo)致之熱誤差一般有三種方法：(1)控制熱流(heat flow)流向機(jī)床周圍環(huán)境巍慧。(2)重新設(shè)計(jì)機(jī)床結(jié)構(gòu)绿壮，使其對(duì)熱變形敏感度降低及控制變形情況。(3)對(duì)移動(dòng)件施以補(bǔ)償并园。補(bǔ)償前湃纸，需先做到理論上之設(shè)計(jì)最佳化。一般相信樊颁，若采用實(shí)時(shí)(real-time)熱誤差修正可有效地減少由于設(shè)計(jì)不良所導(dǎo)致之熱誤差犀掸。其中，機(jī)床熱彈現(xiàn)象(thermoplastic behavior)是決定熱變形修正準(zhǔn)確能力之重要因子之一澳银。機(jī)械結(jié)構(gòu)件之熱變形在于機(jī)床溫度變化棒冠，傳統(tǒng)上常采用高體積流率之冷卻液，如對(duì)全機(jī)結(jié)構(gòu)件及絲杠運(yùn)用油使機(jī)件維持定溫慨即，也是一種消除熱誤差之好方法型肥。

　　當(dāng)然，最省錢且效果最好之方法仍為實(shí)行熱誤差補(bǔ)償控制蝠咆，目前歐美日各國生產(chǎn)之高精密機(jī)床也有各自的熱誤差補(bǔ)償控制方法踊东，如日本大隈（OKUMA），基于其二十年對(duì)熱變形處理的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)而提出的“熱親和概念”(Thermo Friendly Concept)勺美。

　　“熱親和概念”(Thermo Friendly Concept)技術(shù)設(shè)計(jì)主要分為兩部分：

　　(1)TAS-S (Thermo Active-dimension Stabilizer for Spindle)熱位移補(bǔ)償——主軸

　　主軸采用簡單熱變形的結(jié)構(gòu)递胧，平均熱對(duì)稱冷卻潤滑噴嘴及雙重冷卻油套，將熱變形抑制在最小程度赡茸，從而應(yīng)用正確的熱位移補(bǔ)償方式缎脾，使能在長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)中保持熱變形在4μｍ以內(nèi)。

　　(2)TAS-C (Thermo Active-dimension Stabilizer for Construction)熱位移補(bǔ)償——結(jié)構(gòu)

　　機(jī)床結(jié)構(gòu)使用熱量分布均勻及箱式組合構(gòu)造簡化熱變形情況占卧，機(jī)內(nèi)護(hù)罩用于減小冷卻液和加工時(shí)鐵屑溫度對(duì)機(jī)床的影響遗菠，而分離的NC控制箱設(shè)計(jì)將電器零件運(yùn)作時(shí)的熱力隔離，使機(jī)床前后溫度保持相同的熱平衡結(jié)構(gòu)华蜒，將熱變形抑制在最小程度辙纬，再正確地進(jìn)行熱位移補(bǔ)償，使整體加工精度在8μｍ內(nèi)叭喜。

　　結(jié)論

　　高速高精度切削技術(shù)是切削加工技術(shù)的重要發(fā)展方向之一贺拣，目前主要應(yīng)用于航空航天工業(yè)、汽車工業(yè)和模具行業(yè)矗赔，尤其是在加工復(fù)雜曲面的領(lǐng)域贤丐。工件本身、刀具系統(tǒng)或CAD/CAM技術(shù)可從用戶之經(jīng)驗(yàn)及各種新工具和不斷改進(jìn)而得到提升坦浦，但機(jī)床之技術(shù)及質(zhì)量便由機(jī)床生產(chǎn)商提供辙求，因此盲并，加工精度是否能達(dá)到要求，選擇機(jī)床是最重要的第一步弟诲。

　　符合以上條件作高速吻悍、高精度切削的加工中心，比較典型的如日本大隈（Okuma）公司MB-V系列立式加工中心徘伯。

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