隨著時(shí)代發(fā)展申鱼，效率成了效益的最根本因素风钻，我們正處于制造技術(shù)快速發(fā)展的時(shí)期，切削加工已成為制造技術(shù)的主要基礎(chǔ)工藝枉疼。隨著制造技術(shù)的發(fā)展拯奔，切削加工工藝已進(jìn)入了以發(fā)展高速、高精度切削窟句、開(kāi)發(fā)新的切削工藝和加工方法办樟、提供成套技術(shù)為特徵的發(fā)展新階段。目前吟筷，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)疟骤，高速切削逐漸取代電火花精加工模具，在國(guó)外的模具制造企業(yè)已經(jīng)普遍采用冲驶，可以明顯提高效率陨梅。與此同時(shí)，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杖扫，銑削的加工精度便直接影響整體加工時(shí)間押强。

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

高速高精度切削不僅影響工藝本身菲饼，而且也對(duì)刀具、夾具和機(jī)床提出高要求列赎，以下將詳述有關(guān)的影響和要求宏悦。

對(duì)工件的要求

工件鋼材在煉制過(guò)程中多少會(huì)摻有雜質(zhì)，這些雜質(zhì)會(huì)造成切削過(guò)程的振刀現(xiàn)象使刀刃崩損包吝。熱處理淬火過(guò)程亦會(huì)造成硬度不均勻饼煞，如是粗加工后淬火加硬再進(jìn)行精加工，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诗越。工件須要有穩(wěn)定和低震動(dòng)安裝派哲，避免因震動(dòng)使刀具磨損影響精度。

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)等的影響掺喻，要求刀具具有很高的幾何精度和裝夾重復(fù)定位精度，以及很高的剛度和高速動(dòng)平衡的安全可靠性储矩。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)出明顯的剛性不足感耙、重復(fù)定位精度不高、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)不平衡即硼，這種7:24錐度刀柄不適合高速切削使用粟五。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。

國(guó)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(chēng)熱裝式）圣谴，裝夾時(shí)利用感應(yīng)或熱風(fēng)加熱使刀桿孔膨脹条焙，取出舊刀具，裝入新刀具母赶，然后采用風(fēng)冷使刀具冷卻到室溫漂熙，利用刀桿孔與刀具外徑的過(guò)盈配合夾緊。這種結(jié)構(gòu)刀具的徑向跳動(dòng)在4μm万杉，剛性高袖况，動(dòng)平衡性好，夾緊力大奸冶，高轉(zhuǎn)速下仍能保持高漣那禰i靠性抢驴，特別適用于更高轉(zhuǎn)速的高精度銑削加工。但是刀具可換性較差卢历，一個(gè)刀柄只能安裝一種連接直徑的刀具做身，整個(gè)系統(tǒng)比較昂貴。

刀具涂層技術(shù)是切削加工中重要的因素之一蜒秤，它直接影響著加工效率汁咏、制造成本和產(chǎn)品的加工精度。刀具在高速加工過(guò)程中要承受高溫垦藏、高壓梆暖、摩擦、沖擊和振動(dòng)等載荷掂骏，高速切削刀具應(yīng)具有良好的機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性轰驳，即具有良好的抗沖擊、耐磨損和抗熱疲勞的特性弟灼。高速高精切削加工的刀具技術(shù)發(fā)展速度很快级解，應(yīng)用較多的如聚晶金剛石(PCD)、立方氮化硼(CBN)田绑、陶瓷刀具勤哗、涂層硬質(zhì)合金、（碳）氮化鈦硬質(zhì)合金TIC(N)等掩驱。

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

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、專(zhuān)門(mén)的CAD/CAM編程策略吸坐、優(yōu)化的高速加工參數(shù)宗瓢、充分冷卻潤(rùn)滑并具有環(huán)保特性的冷卻方式等。

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

CAD/CAM編程原則上是盡可能保持恒定的刀具載荷课娃，把進(jìn)給速率變化降到最低吴澜，使程序處理速度最大化。主要方法有：盡可能減少程序塊杖虾，提高程序處理速度烂瘫；在程序段中可加入一些圓弧過(guò)渡段，盡可能減少速度的急劇變化奇适；粗加工不是簡(jiǎn)單的去除材料坟比，要注意保證本工序和后續(xù)工序加工余量均勻，盡可能減少銑削負(fù)荷的變化嚷往；多采用分層順銑方式葛账；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，以保證恒定的切削條件皮仁；充分利用數(shù)控系統(tǒng)提供的仿真驗(yàn)證功能籍琳。零件在加工前必須經(jīng)過(guò)仿真、驗(yàn)證：(1)刀位數(shù)據(jù)的正確性贷祈、(2)刀具各部位是否與零件發(fā)生干涉趋急、(3)刀具與夾具附件是否發(fā)生碰撞。確保產(chǎn)品質(zhì)量和操作安全势誊。

高速銑削加工用量的確定主要考慮加工效率呜达、加工表面質(zhì)量、刀具磨損以及加工成本颊鳄。不同刀具加工不同工件材料時(shí)槽脑，加工用量會(huì)有很大差異，目前尚無(wú)完整的加工數(shù)據(jù)谤蚌。通常煌摊，隨著切削速度的提高磨再，加工效率提高，刀具磨損加劇阀霸，除較高的每齒進(jìn)給量外，加工表面粗糙度隨切削速度提高而降低枣象。對(duì)于刀具壽命屠剥，每齒進(jìn)給量和軸向切深均存在最佳值，而且最佳值的范圍相對(duì)較窄舶舅。高速銑削參數(shù)一般的選擇原則是高的切削速度莫彩、中等的每齒進(jìn)給量fz、較小的軸向切深ap和適當(dāng)大的徑向切深ae奸闽。

對(duì)機(jī)床的要求

機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)琼牧、制造技術(shù)、高穩(wěn)定主軸系統(tǒng)哀卫、先進(jìn)熱誤差補(bǔ)償系統(tǒng)巨坊、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。機(jī)床制造商大多采用全閉環(huán)位置伺服控制的小導(dǎo)程此改、大尺寸趾撵、高質(zhì)量的滾珠絲杠或大導(dǎo)程多頭絲杠。隨著電機(jī)技術(shù)的發(fā)展共啃，先進(jìn)的直線電動(dòng)機(jī)已經(jīng)問(wèn)世占调，并成功應(yīng)用于CNC機(jī)床。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)速度移剪，提高了伺服控制精度和機(jī)床加工的定位及重復(fù)定位精度究珊。

現(xiàn)今，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)纵苛、前瞻處理(Look-ahead)剿涮、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。

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)曲線處理赶站，用戶可直接控制加工精度之誤差參數(shù)幔虏，從而伺服系統(tǒng)能準(zhǔn)確地控制速度和加速度，使加工精度有所保證（圖1）惕秧。

圖1

機(jī)床本身幾何誤差以及切削期間結(jié)構(gòu)受熱所產(chǎn)生的熱位移奥徒，是影響其加工精度的主要因素，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(lái)逐漸受到重視的炫，由于熱會(huì)使所有機(jī)件的材質(zhì)膨脹吐捞，故所有會(huì)產(chǎn)生熱的行為皆是誤差產(chǎn)生的原因。如：高速主軸之轉(zhuǎn)動(dòng)蜕裳、各滑動(dòng)件吹蜡、滾動(dòng)件之摩擦涩凑、伺服電動(dòng)機(jī)之消耗功、環(huán)境溫度場(chǎng)之變化等锤衡。

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?chē)h(huán)境宜掏。(2)重新設(shè)計(jì)機(jī)床結(jié)構(gòu)，使其對(duì)熱變形敏感度降低及控制變形情況试郎。(3)對(duì)移動(dòng)件施以補(bǔ)償惹虏。補(bǔ)償前，需先做到理論上之設(shè)計(jì)最佳化泻帮。一般相信精置，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。其中锣杂，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脂倦。機(jī)械結(jié)構(gòu)件之熱變形在于機(jī)床溫度變化，傳統(tǒng)上常采用高體積流率之冷卻液元莫，如對(duì)全機(jī)結(jié)構(gòu)件及絲杠運(yùn)用油使機(jī)件維持定溫赖阻，也是一種消除熱誤差之好方法。

當(dāng)然柒竞，最省錢(qián)且效果最好之方法仍為實(shí)行熱誤差補(bǔ)償控制政供，目前歐美日各國(guó)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，如日本大隈（OKUMA）朽基，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)（圖2）布隔。

圖2

“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(jiǎn)單熱變形的結(jié)構(gòu)，平均熱對(duì)稱(chēng)冷卻潤(rùn)滑噴嘴及雙重冷卻油套稼虎，將熱變形抑制在最小程度衅檀，從而應(yīng)用正確的熱位移補(bǔ)償方式，使能在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)中保持熱變形在4μｍ以內(nèi)（圖3）敬挂。

圖3

(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(jiǎn)化熱變形情況倾氮，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，而分離的NC控制箱設(shè)計(jì)將電器零件運(yùn)作時(shí)的熱力隔離永韭，使機(jī)床前后溫度保持相同的熱平衡結(jié)構(gòu)英甜，將熱變形抑制在最小程度，再正確地進(jìn)行熱位移補(bǔ)償徊押，使整體加工精度在8μｍ內(nèi)（圖4）埃灿。

圖4

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，目前主要應(yīng)用于航空航天工業(yè)呢旋、汽車(chē)工業(yè)和模具行業(yè)绝开，尤其是在加工復(fù)雜曲面的領(lǐng)域。工件本身奸先、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)而得到提升剑督，但機(jī)床之技術(shù)及質(zhì)量便由機(jī)床生產(chǎn)商提供谆精，因此，加工精度是否能達(dá)到要求菠食，選擇機(jī)床是最重要的第一步浮笔。

符合以上條件作高速、高精度切削的加工中心瓣铣，比較典型的如日本大隈（Okuma）公司MB-V系列立式加工中心（圖5）洲胖。

圖5 MB-V系列立式加工中心

MB-V系列獲得2002年度日本機(jī)械學(xué)會(huì)科技獎(jiǎng)。對(duì)于溫度變化所產(chǎn)生的真正熱變形坯沪，則以環(huán)境實(shí)驗(yàn)室內(nèi)所取得的大量熱位移數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)0.1μm單位的實(shí)時(shí)熱位移補(bǔ)償方法予以控制擒滑。利用這種新技術(shù)腐晾，即使在室溫變化達(dá)8℃的情況下，加工過(guò)程中的尺寸變化也只有8μm（實(shí)測(cè)值）丐一，實(shí)現(xiàn)了令人矚目的高精度加工藻糖。

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