本文介紹高速加工技術(shù)的主要特點(diǎn)私痹，論述用于模具工業(yè)的高速機(jī)床淤击、高速刀具和高速CAD/CAM系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)匠抗，列舉一些應(yīng)用實(shí)例和使用效果，指出高速加工技術(shù)在模具工業(yè)中廣闊的應(yīng)用前景污抬。

　　模具是制造業(yè)中使用量大汞贸、影響面廣的工具產(chǎn)品。沒(méi)有型腔模印机、壓鑄模矢腻、鑄模、深拉模和沖壓模射赛，就無(wú)法生產(chǎn)出被廣泛應(yīng)用和具有競(jìng)爭(zhēng)價(jià)格的塑料件多柑、合金壓鑄件、鋼板件和鍛件楣责。在現(xiàn)代批量生產(chǎn)中平俘，沒(méi)有高水平的模具，就沒(méi)有高質(zhì)量的產(chǎn)品玻温，它對(duì)企業(yè)提高生產(chǎn)效率猴豁、降低生產(chǎn)成本也有重要的作用。據(jù)國(guó)外最新統(tǒng)計(jì)分析级闭，金屬零件粗加工的75%悲碰、精加工的50%和塑料零件的90%是用模具加工完成的。因此茄妇，模具工業(yè)也被稱為“皇冠工業(yè)”昌嘶。如今，模具制造已成為先進(jìn)制造技術(shù)的一個(gè)重要組成部分晨丸。

　　制造模具的材料通常是一類難加工材料诱榴，目前國(guó)內(nèi)模具型腔一般都釆用電火花加工（EDM）成型。但電加工的生產(chǎn)效率很低云卤，不論在模具開(kāi)發(fā)速度方面還是模具制造質(zhì)量方面备则，都不能滿足現(xiàn)代批量生產(chǎn)的要求。

　　高速加工技術(shù)的出現(xiàn)城也，為模具制造技術(shù)開(kāi)辟了一條嶄新的道路隐锭。盡可能用高速加工來(lái)代替電加工窃躲，是加快模具開(kāi)發(fā)速度、提高模具制造質(zhì)量的必然趨勢(shì)钦睡。

　　模具高速加工的優(yōu)越性

　　不論是沖壓模具還是塑料模具（包括注射模蒂窒、擠壓模、吹塑模等）荞怒，為了提高其使用壽命洒琢，構(gòu)成模具型腔的有關(guān)零件一般都用高強(qiáng)度的耐磨材料制造（如各種牌號(hào)的合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼和不銹鋼等）褐桌，這些材料經(jīng)過(guò)熱處理後硬度很高衰抑，很難用常規(guī)的機(jī)械加工方法進(jìn)行加工。幾十年來(lái)荧嵌，對(duì)付這類難加工材料的最好辦法就是釆用特種加工呛踊。

　　在中國(guó)，模具的型腔加工至今仍然是電火花加工一統(tǒng)天下啦撮，電火花加工（包括成形加工和線切割）在模具制造中一直起著十分重要的作用谭网。

　　生產(chǎn)的發(fā)展和產(chǎn)品更新?lián)Q代速度的加快，對(duì)模具的生產(chǎn)效率和制造質(zhì)量提出了越來(lái)越高的要求漱屁，于是電火花加工存在的問(wèn)題就逐漸暴露出來(lái)狈报。從物理本質(zhì)上說(shuō)，電火花加工是一種靠放電燒蝕的“微切削”工藝茧津，加工過(guò)程非常之緩慢溺剖；在電火花對(duì)工件表面進(jìn)行局部高溫放電燒蝕過(guò)程中，工件材料表面的物理-機(jī)械性能會(huì)受到一定程度的損傷营鸽，常常會(huì)在型腔表面產(chǎn)生微細(xì)裂紋鳖进，表面粗糙度也達(dá)不到模具的要求，因而經(jīng)過(guò)電加工後的型腔類零件一般還要進(jìn)行費(fèi)力奴万、費(fèi)時(shí)的手工研磨和拋光葵斗。因此，電火花加工的生產(chǎn)效率很低个荔，制造質(zhì)量不穩(wěn)定杂虐，在許多場(chǎng)合，模具已成為影響新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度的一個(gè)關(guān)鍵因素易贿。

　　20世紀(jì)90年代以來(lái)意沸，在國(guó)外模具工業(yè)中開(kāi)始逐漸應(yīng)用高速切削(HSC)方法進(jìn)行型腔的加工，并且取得了很好的效果烦租。和電火花加工相比延赌，高速加工的主要優(yōu)點(diǎn)是：

　　（1）產(chǎn)品質(zhì)量好—高速切削以高于常規(guī)切速10倍左右的切削速度對(duì)零件進(jìn)行高速加工叉橱，毛坯材料的馀量還來(lái)不及充分變形就在瞬間被切離工件挫以，工件表面的殘馀應(yīng)力非常姓呷洹；切削過(guò)程中產(chǎn)生的絕大多數(shù)熱量（95%以上）被切屑迅速帶走掐松，工件的熱變形絮饴隆；高速加工過(guò)程中大磺，機(jī)床主軸以極高的轉(zhuǎn)速（10000~80000 r/min）運(yùn)轉(zhuǎn)泻仙，激振頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)離開(kāi)了“機(jī)床—刀具—工件”系統(tǒng)的固有頻率范圍，零件加工過(guò)程平穩(wěn)無(wú)沖擊量没。因此零件的加工精度高，表面質(zhì)量好突想，粗糙度可達(dá)Ra 0.6μm以上殴蹄。經(jīng)過(guò)高速銑削的型腔，表面質(zhì)量能達(dá)到磨削的水平侄侨，故常承窒可省去後續(xù)的許多精加工工序。

　∑臁（2）生產(chǎn)效率高—用高速加工中心或高速銑床加工模具参匀，可以在工件一次裝夾中，完成型腔的粗市协、精加工和模具零件其它部位的機(jī)械加工昭仓，即所謂“一次過(guò)”技術(shù)（One Pass Machining），切削速度很高瞬芒，加工過(guò)程本身的效率比電加工要高出好幾倍凯辆。除此以外，它既不要做電極接吠，常常也不需要後續(xù)的手工研磨與拋光宜裂，又容易實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程自動(dòng)化。因此缕圣，高速加工技術(shù)的應(yīng)用掀哎，使模具的開(kāi)發(fā)速度大為提高。

　⊥埂（3）能加工形狀復(fù)雜的硬質(zhì)零件和薄壁零件—由高速切削機(jī)理可知乔遮，高速切削時(shí)，切削力大為減少价淌，切削過(guò)程變得比較輕松申眼。高速切削可以加工淬火鋼，材料硬度可高達(dá)60HRC以上蝉衣，加工過(guò)程甚至可以不用切削液括尸，這就是所謂的硬切削（Hard Machining）和乾切削(Dry Machining)巷蚪。尤其可貴的是，在高速加工中濒翻，橫向切削力（Py）很小屁柏，這就有利于加工復(fù)雜模具型腔中一些細(xì)筋和薄壁，其壁厚甚至可以小于1mm有送。高速加工方法加工出的零件淌喻，其各個(gè)薄壁的壁厚分別為0.2mm、0.3mm和0.4mm雀摘，薄壁高度為20mm宜柱。

　　近幾年來(lái)，高速加工技術(shù)在國(guó)外已廣泛用于模具工業(yè)编喊。在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家拣薄，據(jù)統(tǒng)計(jì)目前有85%左右的模具電火花成形加工工序已被高速加工所替代。高速加工在國(guó)際模具制造工藝中的主流地位已經(jīng)確立潭均。原來(lái)一些從事電加工設(shè)備制造的著名公司（如瑞士Agie公司）校搀，已敏感地看到這一技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，為了不被模具設(shè)備巿場(chǎng)淘汰出局号找，已釆取了與高速機(jī)床制造廠家（如瑞士Mikron）聯(lián)手合并的措施房幌。

　　模具工業(yè)中的高速機(jī)床

　　對(duì)模具工業(yè)中使用的高速機(jī)床主要有下列要求：

　　（1）主軸轉(zhuǎn)速高泥碳、功率大—為了適應(yīng)模具型腔曲面的高速加工膜护，刀具的半徑應(yīng)小于型腔曲面的最小圓角半徑，以免加工過(guò)程中刀具與工件發(fā)生“干涉”（實(shí)際上是過(guò)切）泰牵，所以加工中常用小直徑的球頭銑刀骇幽。由于刀具直徑小（1~12mm）脸候，因此要求主軸的轉(zhuǎn)速非常高穷娱，有的高達(dá)20000-80000 r/min，以便實(shí)現(xiàn)高速切削运沦；型腔的粗泵额、精加工常常在工件一次裝夾中完成，故主軸功率要大携添，中等尺寸加工中心的主軸功率常為10KW到40KW嫁盲，有的甚至更高。

　×衣印（2）機(jī)床剛度好—模具材料的強(qiáng)度和硬度都很高羞秤，加上常常釆用伸長(zhǎng)量較大的小直徑端銑刀加工模具型腔，因此加工過(guò)程容易發(fā)生顫振左敌，一般都釆用精度高瘾蛋、剛度大的高速電主軸俐镐。為了確保零件的加工精度和表面質(zhì)量，用于模具制造的高速機(jī)床必須有很高的靜哺哼、動(dòng)剛度佩抹，以提高機(jī)床的定位精度、跟蹤精度和抗振能力虽柜。

　§纭（3）主軸轉(zhuǎn)動(dòng)和工作臺(tái)（溜板）直線運(yùn)動(dòng)都要有極高的加速度—主軸從啟動(dòng)加速到最高轉(zhuǎn)速（一般高于10000 r/min），通常只用1~2秒的時(shí)間财偶。工作臺(tái)的加拙位、減速度也從常規(guī)數(shù)控機(jī)床的0.1g?0.2g 提高到1~5g（g為重力加速度，g=9.81m/s2）课枉，以便可靠地實(shí)現(xiàn)小圓角半徑曲面的高速加工碴厂，并達(dá)到必要的型面幾何精度。在模具制造中偷被，對(duì)機(jī)床的進(jìn)給速度則不要求太高，一般有30m/min即可犬耀。近年來(lái)逝遣，矢量控制的變頻調(diào)速永磁式主軸電動(dòng)機(jī)和大推力、大行程直線電動(dòng)機(jī)在高速機(jī)床上的應(yīng)用把鹊，為模具制造中廣泛釆用高速加工技術(shù)提供了更加有利的條件耽盛。

　　對(duì)于一些復(fù)雜模具的制造，可以釆用五軸聯(lián)動(dòng)加工中心伏尼。這種機(jī)床除三個(gè)坐標(biāo)的直線運(yùn)動(dòng)外忿檩，主軸頭上的刀具還可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。銑頭和工作臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動(dòng)爆阶，特別適用于加工具有復(fù)雜型腔曲面的模具零件燥透。對(duì)于大型復(fù)雜模具，還可釆用龍門式五軸加工中心辨图。

　　瑞士Mikron公司的HSM600U型高速加工中心班套，機(jī)床加工范圍800mm×600mm×5000mm，主軸可選用Step-Tec公司最高轉(zhuǎn)速為30000r/min故河、36000r/min吱韭、42000r/min或60000r/min的高速電主軸，當(dāng)釆用36000r/min電主軸時(shí)鱼的，功率為32KW(40%ED)/24KW(100%ED)理盆。主軸用氮化硅（Si3N4）陶瓷球軸承，配以油－氣潤(rùn)滑凑阶。進(jìn)給速度40m/min猿规，加速度1.7g衷快，刀庫(kù)容量為15~68把刀，立柱釆用龍門式框架結(jié)構(gòu)障昆，剛度高欠慢，特別適用于模具制造。

　　模具制造中的高速刀具

　　在高速切削應(yīng)用于模具工業(yè)的歷程中盲陨，刀具的地位舉足輕重笋夸。高速切削時(shí)產(chǎn)生的切削熱和對(duì)刀具的磨損比普通速度切削時(shí)要高得多，因此高速切削對(duì)刀具材料的性能有更高的要求岂便。要求刀具材料：（1）硬度高椿啦、強(qiáng)度高、耐磨性好深刁；（2）韌度高估董、抗沖擊能力強(qiáng)；（3）熱硬性和化學(xué)穩(wěn)定性好贪类，抗熱沖擊能力強(qiáng)胃愉。在工程實(shí)際中，同時(shí)滿足這些要求的刀具材料至今還沒(méi)有找到暑尝。目前现粗，一般都在有較高抗沖擊能力刀具材料的基體上，覆蓋一層或多層具有高熱硬性和高耐磨性的涂層襟雷，做成高速刀具刃滓。另外，也可將CBN或金剛石等超硬材料燒結(jié)在硬質(zhì)合金或陶瓷材料的基體上耸弄，形成綜合性能非常好的高速加工刀具咧虎。刀具材料主要根據(jù)工件材料、加工工序计呈、加工精度與表面質(zhì)量的要求來(lái)選擇砰诵。

　　除了正確選擇刀具材料以外，刀具結(jié)構(gòu)與精度捌显、切削刃的幾何參數(shù)胧砰、排屑與斷屑功能、刀具的動(dòng)平衡等對(duì)高速切削的生產(chǎn)效率苇瓣、表面質(zhì)量尉间、刀具壽命等也有很大的影響，必須精心設(shè)計(jì)或選擇击罪。至于刀具和機(jī)床的連接方式哲嘲，目前在高速加工中已基本上不用傳統(tǒng)的7：24長(zhǎng)錐度刀柄，而廣泛釆用錐部與主軸端面同時(shí)接觸的HSK空心刀柄，其錐度為1：10宁斋，以確保高速運(yùn)轉(zhuǎn)刀具的安全和軸向加工精度感栋。

　　型腔的粗加工、半精加工和精加工一般釆用球頭銑刀慧男，球頭銑刀的直徑一般從1mm到12mm姥仍。最終的精加工應(yīng)盡可能用同一把球頭銑刀連續(xù)完成整個(gè)型面的加工，其直徑應(yīng)小于模具型腔曲面的最小曲率半徑比摆。

　　用球頭銑刀傻牙，既可避免和模具型腔幾何曲面發(fā)生干涉，又可避免一般銑刀中心區(qū)的切削速度等于零造成的麻煩休台。模具零件平面的粗阐泻、精加工則可采用帶轉(zhuǎn)位刀片的端銑刀。

　　高速銑削是目前高速切削技術(shù)中應(yīng)用最多的一種工藝技術(shù)征啦，所用的刀具包括端銑刀担急、立銑刀和球頭銑刀，這類刀具以瑞典Sandvik公司和美國(guó)Kennametal公司的產(chǎn)品最為有名侠坎，中國(guó)也開(kāi)始生產(chǎn)這類刀具蚁趁。以往有不少企業(yè)家只重視機(jī)床設(shè)備的投資，卻忽視了與之配套的高速刀具的購(gòu)置实胸，結(jié)果使高速機(jī)床不能充分發(fā)揮作用他嫡，這是認(rèn)識(shí)上的一個(gè)誤區(qū)，應(yīng)該予以糾正童芹。 　　

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