多年的經(jīng)驗(yàn)表明曾經(jīng)是最新技術(shù)的電機(jī)加齒輪箱傳動(dòng)的主軸結(jié)構(gòu)已不能被用于工模具制造舰绘、多任務(wù)量生產(chǎn)或原型制造营鸽。經(jīng)常變化的工件形狀和材料偿荷、要求嚴(yán)格的精度和表面質(zhì)量诞茶，以及更短的生產(chǎn)時(shí)間與批量生產(chǎn)相比產(chǎn)生了不同的要求。另一方面罗丰，高速切削工藝的生產(chǎn)能力給人以深刻印象聪黎，以致以利潤為目標(biāo)的公司不禁考慮起采用該工藝。這在模具制造業(yè)墙滋、復(fù)雜和/或精密生產(chǎn)中越來越成為現(xiàn)實(shí)掸昨。
工業(yè)化高速切削應(yīng)用的分析
小直徑刀具、高速主軸和高動(dòng)態(tài)性能機(jī)床的利用不斷擴(kuò)大高速切削工藝在微小結(jié)構(gòu)和復(fù)雜幾何形狀方面的應(yīng)用巍慧。對工業(yè)化高速切削應(yīng)用的仔細(xì)審查绿壮，會(huì)發(fā)現(xiàn)該技術(shù)具有的令人興奮的潛力。比如用米克朗XSM400和HSM300的機(jī)床加工這方面的零件并园。
顯然湃纸，為了有效地發(fā)揮高速切削工藝的優(yōu)點(diǎn)，通常需要全新的工藝方案樊颁。
高速切削在降低生產(chǎn)犀掸、非生產(chǎn)和裝夾時(shí)間方面可見到明顯的優(yōu)勢。提高零件精度帶來的的好處在后續(xù)工序中體現(xiàn)的比較明顯澳银，如提高了零件裝配時(shí)的互換性(配合精度)及在EDM加工時(shí)改善的工藝特性棒冠。如果文中所列舉的工序部分或完全被替代，則可減少部分工序和/或使生產(chǎn)時(shí)間縮短批型。然而轧愧，必須強(qiáng)調(diào)的是這些優(yōu)點(diǎn)只有使用滿足高速切削要求的機(jī)床才能體會(huì)到。出色的動(dòng)力特性诱渤、智能和高效的控制系統(tǒng)以及最新的主軸技術(shù)是重要的標(biāo)準(zhǔn)丐巫。機(jī)床必須被認(rèn)為是整個(gè)工藝中不可分割的一部分，在這點(diǎn)上勺美，機(jī)床結(jié)構(gòu)通常需要進(jìn)行調(diào)整以適應(yīng)新情況递胧，有時(shí)甚至需要重新設(shè)計(jì)。此外，還要掌握所需的專門技術(shù)訣竅以保證新工藝的快速成功實(shí)施缎脾。徹底理解高速切削工藝的基礎(chǔ)知識(shí)和選擇適合特定應(yīng)用的銑削刀具及刀柄被認(rèn)為是關(guān)鍵點(diǎn)祝闻。掌握適合高速切削的CAD/CAM系統(tǒng)知識(shí)也尤為重要。
高速切削工藝
切屑的形成
您會(huì)發(fā)現(xiàn)尋找一種普遍有效的遗菠、現(xiàn)成的高速切削定義是個(gè)徒勞舉動(dòng)联喘。它涉及的問題太過復(fù)雜，以致于很難用一個(gè)公式或幾句話清楚表達(dá)辙纬』碓猓可簡單地表達(dá)為 ：能更好地發(fā)揮現(xiàn)代刀具材料的切削效率。與普通銑削相比贺拣，該技術(shù)極大地提高了切削速度党滓，從而改變了切屑的形成過程。正是改變了過程特性贤丐，才帶來了上面所討論的好處狠楞。
圖1和圖2詳細(xì)地顯示了切屑的形成過程及其結(jié)果。由于上述切屑的形成受到許多因素的影響辙求，對于加工延展性好的材料有著特別的限制盲并，包括有色金屬，如銅或鋁丝您，以及大多數(shù)鋼材蕾捣。
圖1顯示了前刀面區(qū)域待加工的材料是如何持續(xù)地塑性變形秩菩。剪切切屑的同時(shí)工件表面進(jìn)行了重組但珍。刀具與切屑的摩擦以及切屑的剪切和剝離產(chǎn)生的熱量傳遞給了刀具或工件，或通過切屑散發(fā)粉簇。如果正確設(shè)置工藝過程绎术，能將產(chǎn)生熱量的70％到80％傳遞給切屑。
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圖2：銑削工藝-高速切削工藝中的切屑形成 |
圖2顯示了提高切削速度的工藝過程蛀膊。這里材诽，通過提高切削速度，待切削的工件材料變形所產(chǎn)生的不斷增加的阻力被設(shè)為基礎(chǔ)條件恒傻。該現(xiàn)象導(dǎo)致摩擦和壓力的增加并導(dǎo)致切屑溫度和刀具與工件之間接觸面溫度的提高脸侥。在該點(diǎn)，接觸面區(qū)域的溫度可升至工件材料的熔點(diǎn)盈厘。切屑和接觸面之間的接觸區(qū)域產(chǎn)生的高溫會(huì)導(dǎo)致溫度效應(yīng)并降低工件材料變形的阻力睁枕。因此，形成了良好的持續(xù)切削流沸手，切屑壓力降低外遇。形成的流動(dòng)切屑帶有較大的剪切角和較小的切屑橫截面。該原理導(dǎo)致了更大的切屑曲率，這是在設(shè)置高速切削工藝時(shí)需要考慮的現(xiàn)象跳仿。通過加大剪切角來減小切屑橫截面诡渴，加快了工件變形并使切削力降低。
新的切屑形成過程的作用
由于前刀面的摩擦和剪切工件變形在前刀面區(qū)域產(chǎn)生了大量的熱菲语。熱量絕大部分流向了切屑妄辩，一小部分流向了刀具，刀具承受了高速切削產(chǎn)生的溫度應(yīng)力山上。只有少量的熱（主要由于后刀面摩擦而產(chǎn)生）流向了工件写寄。
在進(jìn)行真正高速切削加工時(shí)，切屑顯示出特有的顏色和曲率烟瞳。該特性應(yīng)為設(shè)置和評價(jià)工藝過程所考慮纽材。為了避免刀具的過熱，必須從刀具周圍就近區(qū)域高效和快速地去除熱的切屑航娩。
然而敛纺，廣義上整個(gè)機(jī)床區(qū)域－不論熱的切屑直接接觸到的，或是間接通過工件接觸到的炫茄，以及重要的機(jī)床部件區(qū)域－都被認(rèn)為是工作區(qū)域虹体。因此，盡快地處理產(chǎn)生熱源的切屑非常重要状奴。前刀面和后刀面上的各種磨損可通過有效的外部潤滑來降低怨耸。此外，切屑和工件端面之間的摩擦也可通過外部潤滑而降低耗憨，從而加速切屑的流動(dòng)乘颖。
傳統(tǒng)工藝：
生成注塑模造型并傳送到NC程序中
工藝存在的問題：
NC程序>400MB
加工時(shí)間>40小時(shí)
刀具磨損（f=0.075mm雕刻刀具，20,000轉(zhuǎn)/分）
解決方案：
通過CAD/CAM將3維輪廓眷篇、文字背景及平面分開加工
NC程序≈30MB
加工時(shí)間<20小時(shí)
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傳統(tǒng)工藝：
用模具加工專用的高速鋼刀具進(jìn)行2維銑削加工
工藝存在的問題：
幾何形狀一致性差萎河，專用刀具成本高，低轉(zhuǎn)速使加工時(shí)間較長蕉饼，刀具工作壽命短虐杯。
解決方案：
使用f＝0.3mm標(biāo)準(zhǔn)球頭銑刀，主軸速度40,000轉(zhuǎn)/分進(jìn)行3維銑削
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傳統(tǒng)工藝：
100％電火花加工昧港，將幾何形狀分成幾個(gè)電極部分
用高速切削取代電加工的困難：
小的圓角和銳邊（a<180°）擎椰，標(biāo)準(zhǔn)刀具的切削深度有限
解決方案：
通過高速切削來解決加工困難f<0.4mm球頭銑刀，主軸轉(zhuǎn)速24,000轉(zhuǎn)/分
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傳統(tǒng)工藝：
100％電火花加工创肥，將幾何形狀分成幾個(gè)電極部分
用高速切削取代電加工的困難：
小的圓角和銳邊（a<180°）达舒，標(biāo)準(zhǔn)刀具的切削深度有限
解決方案：
用高速切削進(jìn)行粗加工和半精加工，為EDM精加工留有0.25mm的余量
f＝0.8mm球頭銑刀瓤的，主軸速度27,000轉(zhuǎn)/分 | | | |
與傳統(tǒng)切削過程相比休弃，高速切削的切削力明顯要小一些。
新的切屑形成過程帶來的優(yōu)點(diǎn)
通過高速切削產(chǎn)生的切屑形成過程的特殊性質(zhì)帶來了諸多好處，也使高速切削工藝的使用更加吸引人塔猾。
從用戶的角度篙骡，一方面降低的切削力導(dǎo)致：
較高的零件精度
更好的表面質(zhì)量
另一方面，通過采用特殊的刃具形狀永炭，將加工應(yīng)用領(lǐng)域拓展到：
較硬材料的加工
微小結(jié)構(gòu)加工
需要利用細(xì)長刀具的加工
需要較大刀具外伸長度的加工
高速切削中切削速度較大掺昵，給用戶帶來的直接好處包括：
旋轉(zhuǎn)刀具更大的穩(wěn)定性
提高了進(jìn)給速度，從而增加了金屬去除率
另外魏桅，由于工件熱量降低博遵，可產(chǎn)生 ：
更高的零件精度
高速切削機(jī)床
為了正確對待高速切削工藝的要求，機(jī)床必須滿足動(dòng)力學(xué)钳葬、主軸速度以及剛度和吸振性的嚴(yán)格要求敦驼。如果在刀具直徑確定的情況下提高切削線速度，則無疑需要較高的主軸速度翩腹。在加工微小和細(xì)致的幾何形狀時(shí)述加，會(huì)要求更高的速度，因?yàn)樾璨捎弥睆礁〉牡毒咚⒘选Ｋ灾辽僖捎盟俣瘸^40,000轉(zhuǎn)/分和扭矩超過6牌·米的主軸。
前米萝，可在工業(yè)上使用的速度達(dá)60,000轉(zhuǎn)/分的主軸已是最新技術(shù)趨勢账何。
為使每個(gè)切削刃獲得適當(dāng)?shù)倪M(jìn)給率，高的進(jìn)給速度和加速度也是必要的进肯，通常需要全新的機(jī)床概念激蹲。由混凝土聚合物制成的床身框架和由球墨鑄鐵制成的滑枕等移動(dòng)部件是最新的技術(shù)趨勢。固定部件極為堅(jiān)固并經(jīng)過大量的精加工坷澡，以保證盡可能大的剛度和吸振性托呕。對于所有移動(dòng)部件含蓉，則需要保證剛度最大的同時(shí)使重量盡可能最輕频敛。只有這樣的重量分配才可實(shí)現(xiàn)高的動(dòng)態(tài)特性，從而滿足高速切削工藝的要求馅扣。
經(jīng)過適當(dāng)預(yù)緊的大螺距滾珠絲杠在兩側(cè)由軸承支撐斟赚，加上大功率電機(jī)形成了高切削速度和高加速度的基礎(chǔ)。然而必須認(rèn)識(shí)到系統(tǒng)的整體能力是由可承受的最大沖擊力所確定的（因加速度而產(chǎn)生）差油。尤其在頻繁改變進(jìn)給方向的情況下拗军。如加工小的幾何形狀時(shí)，決定最大加工速度的是允許的最大沖擊力蓄喇，而不僅僅取決于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能力发侵。
高分辨率的光學(xué)直線測量系統(tǒng)以及精密線性導(dǎo)軌完善了現(xiàn)代高速切削機(jī)床所需的裝備。
控制技術(shù)也必須是最新的，并且要有盡可能快的處理速度以及強(qiáng)大的程序處理和前瞻能力闲招。對加工位置的良好調(diào)整精幌、機(jī)床機(jī)械和電子部件回路之間的反饋速度也很重要。但是蒿疲，只有各個(gè)方面協(xié)調(diào)配合的系統(tǒng)才能最佳地滿足某一加工要求：如表面質(zhì)量犯暮、加工速度和精度等。最新一代的控制系統(tǒng)向用戶提供了以簡單方式執(zhí)行特定的加工目標(biāo)優(yōu)先的可能性棉玻，可根據(jù)當(dāng)前的加工要求設(shè)置工藝過程泣储。該功能可設(shè)定速度、表面質(zhì)量或精度優(yōu)先來進(jìn)行加工坝亿。
主軸/刀柄接口
快換錐柄（SK系列）已經(jīng)被空心短錐柄（HSK系列）所取代屋廓。而HSK-E和HSK-F系列因其完全對稱的結(jié)構(gòu)形狀而尤其適合高速切削。開發(fā)這種新型刀柄要考慮的重要因素有：
通過主軸端面進(jìn)行軸向定位
主軸和空心錐柄的脹塞配合
刀柄/刀具接口
根據(jù)不同主軸速度灰囤、加工步驟(粗加工周狱、半精加工、精加工)和刀具類型尺寸的測試赤朽，證明以下系統(tǒng)適用于高速切削 ：
彈簧夾套刀柄
液壓刀柄
冷縮型刀柄
強(qiáng)力夾緊刀柄
對于精加工稿辙，最好使用冷縮型刀柄，保證銑刀最高的徑向精度和最大工作
壽命气忠。整套系統(tǒng)必須旋轉(zhuǎn)對稱邻储，并具有極好的動(dòng)平衡。必須滿足主軸或機(jī)床制造商規(guī)定的按照ISO1940主軸標(biāo)稱速度平衡質(zhì)量等級的要求旧噪。
