一、前言
+hvO^?4j 在現(xiàn)代模具生產(chǎn)中，隨著對塑件的美觀度及功能要求得越來越高，塑件內(nèi)部
結(jié)構(gòu)設(shè)計得越來越復(fù)雜，模具的外形設(shè)計也日趨復(fù)雜，自由曲面所占比例不斷增加，相應(yīng)的模具結(jié)構(gòu)也設(shè)計得越來越復(fù)雜。這些都對模具加工技術(shù)提出了更高要求，不僅應(yīng)保證高的制造精度和表面質(zhì)量，而且要追求加工表面的美觀。隨著對高速加工技術(shù)研究的不斷深入，尤其在加工機床、數(shù)控
系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、CAD/CAM軟件等相關(guān)技術(shù)不斷發(fā)展的推動下，高速加工技術(shù)已越來越多地應(yīng)用于模具型腔的加工與制造中。
Nqw&< x+ 數(shù)控高速切削加工作為模具制造中最為重要的一項先進制造技術(shù)，是集高效、優(yōu)質(zhì)、低耗于一身的先進制造技術(shù)。相對于傳統(tǒng)的切削加工，其切削速度、進給速度有了很大的提高，而且切削機理也不相同。高速切削使切削加工發(fā)生了本質(zhì)性的飛躍，其單位功率的金屬切除率提高了30%~40%，切削力降低了30%，刀具的切削壽命提高了70%，留于工件的切削熱大幅度降低，低階切削振動幾乎消失。隨著切削速度的提高，單位時間毛坯
材料的去除率增加了，切削時間減少了，加工效率提高了，從而縮短了產(chǎn)品的制造周期，提高了產(chǎn)品的市場競爭力。同時，高速加工的小量快進使切削力減少了，切屑的高速排出減少了工件的切削力和熱應(yīng)力變形，提高了剛性差和薄壁零件切削加工的可能性。由于切削力的降低，轉(zhuǎn)速的提高使切削系統(tǒng)的工作頻率遠離機床的低階固有頻率，而工件的表面粗糙度對低階頻率最為敏感，由此降低了表面粗糙度。在模具的高淬硬鋼件(HRC45~HRC65)的加工過程中，采用高速切削可以取代電加工和磨削拋光的工序，從而避免了電極的制造和費時的電加工，大幅度減少了鉗工的打磨與拋光量。對于一些市場上越來越需要的薄壁模具工件，高速銑削也可順利完成，而且在高速銑削CNC加工中心上，模具一次裝夾可完成多工步加工。
dArDP[w 高速加工技術(shù)對模具加工工藝產(chǎn)生了巨大影響，改變了傳統(tǒng)模具加工采用的“退火→銑削加工→熱處理→磨削”或“電火花加工→手工打磨、拋光”等復(fù)雜冗長的工藝流程，甚至可用高速切削加工替代原來的全部工序。高速加工技術(shù)除可應(yīng)用于淬硬模具型腔的直接加工(尤其是半精加工和精加工)外，在EDM電極加工、快速樣件制造等方面也得到了廣泛應(yīng)用。大量生產(chǎn)實踐表明，應(yīng)用高速切削技術(shù)可節(jié)省模具后續(xù)加工中約80%的手工研磨時間，節(jié)約加工成本費用近30%，模具表面加工精度可達1 m，刀具切削效率可提高1倍。
Fp@TCPe# 二、高速銑削加工機床
&L#UGp $, 高速切削技術(shù)是切削加工技術(shù)的主要發(fā)展方向之一，它隨著CNC技術(shù)、微
電子技術(shù)、新材料和新結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)技術(shù)的發(fā)展而邁上更高的臺階。由于模具加工的特殊性以及高速加工技術(shù)的自身特點，對模具高速加工的相關(guān)技術(shù)及工藝系統(tǒng)(加工機床、數(shù)控系統(tǒng)、刀具等)提出了比傳統(tǒng)模具加工更高的要求。
+cIUGF p} 1.高穩(wěn)定性的機床支撐部件
kdCUORMK 高速切削機床的床身等支撐部件應(yīng)具有很好的動、靜剛度，熱剛度和最佳的阻尼特性。大部分機床都采用高質(zhì)量、高剛性和高抗張性的灰鑄鐵作為支撐部件材料，有的機床公司還在底座中添加高阻尼特性的聚合物混凝土，以增加其抗振性和熱穩(wěn)定性，這不但可保證機床精度穩(wěn)定，也可防止切削時刀具振顫。采用封閉式床身設(shè)計，整體鑄造床身，對稱床身結(jié)構(gòu)并配有密布的加強筋等也是提高機床穩(wěn)定性的重要措施。一些機床公司的研發(fā)部門在設(shè)計過程中，還采用模態(tài)分析和有限元結(jié)構(gòu)計算等，
優(yōu)化了結(jié)構(gòu)，使機床支撐部件更加穩(wěn)定可靠。
Fkvl%n 2.機床主軸
^m?KRm2 高速機床的主軸性能是實現(xiàn)高速切削加工的重要條件。高速切削機床主軸的轉(zhuǎn)速范圍為10000~100000m/min，主軸功率大于15kW。通過主軸壓縮空氣或冷卻系統(tǒng)控制刀柄和主軸間的軸向間隙不大于0.005mm。還要求主軸具有快速升速、在指定位置快速準停的性能(即具有極高的角加減速度)，因此高速主軸常采用液體靜壓軸承式、空氣靜壓軸承式、熱壓氮化硅(Si3N4)陶瓷軸承磁懸浮軸承式等結(jié)構(gòu)形式。潤滑多采用油氣潤滑、噴射潤滑等技術(shù)。主軸冷卻一般采用主軸內(nèi)部水冷或氣冷。
xm%Um\Pb7 3.機床驅(qū)動系統(tǒng)
ZPiq-q 為滿足模具高速加工的需要，高速加工機床的驅(qū)動系統(tǒng)應(yīng)具有下列特性：
:q=%1~Idla (1)高的進給速度。研究表明，對于小直徑刀具，提高轉(zhuǎn)速和每齒進給量有利于降低刀具磨損。目前常用的進給速度范圍為20~30m/min，如采用大導(dǎo)程滾珠絲杠傳動，進給速度可達60m/min;采用直線電機則可使進給速度達到120m/min。
+lJG(Qd (2)高的加速度。對三維復(fù)雜曲面廓形的高速加工要求驅(qū)動系統(tǒng)具有良好的加速度特性，要求提供高速進給的驅(qū)動器(快進速度約40m/min，3D輪廓加工速度為10m/min)，能夠提供0.4m/s2到10m/s2的加速度和減速度。
dA@'b5N{" 機床制造商大多采用全閉環(huán)位置伺服控制的小導(dǎo)程、大尺寸、高質(zhì)量的滾珠絲杠或大導(dǎo)程多頭絲杠。隨著電機技術(shù)的發(fā)展，先進的直線電動機已經(jīng)問世，并成功應(yīng)用于CNC機床。先進的直線電動機驅(qū)動使CNC機床不再有質(zhì)量慣性、超前、滯后和振動等問題，加快了伺服響應(yīng)速度，提高了伺服控制精度和機床加工精度。
Ge,;8N88 4.數(shù)控系統(tǒng)
cj+ FRG~u 先進的數(shù)控系統(tǒng)是保證模具復(fù)雜曲面高速加工質(zhì)量和效率的關(guān)鍵因素，模具高速切削加工對數(shù)控系統(tǒng)的基本要求為：
:80Z6F.k` (1)高速的數(shù)字控制回路(Digital control loop)，包括：32位或64位并行處理器及1.5Gb以上的硬盤;極短的直線電機采樣時間。
% {YN70/ (2)速度和加速度的前饋控制(Feed forward control);數(shù)字驅(qū)動系統(tǒng)的爬行控制(Jerk control)。
n.wF&f'D] (3)先進的插補方法(基于NURBS的樣條插補)，以獲得良好的表面質(zhì)量、精確的尺寸和高的幾何精度。
$tz;<M7B (4)預(yù)處理(Look-ahead)功能。要求具有大容量緩沖寄存器，可預(yù)先閱讀和檢查多個程序段(如DMG機床可多達500個程序段，Simens系統(tǒng)可達1000~2000個程序段)，以便在被加工表面形狀(曲率)發(fā)生變化時可及時采取改變進給速度等措施以避免過切等。
WtViW=j' (5)誤差補償功能，包括因直線電機、主軸等發(fā)熱導(dǎo)致的熱誤差補償、象限誤差補償、測量系統(tǒng)誤差補償?shù)裙δ堋４送�，模具高速切削加工對�?shù)據(jù)傳輸速度的要求也很高。
"5;;)\o ~ (6)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，如RS232串行口的傳輸速度為19.2kb，而許多先進的加工中心均已采用以太局域網(wǎng)(Ethernet)進行數(shù)據(jù)傳輸，速度可達200kb。
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