【摘要】叙述了高速切削原理，如何确定切削参数及刀具轨迹，对应数控系统和机床设定余量、进给率、主轴转速、进刀方式和刀具轨迹的圆滑过渡等参数，并结合CAM特色，实现高速铣削编程，提高模具制造的效率及质量。

     关键词：计算机辅助制造；高速铣；数控编程

  
      1 引言

     高速切削技术起源于20世纪30年代德国人利用圆锯进行的高速切削研究。在实验中，他得到初步结论：在切削速度增大到一定程度后，切削温度达到一个最高值之后就会下降。高速切削的切削形成对切削力、热和应变有着决定性影响。高速切削特点是步距和切削深度小，减小切削载荷，从而减小切削变形、应力和切削热。微观上，切削速度增大，变形速度大，切削温度升高，材料变形抗力就会降低。所以，只要保证刀具、工件被良好冷却，选择合理的切削参数，高速切削可以获得很好的加工质量和效果。

     随着机械、电子和计算机等工程技术的发展，高速切削技术进入了大规模应用阶段，各机床公司和刀具生产商也提供了许多成熟产品可供选择，同时数控编程软件功能也有很大的增强。数控技术和刀具技术的发展促进了高速切削技术广泛应用。

      2、 高速铣削工艺

      高速铣削具有较大的切削速度和进给量，如果加工过程中存在较大的冲击，就会损坏刀具或工件，这就要求刀具切削负荷稳定，并通过控制刀具轨迹、切削用量保证切削状态平稳。运动平滑过渡，轨迹无尖角，不会引起刀具暂停，以免烧坏刀具；下刀应采用螺旋或斜线下刀，避免刀具受冲击；要保证切削深度均匀、切削载荷稳定，减少刀具、机床所受的冲击。高速铣削最终由数控程序来实现，NC编程主要实现合理设置切削参数、根据加工要求确定合理工步及相应的刀具轨迹，最后按相应数控系统输出NC程序。在进行数控编程的时候，必须要对切削参数和走刀路径进行合理选择，满足以下要求：保证零件的加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具的切削性能并保证刀具合理的耐用度，充分发挥机床的性能（机床功率和主轴转速），减少加工变形，提高加工质量、效率，并降低成本。

       3 、高速铣削加工实例

      柴油机活塞在高温、高压、高速的恶劣条件下工作，要保证柴油机工作可靠，性能良好，活塞的结构设计与材料必须满足下列要求：①在满足刚度和强度的条件下质量要轻；②保证活塞可靠地工作，要使活塞受热少而且易于散热；③保证活塞与气缸的密封性，要求活塞有正确的几何形状，裙部与缸套之间要求有合理的间隙，才能保证活塞工作平稳，噪声小；④要求活塞磨擦损失小，耐磨性高，尤其第一环槽耐磨性要高。由于柴油机活塞的这些要求，给模具的设计与制造增加了难度，形状趋向复杂，制造难度变大。为提高柴油机活塞模具寿命，提高产量及降低生产成本，对模具材料及热处理工艺进行了优化改进。改进后硬度比原来有明显提高，发现用原来的数控加工工艺及方法不再适合，刀具磨损严重，加工效率低，容易造成扎刀、啃刀，加工质量低。针对这种情况，适时进行了数控加工工艺的改进，但又要考虑刀具成本，主要采用了高速铣加工方法，刀具由原来的整体立铣刀改为机夹刀具，刀片为合金刀片，而且刀片一处磨损后可换角度继续使用。改进前加工某柴油机活塞模具，粗加工用.16mm立铣刀，刀具材料为HSS-AI，如图1所示，该铣刀齿数少，螺旋角大，容易排屑、刀齿强度高，粗铣时可去除大量毛坯余量，但不能加工硬度较高的工件。主轴转速为800 转/min，刀间距为5mm，每层切削深度为4mm，进给为120mm/min，粗加工完用时约9h，而且中间需多次换刀。粗加工完后给后续加工留较大余量，加工效果如图2。

       改进后用高速铣加工方法，粗加工用.16mm机夹刀具，刀片材料为OM4010，如图3，该材料为高抗磨损性能，抗高温且稳定性佳，优越抗氧化性能，可加工硬度较高的工件。主轴转速为2,000转/min，刀间距为8mm，每层切削深度为1mm，进给为1,800mm/min，粗加工完用时约4.5h，切削效率约提高一倍，而且机夹刀具刀片可互换，适于高速铣及加工硬度较高的材料（但前提是每层切削深度不要太深），而且中间不需换刀，粗加工完后给后续加工留较小余量，甚至可以直接精加工，加工效果如图4所示。

       4 、高速铣参数设定及注意要点

（1）切削深度均匀，刀具切削负荷稳定，减少刀具、机床所受冲击。
（2）在高速铣削时，最好采用螺旋式或斜线方式走刀。为保证机床在高速运动中不产生方向突变，增加轨迹的圆弧过渡，减少加工轨迹方向突变引起机床的震动。
（3）粗加工尽可能采用大刀具，根据刀具大小设置切削参数，提高转速，切削深度每层不要太深，加大进给速度以提高效率；精加工时选择合适的切削深度和每齿进给量，提高主轴转速和进给速度。

      5 、结束语

     作者应用高速铣进行了多种模具的数控加工，加工时间能缩短一半左右，加工效率和质量均比以前有较大程度的提高，在我公司模具制造中已推广使用。特别是为提高模具寿命，对模具材料及热处理工艺进行优化改进后，取得了不错的效果，为加快新产品开发进度，降低成本，保质保量的完成订单，都发挥了重要作用。

     随着经济全球化进程的到来，制造业的竞争越来越激烈，高速铣削技术的优越性已为大家所熟知，其技术也将会有更大的发展。制造企业应根据自己的加工对象选择合适的高速切削技术手段进行研究，确定合理的工艺及切削参数，以获得较好的应用效果和效益。