铣削加工中的高速铣削技术

42深圳信息职业技术学院学报第6卷第6卷 第2期2008年6月深圳信息职业技术学院学报Journal of Shenzhen Institute of Information TechnologyVol.6 No.2Jun. 2008

[收稿日期] 2008-04-08[基金项目] 广东省十五科技计划重大项目（2003A1040307）[作者简介] 赵振宇（1974－），男（汉族），江西高安人，博士，讲师，E-mail：zhaozy@模具是工业生产的基础工艺装备，被称为“工业之母”。在工业生产中，75%的粗加工工业产品零件、50%的精加工零件均由模具成型，绝大部分塑料制品也由模具成型。作为国民经济的基础工业，模具涉及汽车、家电、电子、建材、塑料制品等各个行业，应用范围十分广泛。现代模具行业是技术、资金密集型的行业。近年来，随着科技的发展，我国模具行业结构调整步伐加快，主要表现为大型、精密、复杂、长寿命模具和模具标准件发展速度高于行业的总体发展速度。模具——“效益放大器”，用模具加工产品大大提高了生产效率，而且还具有节约原材料、降低能耗和成本等特点。在国外，模具被称为“金钥匙”、“进入富裕社会的原动力”等等。据国外统计资料，模具可带动其相关产业的比例大约是1:100，即模具发展1亿元，可带动相关产业100亿元。近几年来，我国模具总产值以每年13%的速度递增。截至2006年底，中国模具制造业规模以上企业1314家，从业人员244155人；全年完成工业总产值555.61亿元，位列世界第三位，仅次于日本和美国。当今世界正进行着新一轮的产业调整．一些模具制造逐渐向发展中国家转移，中国正成为世界模具大国。作为模具制造的重要方法——高速铣削加工主要利用高速低负荷状态更快地切除材料，减小切削深度从而减轻切削力，减少切削过程中的振动和变形，高的金属切除率，工件表面质量好等特点。集多轴数控，高速切削于一体的高速加工中心在模具型腔高速集成加工方面也显示出高效率、高精度、高光洁度的优越性，高速加工中心已成为模具制造企业标准配置设备之一，模具行业对高速加工中心的就用技术也提出越来越强烈的要求。模具高速铣削加工作为模具数字化制造的最重要一环，是影响模具制造周期长短和加工质量的主要因素。在汽车，摩托车，家电等行业得到了广泛应用的复杂型腔模具，一般结构复杂，有较高精度和技术含量，复杂模具型腔呈多样化和不规则性，具有三维不规则的自由曲面，且在型腔轮廓中存在很多自由曲线组合而成的拐角。型腔中拐角表现为多样化和不规则性的尖角，圆角或钝角等，角度大小不同的过渡线连接，可能出现在平面，斜面，或自由曲面之上。对于模具型腔有十分复杂的自由曲面，采用常规的数控加工方法难以满足精度和形状要求，更无法提高加工效率。因此，如何处理型腔高速铣削加工中的高质、高速、高效是当前需要解决的一个重要问题。1 型腔刀具轨迹的生成方法刀具轨迹的生成是复杂零件数控加工中最重要的内容。通过零件几何模型，根据所选用的加工机床，刀具、走刀方式以及加工余量等工艺方法进行刀位计算，并生成加工运动轨迹。刀具轨迹的生成型腔高速铣削加工刀具轨迹优化研究

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高速铣削加工

作者：徐东兵

来源：《新一代》2010年第10期

摘要:高速切削加工是面向21世纪的一项高新技术,它以高效率、高精度和高表面质量为基本特征,在汽车工业、航空航天、模具制造和仪器仪表等行业中获得了愈来愈广泛的应用,并已取得了重大的技术经济效益,是当代先进制造技术的重要组成部分。高速切削是实现高效率制造的核心技术,工序的集约化和设备的通用化使之具有很高的生产效率。可以说,高速切削加工是一种不增加设备数量而大幅度提高加工效率所必不可少的技术。

关键词:高速切削;加工;模具加工;刀具;工艺

中图分类号:G640文献标识码:A文章编号:1003-2851(2010)10-0251-01

一、高速铣削加工

(一)高速铣削加工机床为了实现高速切削加工。一般采用高柔性的高速数控机床、加工中心,也有的采用专用的高速铣、钻床。机床同时具有高速主轴系统和高速进给系统,高的主轴刚度特性,高精度定位功能和高精度插补功能,特别是圆弧高精度插补功能。高速切削加工对机床的工艺系统提出了更高的要求,主要表现在以下几个方面:

高速铣削机床必须具有高速主轴,主轴的转速10000~100000m/min,功率大于15kW。还应具有快速升速、在指定位置快速准停的性能。主轴的轴向间隙不大于0.0002m m 。高速主轴常采用液体静压轴承式、空气静压轴承式、混合陶瓷轴承、磁悬浮轴承式等结构形式。主轴冷却一般采用内部水冷或气冷。

高速加工机床的驱动系统应能够提供40～60m/min 的进给速度,具有良好的加速度特性,能够提供0.4m/s2 到10m/s2的加速度和减速度。为了获得良好的加工质量,高速切削机床必须具有足够高的刚度。机床床身材料采用灰铸铁,还可以在底座中添加高阻尼特性的混凝土,以防止切削时刀具颤振影响加工质量。具有高速数据传输率,能够自动加减速。加工工艺有利于切削加工和提高刀具寿命。目前高速机床的厂家,通常在普通机床上进行低速、大进给的粗加工,然后进行热处理,最后在高速机床上进行半精加工和精加工,在提高精度和效率的同时尽可能地降低加工成本。

第７卷第１期２００７年１月　１６７１＇１８１９（２００７）１－０１１２－０５　科学技术与工程　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖｏ１．７　Ｎｏ．１　Ｊａｎ．２０ｏ７　⑥２００７　Ｓｅｉ．Ｔｅｃｈ．Ｅｎｇｎｇ．　

矿冶技术　

模具高速铣削加工的技术特点及应用　

熊建武周　进　陈湘舜朱鹏超　

（湖南铁道职业技术学院，株洲４１２００１）　

摘要模具高速铣削加工具有传统加工无可比拟的优势，是模具制造的发展方向。从机床结构、切削刀柄和刀具、加工工　艺、数控编程等方面阐述了模具高速铣削的技术特点以及在模具加工行业的应用。　关键词模具　高速铣削　技术特点　应用　‘　

中图法分类号ＴＧＳ０６．１；　文献标识码Ａ　

在现代模具生产中，随着对塑件的美观度及功　能要求越来越高，塑件内部结构设计得越来越复　

杂，模具结构也日趋复杂，自由曲面所占比例不断　增加，因而模具高速加工技术应用越来越广泛。　

数控高速切削加工作为模具制造中最为重要　

的一项先进制造技术，是集高效、优质、低耗于一身　

的先进制造技术。高淬硬钢模具件（ＨＲＣ４５一　

ＨＲＣ６５）加工过程中，采用高速切削可以取代电加　

工和磨削抛光工序，还减少了钳工打磨与抛光工作　

量。对于薄壁模具零件，利用高速铣削ＣＮＣ加工中　

心，可一次装夹完成多工步加工。模具高速加工技　

术，改变了模具传统加工路线：“退火一铣削加工＿＋　热处理＿＋磨削”或“电火花加工＿＋手工打磨、抛光”，　

甚至可用高速切削加工替代原来的全部工序…。　

大量生产实践表明，应用高速切削，可节省约８Ｏ％　

的模具手工研磨时间，节约加工成本费用近３０％，　

２００６年９月７日收到　湖南铁道职业技术学院科研　规划项目（湖铁院办Ｅ２ｏｏ４１３６号、　［２００４］７２号）资助　第一作者简介：熊建武（１９６４一），男。湖南安化县人，工学硕士，　高级工程师、副教授，研究方向：棋县设计与精密切削。Ｅ．ｍａｉｌ：　ｘｉｏｎｇｊｉａｎｗｕ２００６＠１２６．ｃｏｎａ；ｘｉｏｎｇｊｉａｎｗｕ＠ｙａｈｏｏ．ｏｏｍ．ｃｎ。　・通讯作者简介：周进（１９６５－－），女，湖南南县人，高级讲师，研　究方向：计算机应用与机电工程。　模具表面加工精度可达１　ｍ，刀具切削效率可提高　５倍￣ｌ＿ｋ　ｃ２，３］。　

Ｍｏｄｅｍ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　基于Ｐｏｗｅ　ｒＭ　Ｉ　Ｌ　Ｌ的　．＿．　口　同　速铣削加工技术　高速切削的基本出发点是利　用高速低负荷状态更快地切除材　料。高速切削的最大特点是主轴转　速及进给速度都很高，高速切削可　使大部分的切削热通过切屑带走，　以减少零件的热变形：低负荷切削　意味着可通过减小切削深度而减轻　切削力，从而减少切削过程中的振　动和变形。　同传统铣削相比，高速铣削　工艺有其特殊性，除了要有高速切　削机床和高速切削刀具之外，具有　本文也是　与之相匹配的加工编程软件也是至　一篇示范性的　关重要的。在选择了合适的刀具和　文章，文中简　加工参数后，加工方法的选择和刀　要介绍了基于　轨规划就成了关键。　Ｐｏｗｅ　ｒＭＩ　ＬＬ的ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ￣英ｍＤＥＬＣＡＭ￣　高速铣削加Ｔ　开发的专业化高速铣削加工软件。　策略。并通过　其智能化过切保护、刀具过载保　实例。较为详细　护、丰富的高速加工细节处理、刀　柚诳　妞丫　田　杆与刀柄碰撞检查、优化的计算方　地讲介绍了运用　什与／Ｊ恫蚀厘任堂、优化　订异力　Ｐｏｗｅ　ｒＭＩ　ＬＬ进　法等功能，成就了其作为基于知识　行数控加工的过　的数控编程软件在行业中的领先地　程。文章内容不　位。其专业化及独有的高速加工　是很深。但有一　策略使其成为高速铣削数控编程　定的指导意义。　的首选。　一、ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ高速加　工策略　１．粗加工策略　粗加工的主要目标是追求　单位时间内的材料去除率，并为　半精加工准备工件的几何轮廓。　ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ的粗加工采用区域清除　方式，其下切或行间过渡部分应该　口广东白云学院数控科谢玉书　采用斜式下刀或圆弧下刀，并且尽　量采取顺铣的加工方式，刀具路径　的尖角处要采用圆角的光顺处理，　这样才尽可能地保持刀具负荷的稳　定，减少任何切削方向的突然变　化，从而符合高速加工的需求。同　时，在ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ的粗加工中应采　用以下加工策略。　（１）尽量使用偏置加工策略而　不是使用传统的平行加工策略。在　可能的情况下，都应从工件的中心　开始向外加工，以尽量减少全刀　宽切削。　（２）赛车线加工（Ｒａｃｅ　Ｌｉｎｅ　Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）是ＤＥＬＣＡＭ推出的专利　高速加工方式，它模拟了赛车的原　理，最大化地消除了刀具路径中的　尖锐拐角，刀具保持了恒定负荷和　排屑率，使得切削负荷更加稳定，　改善加工质量。　（３）摆线粗加工是ＤＥＬＣＡＭ推出　的另外一种高速加工方式。在刀具　过载的区域，采用摆线加工，可显　著提高加工效率，延长刀具寿命，　减少对机床的冲击。　２．半精加工策略　半精加工的主要目标是使工件　轮廓形状平整，表面精加工余量均　匀。ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ￣基于知识的专业加　工软件，它的残留粗加工能自动识　别上一道工序的残留区域和拐角区　域，自动判别并在上一道工序留有　的台阶的层间进行切削。系统智能　地优化刀具路径，使用户能够获得　空走刀最少的优化的刀具路径。　３．精加工策略　精加工的主要目标是获得几　何尺寸、形状精度及表面质量符合　要求的工件。ＰｏｗｒＭＩＬＬ的精加工连　接处应尽量采用圆弧或螺旋等方式　切入切出工件，要尽量减少抬刀次　数和减少刀具路径方向的变化。同　时，在ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ的精加工应尽量　采用以下加工策略。　（１）优化平行加工，在刀具路　径的尖角处采用圆角的光顺处理，　可显著提高加工效率，延长刀具的　寿命，减少对机床的冲击。　（２）螺旋３Ｄ偏置加工，避免了平　行加工策略和偏置加工策略中出现　的频繁方向的突然改变，从而提高　加工速度，减少刀具磨损。　（３）最佳等高加工，ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ　系统会自动利用区域分析算法对陡　峭和平坦区域分别处理，计算适合　等高及适合使用类似３Ｄ偏置的区　域，并且同时可以使用螺旋方式，　在很少抬刀的情况下生成优化的刀　具路径，获得更好的表面质量。　（４）等粗糙度等高加工，按照　残留量，自动计算等高刀具路径的　下切步距，可显著提高加工效率和　曲面加工质量。　４．清根加工策略　ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ的清根方法有笔　式、缝合、沿着、自动、残余量　清根等１０多种，安全性好，考虑　周到。　二、编程实例　１．载入模型　ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ能够自身或借助于　ＰＳ—Ｅｘｃｈａｎｇｅ（图形格式转换）读　入多达１４种以上的常见数控软件的　图形文件。通过文件输入模型，载　入如图１所示的示例模型。　图１示例模型　９２　ＣＡＤ／ＣＡＭ与制造业信息化・ｗｗｗ．ｉｃｅｄ．ｃｏｒｎ．