一．前言

　　當今企業(yè)的競爭集中表現(xiàn)在產(chǎn)品款式、新產(chǎn)品開發(fā)周期及產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模。模具作為新產(chǎn)品生產(chǎn)的關(guān)鍵工裝，其設(shè)計與生產(chǎn)周期日益成為決定新產(chǎn)品開發(fā)周期的決定因素振坚。在汽車工業(yè)中，過去新車型的開發(fā)周期一般為十年祠劣，現(xiàn)在縮短為二到三年秤淀，F(xiàn)ORD及TOYOTA新車型的開發(fā)周期僅為一年半，這一切都得益于企業(yè)模具設(shè)計與制造手段的現(xiàn)代化水平的提高耗萝。

　　高速加工技術(shù)隨著數(shù)控加工設(shè)備與高性能加工刀具技術(shù)的發(fā)展而日益成熟世荐。極大的提高了模具加工速度、減少了加工工序舆佩、縮短甚至消除了耗時的鉗工修復(fù)工作介腻，從而極大地縮短了模具的生產(chǎn)周期。模具的高速加工技術(shù)逐漸成為我國模具工業(yè)技術(shù)改造最主要的內(nèi)容之一泌榕。但什么是高速加工酱滞？高速加工與傳統(tǒng)加工在加工工藝上有什么區(qū)別？高速加工也對加工設(shè)備气岁、刀具夾具及相應(yīng)的CAD/CAM系統(tǒng)提出了什么特殊的要求诲猴？高速加工有什么技術(shù)優(yōu)勢等問題一直成為我國模具行業(yè)的主要問題之一。

　　英國Delcam公司是世界上最早致力與高速加工工藝及相應(yīng)CAD/CAM技術(shù)研究的專業(yè)CAD/CAM集成系統(tǒng)開發(fā)商之一浦堪。該公司也是世界上唯一擁有大型模具加工車間的CAD/CAM軟件系統(tǒng)開發(fā)商慌回。Delcam公司模具車間自1985年購進Briageport VF1000 高速加工中心多臺，用于進行高速加工工藝的研究及高速加工專用CAM系統(tǒng)棗PowerMILL的開發(fā)鳖宾。1995年公司引進行程為6M 的Mecof 5軸聯(lián)動高速加工中心吼砂，以加強高速加工工藝及CAM系統(tǒng)的研究。1999年3月成功的舉辦了歐洲首次HSM技術(shù)研討會暨HSM現(xiàn)場加工展示會鼎文，來自世界各地的一百多位專家介紹了各自的經(jīng)驗渔肩。

　　高速加工技術(shù)在我國剛剛起步，眾多企業(yè)非常關(guān)注高速加工的發(fā)展及在模具行業(yè)的應(yīng)用漂问，以及高速加工的工藝特點，高速加工對設(shè)備女揭、刀具的特殊要求以及高速加工對CAD/CAM系統(tǒng)的特殊要求蚤假。故將Delcam HSM技術(shù)研討會暨HSM現(xiàn)場加工展示會的資料整理成文，希望與我國從事模具高速加工的工程技術(shù)人員交流。本文所提出的觀點磷仰、所列出的數(shù)據(jù)僅代表個人觀點袍嬉，特此說明。

　　二．關(guān)于高速加工的定義

　　六十多年前灶平，Salomon提出高速加工的概念并對高速加工進行了深入的研究伺通。其研究成果表明：隨著切削線速度的增加，溫度及刀具磨損會劇烈增加帆伯，當切削線速度達到超過某臨界值時嫌隆，切削溫度及切削力會減小，然后又隨著切削速度的增加而急劇增加代投。從右圖可看出荷况，以刀具磨損的切削力為限制條件，前一個低于該值的區(qū)域是一般傳統(tǒng)加工灾您。后一個低于該值的區(qū)域為高速加工梆甘。由此也可看出，不同材料有不同的臨界值烛辜， 有其高速加工的特定范圍江伴。刀具材料與質(zhì)量是高速加工最主要的限制條件之一。故高速加工不僅決定于主軸速度與刀具直徑臂葫，還與所切削的材料踢臀，刀具壽命及加工工藝等綜合因素有關(guān)。

　　高速加工是在航空鋁合金材料零件加工發(fā)展起來的郎抖，高水平合金涂層刀具的壽命不時主要的限制因素哟蝉。高速加工主要受設(shè)備主軸速度及材料熔點的限制，一般主軸速度為每分鐘50000~60000轉(zhuǎn)或更高茫舶。本文主要關(guān)注塑料模具械巡、壓鑄模具、沖壓模具及鍛模等合金模具鋼的高速加工饶氏，這種材料的硬度一般超過洛氏50度讥耗，故高速加工的限制因素主要是刀具壽命，而非鋁加工中主軸速度的限制疹启。對于小型模具的細節(jié)結(jié)構(gòu)的加工古程，主軸速度可達40000轉(zhuǎn)以上。而大型汽車覆蓋件模具的加工喊崖，一般主軸速度12000轉(zhuǎn)/分以上的加工可稱為高速加工挣磨。
　

　　三．高速加工的分類及與傳統(tǒng)加工方式的優(yōu)勢

　　Delcam高速加工的研究表明，高速加工按其目的而言應(yīng)分為兩類：以實現(xiàn)單位時間最大材料去除量為目的的高速加工以及以實現(xiàn)高質(zhì)量加工表面與細節(jié)結(jié)構(gòu)為目的的高速加工荤懂。任何模具的高速加工都是這兩類技術(shù)的綜合運用茁裙，模具生產(chǎn)作為系統(tǒng)工程而言塘砸，后者因極大地減少了鉗工拋光、修復(fù)時間晤锥，減少甚至消除了部分工序肺沃，對模具生產(chǎn)周期縮短起了更大的作用。

　　高速加工提高了模具加工速度

　　對精加工而言鬼浮，從材料去除速度而言高速加工比一般加工快四倍以上樱猬。盡管高速加工采取了非常小的進給速度與切深，對粗加工而言高速加工45立方厘米/分的切削速度全头。

　「匚住（2）高速加工可獲得高質(zhì)量的加工表面

　　因高速加工采取了及小的進給量與切深，故可獲得很高的表面質(zhì)量资杆，有時甚至可以省去鉗工修光的工序酒吠，因表面質(zhì)量的提高省去了修光及點火花等工序所節(jié)約的時間。

　】闻恪（3）簡化了加工工序

　　傳統(tǒng)銑削加工只能在淬火之前進行唇佳，因淬火造成的變形必須要手工修整或用電加工最終成型。現(xiàn)在這些可以通過高速加工完成贱钩，省去了電極材料杆叛、電極加工編程及加工、以及電加工過程的所有費用唉堪，而且沒有電加工的表面硬化模聋。另外唠亚，高速加工由于切削的減少链方，可使用更小直徑的刀具，可對加工出模具更小的圓角半徑及模具細節(jié)加工灶搜，節(jié)省掉部分加工或手工修整工藝祟蚀。減少人工修光時間、簡化的工藝對縮短生產(chǎn)周期的貢獻甚至可超過高速加工速度提高的部分割卖。

　∏澳稹（4）可十分方便地用于模具修復(fù)過程

　　模具在使用過程往往需要多次修復(fù)，以延長使用壽命鹏溯，過去主要是靠電加工來完成罢维，采用高速加工可以更快地完成該工作，而且可使用原NC程序丙挽，無須重新編制肺孵，盡可精確。

　　四．高速加工（HSM）對機床颜阐、刀具的要求

　　高速加工對機床的要求：

　　★ 高的主軸速度：12000~40000R.P.M

　　★ 高的進給速度：40-60M/Min

　　★ 快速移動速度: 90M/MIN

　　★ 加速度為1G

　　★ 高剛性的機械結(jié)構(gòu)

　　★ 高穩(wěn)定盘塘、高剛度腋殃、冷卻良好的高速主軸

　　★ 精確的熱補償系統(tǒng)

　　★ 高速處理能力的控制系統(tǒng)（線性插補5-20Microns或NURBS插補功能）

　　★ 具有預(yù)處理能力（向前看）的控制系統(tǒng)

　　高速加工對刀具及裝夾的要求：

　　★ 刀夾、刀具的加速度小于3G

　　★ 刀具的徑向跳動小于0.015MM

　　★ 一般刀長不大于四倍的刀具直徑

　　五．高速加工（HSM）對CAM系統(tǒng)的要求

　　高速加工有著與傳統(tǒng)加工特殊的加工工藝要求. 而數(shù)控加工的數(shù)控指令包含了所有的工藝過程. 故應(yīng)用于高速加工的數(shù)控自動編程系統(tǒng)__CAM系統(tǒng)必須能夠滿足相應(yīng)的特殊要求.

　　1. CAM系統(tǒng)應(yīng)具有高計算編程速度

　　高速加工中采用非常小的切給量與切深晓够，故NC程序比對傳統(tǒng)系統(tǒng)要求要大的多，故要求計算速度要快寻币、要方便節(jié)約編程時間擅锚。另外快的編程速度使操作人員能夠?qū)Χ喾N加工工藝策略比較，以便采取最佳的工藝方案瓶虽，并對刀具軌跡進行編輯赊真、優(yōu)化，以達到最佳的加工效率珍诡。

　　2.全程自動防過切處理能力及自動刀柄干涉檢查

　　高速加工以傳統(tǒng)加工近10倍的切削速度加工. 一旦發(fā)生過切, 其后果不堪設(shè)想. 故CAM系統(tǒng)必須具有全程自動防過切處理能力. 傳統(tǒng)的曲面CAM系統(tǒng)是局部加工的概念, 極容易發(fā)生過切現(xiàn)象.一般都是靠人工選擇干預(yù)的辦法來防止. 很難保證過切防護的安全性. 只有新一代的盒蚁、智能化的、面向?qū)ο蟮腃AM系統(tǒng)尼袁，防過切處理全部由系統(tǒng)自動完成陋晒，才能真正保證其安全性。

　　高速加工的重要特征之一就是能夠使用較小直徑的刀具化焕，加工模具的細節(jié)結(jié)構(gòu)萄窜。系統(tǒng)能夠自動提示最短夾刀長度并自動進行刀具干涉檢查對高速加工非常重要。

　　3．進給率優(yōu)化處理功能

　　為了能夠確保最大的切削效率撒桨，又保證在高速切削時加工的安全性查刻。應(yīng)根據(jù)加工瞬時余量的大小，CAM系統(tǒng)自動對進給率進行優(yōu)化處理凤类。以確保高速加工刀具受力狀態(tài)的平穩(wěn)性穗泵。

　　4．豐富的符合高速加工要求的加工策略

　　高速加工對加工工藝走刀方式與傳統(tǒng)方式機能有著特殊要求，因而要求CAM系統(tǒng)能夠滿足這特定的工藝要求：

　∶瞻獭（1）應(yīng)避免刀具軌跡中走刀方向的突然變化佃延，以免因局部過切而造成刀具或設(shè)備的損壞；

　【ソ亍（2）應(yīng)保持刀具軌跡的平穩(wěn)苇侵，避免突然加速或減速；

　∑笮俊（3）下刀或行間過度部分最好采用斜式下刀或圓弧下刀榆浓，避免垂直下刀直接接近工件材料；

　∑渖瘛（4）行切的端點采用圓弧連接殴衡，避免直線連接；

　÷⑶浴（5）除非情況必須如此蟀腌，仍應(yīng)避免全力寬切削番雀；

　　（6）殘余量加工或清根加工是提高加工效率的重要手段抠偏，一般應(yīng)采用多次加工或采用系列刀具從大到 小分次加工阶押，以達到所需尺寸，避免用小刀一次加工完成鞋剔；

　⊥阉ⅰ（7）刀具軌跡編輯優(yōu)化功能非常重要，避免多余空刀池躁，可通過對刀具軌跡的 像饮码、復(fù)制、旋轉(zhuǎn)等操作褒选，避免重復(fù)計算氏篇；

　　（8）刀具軌跡裁剪修復(fù)功能也很重要蹭睡，可通過精確裁剪減少空刀提高效率衍菱，也可用于零件局部變化零件編程，只要編輯修改邊際肩豁，無須對整個模型重新編程梦碗。

　　5．高速加工對Programmer的要求與編程方式的改變：

　　采用高速加工設(shè)備之后，對編程人員的需求量將會增加蓖救，因高速加工工藝要求嚴格洪规，過切保護更加重要，故需花多的時間對NC指令進行仿真檢驗循捺，一般高速加工編程時間比一般加工編程時間要長的多斩例，而大大縮短了加工時間。為了保證高速加工設(shè)備足夠的使用率从橘，需配置更多的CAM人員念赶。發(fā)達國家另一個明顯的發(fā)展趨勢是機側(cè)編程方式的興起。

　　傳統(tǒng)CAD/CAM中恰力，NC指令的編制是由遠離加工現(xiàn)場的CAD/CAM工程師來完成的叉谜，因編程與加工地點的分離，往往因為對加工工藝的理解不如操作人員專業(yè)镰饶，現(xiàn)場條件不如現(xiàn)場操作清楚缆乐，往往需要對NC指令進行反復(fù)檢驗與修改，而出現(xiàn)配合的矛盾烧骗，影響正常使用禽糊。隨著CAM系統(tǒng)的智能化水平提高，已經(jīng)出現(xiàn)了新一代獨立運行的智能化的CAM專業(yè)系統(tǒng)铜诽，如：DELCAM公司的PowerMILL阔萧，其主要特點是面向?qū)ο笫菍嶓w加工方式而非傳統(tǒng)的曲面局部加工方式绳瓣，只需加工工藝的輸入與選擇即可自動化完成編程操作，編程的復(fù)雜程度與零件的復(fù)雜程度無關(guān)男梆，只與加工工藝有關(guān)嗡深，故非常易于掌握，只需兩天培訓即可掌握使用贸卦。故在歐美發(fā)達國家為了充分發(fā)揮NC設(shè)備操作人員的優(yōu)勢起衫，為縮短加工時間間隔，機側(cè)編程已經(jīng)成為逐漸流行的發(fā)展趨勢槽畔。

　　六．高速加工（HSM）加工實例

　　1. 汽車車門外覆蓋件拉延模具

　　模具尺寸： 1400 x 1200 x 600

　　模具重量： 2500kg

　　毛坯材料：GGG30 材料硬度：HB240

　　高速加工設(shè)備：Mecof 5軸聯(lián)動高速加工中心

　　高速加工時間：16小時5分，手工修復(fù)：15小時胁编，總計：37.5小時

　　傳統(tǒng)加工時間：50小時厢钧，鉗工修復(fù)：90小時，總計嬉橙；140小時

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