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高速铣削加工效率的计算与分析
随着高速切削技术的发展，高速铣削工艺的应用日益广泛，越来越受到制造业的企业和科研工作者的关注。信息产业部某研究所自1999年7月从瑞士 MIKRON公司购进第一台HSM-700型高速立式铣削中心后，2001年10月又购进三台HSM-700型高速铣床用于生产。笔者通过对这批先进高速 铣床的加工效率进行深入、细致的调查研究，对比了不同铣床的加工效率，推导了高速铣削加工效率的计算公式。
1 加工效率的计算
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如果iPod有任何暗示的话，那就是越小越好。iPod已经变成成功占领市场的最流行的小玩意之一，为苹果公司带来大把利润的同时也把股票价格推向新高。 不仅在最初iPod的外形就已经很小，而且它正使其变得更小。现在取代iPod mini机型的是更小的iPod nano机型；而且然后有非常小的iPod机型。
并非只有iPod正变得更小。计算机和电视机也不断地变得更薄。医疗设备的进步使得越来越多的微型器械能安装到我们的身体内；甚至是一个极小的照相机能穿行于身体内。
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切入法铣削(或称全面进给铣削或插进法铣削—译注)提供一种高生产率铣削深凹坑的方法，不需要高速加工。一台较陈旧的加工中心，可能速度较低，但只要机床 刚性好，它有可能通过使用一把长刀具，用一系列的重叠切入，粗切材料，达到高的金属切除率。这些切入是直线的Z轴运动切入工件，类似于钻削运动。某些铣刀 被设计成用于这种切削方法，效率很高，据CAD/CAM发展商Delcam介绍，某些型式的切入法用这类方法切削，效率更高。
Delcam解释它的关于切入法铣削的概念，作为该公司最近在法国巴黎举行的有关航空和航天加工会议的一部分。该公司说，用切入法铣削，很少人想到刀具路径。大多数用户倾向于以为直线、平行的排切入就足够了。
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刀具半径补偿是数控铣削加工中的常用功能，本文就数控铣削加工中刀具半径补偿的建立和取消、刀具半径补偿量的指定和计算方法、刀具半径补偿功能的应用等进行了介绍。
a)外轮廓加工
b)内轮廓加工
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插削
利用插刀在竖直方向上相对工件作往复直线运动加工沟槽和型孔的切削加工。插削的工作方式与刨削类似，但插刀装夹在插床滑枕下部的刀杆上，可以伸入工件的孔 中作竖向往复运动，向下是工作行程，向上是回程。安装在插床工作台上的工件在插刀每次回程后作间歇的进给运动。插刀的材料主要用高速钢，在插削钢和铸铁时 的切削速度一般为15～25m/min。为了避免回程中插刀后刀面与工件发生剧烈摩擦而损伤已加工表面和降低刀具寿命，可采用活动式插刀杆。插削的效率和 精度都不高，故在批量生产中常用铣削或拉削代替插削。但插刀制造简单，生产准备时间短，故插削适于在单件或小批生产中加工内孔键槽或花键孔，也能加工方孔 和多边形孔。对于不通孔或有 碍台肩的内孔键槽，插削几乎是唯一的加工方法。
图3 普通插床
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对淬硬钢进行高速铣削是一种先进加工技术，属于有效的硬铣技术之一。长期以来，人们一直采用铣削一磨削或者铣削—电火花加工(EDM)的方法实现对模具的 加工。虽然电火花加工具有与工件硬度无关的工艺特点，但较低的材料去除率使它的应用范围受到限制。随着现代加工技术的发展及超硬刀具材料的出现，以铣代 磨、以铣削代替EDM进行高效经济的模具加工已成为可能，并在生产中取得了显著的经济效益。
采用硬铣技术加工模具，不但使加工周期大为缩短，而且加工质量得到了可靠保证。在主轴高速旋转下进行硬铣削可获得无铣痕的表面，其表面粗糙度可达Ra0.6µm。
1 硬铣削的加工特点
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1 引言
高 速铣削技术是最近几年新出现的一种加工方法，因其可以有效地对高硬度材料进行加工等优秀特点，经过不断的发展，现在已经广泛的应用到航空、轿车、锻模等制 造领域。在高速铣削时机床主轴转速高达8000～30000rpm，进给速度在3～6m/min左右，加工中能否使机床及刀具保持恒定的切削负荷非常重 要。虽然现在某些数控机床可以部分实现在加工中的切削负荷的自适应，但刀具轨迹的不合理编排也会产生对机床及刀具较大的惯性冲击，这种冲击对机床的主轴也 是非常不利的，会影响主轴等零件的寿命。因此对高速铣削的编程要非常仔细，它要求CAM软件能提供新的刀具切入方式，使刀具在不同的切削形式下与被切削材 料保持相对恒定的接触状态，另外还应选择合适的刀具进给和切削深度等参数，这些工艺方案必须符合高速切削的实际要求。
2 高速铣削编程时需要注意的几个原则
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1．复杂型面的主要加工方法
复 杂型面在工具和模具制造中的出现是大批量市郊率生产的产物。在汽车工业中使用的锻模和冲模在数控机床出现以前主要以手工方式制造。至70年代以后，数控机 床在工具和模具制造中得到了广泛的应用，复杂型面的基本轮廓通常用铣削加工，最初使周围数控机床为三轴联动。进入80年代后，五轴联动的铣床在复杂型面加 工中得到了广泛的应用，铣削后的工件轮廓已经十分接近工件的最终形状，但最后一道精整工序仍为手工操作。80年代末期，高速切削技术逐步发展成熟，它在工 业生产中的应用从机床、刀具及其他相关技术方面都得到了不断的完善。由于高速切削能够成倍地提高进给速度，所以在不降低生产效率的情况下使减少进刀间距成 为可能，从而为提高工件的形状精度和降低表而粗糙度提供了前提条件。目前，高速铣削加工过的工件多数已不再需要最后一道手工加工的工序，而直接可以投入使 用。
新型刀具材料如氧化铝基陶瓷、氮化硅基陶瓷、金属陶瓷、硬质合金特别是超硬镀膜的不断发展，使硬面铣削成为可能。模具的型面可以在淬火后铣削成形，从而可避免在铣削后再淬火而引起变形。这样既简化了加工过程，又可以提高工件精度。
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高 速切削是当今世界制造业中一项快速发展的高新技术。在现代工业发达国家，高速切削作为一种新的切削加工理念，被愈来愈多的机械工程师所认可。而高速切削所 带来的高切削效率和高切削精度，也是为了不断满足制造业不断发展的需要。汽车工业所追求的零件生产效率和模具制造业所追求的精密模具硬质材料的切削，都促 使高速切削技术蓬勃发展。
一、高速铣床在制造业中的典型应用
用小切削量、高切削速度代替传统的大切削量、低切削速度，提高加工效率和加工精度
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在现代机械切削加工技术中，高速切削正在越来越多地被人提及，其技术已开始被使用，随之而来的，首先是高速机床，那么，高速切削与传统切削技术究竟有什么 不同? 其实现的条件是什么? 实现它有哪些益处? 其适用性怎么样呢? 本文将试图回答这些问题，并且尽可能结合目前在世界上居领先水平的瑞士MIKRON公司的机床的结构、特点来分析，用它同目前国内仍在普遍应用的传统的加 工方法和切削理论相比较，促进高新技术在国内的应用和普及。
高速机床
缩短加工时的切削与非切削时间，对于复杂形状和难加工材料及高硬度材料减少加工工序，最大限度地实现产品的高精度和高质量，是我们提高劳动生产率、实现经济性生产的一个重要的目标。
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航天工业中应用的许多工作需要由符合严格要求的实心材斜经过精加工制成，铣削量大。通过综合分折该领域应用工艺与刀具加工，可以使切剧次数大幅减小。
刀具与加工方法的变更
航 天工业中应用的切削刀具与加工方法的革新可能没有其他大部分制造行业变化大。当机床刀具与计算机编程系统成为主要的技术改进方向时，航天工业中采用新型金 属切削技术的主要问题在一定程度上集中于是否能够达到严格的质量要求，符合工艺规范，以及传统观念中对技术熟练的工人技能的信赖程度。数十年来，高速钢刀 具一直是应用于该领域的主要刀具，而且目前许多加工作业中仍在使用，尽管在其他行业中这种刀具早已被硬质合金刀具所取代。毫无疑问，在一些加工中使用高速 钢刀具进行切削，可以很好地完成，并可加工成所需要的形状，但是对于许多加工，尤其是以金属去除量作为判断标准，正逐步采用现代可转位刀片。长岛 Bay Shore航天工业机械加工公司多年以前就已经对机加工进行改进，在大部分加工作业中，已逐步使用硬质合金可转位刀片。他们已寻找到一种应用于不同切削类 型的现代铣削刀具系统。在他们具有市场竞争实力的飞机翼架零件、结构与机械总成部分，都应用新系统进行有关的加工作业。
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一、高速加工技术
高速加工技术（HSC）能使我们以尽量短的时间加工出质量合格的零件，提高一个企业的市场反应能力。下面几个行业极大推动了高速加工技术的发展。首先是电 子行业，例如计算机、移动通讯、CD播放机、随身听等，这些大批量产品在市场上竞争激烈，生产商必须不断推出新产品，而且所要求的更新换代时间也越来越 短。因此快速模具制造就变得载来越重要，模具制造商就用HSC技术来更快地加工紫铜或石墨电极，大大提高了交货的周期。同时高速切削在另两个领域也得到了 广泛的应用，那就是航空与高速机车行业。飞机的骨架与机翼、高速机车的车厢骨架都需要切除大量的金属，从毛坯开始的切除量甚至达到90%，漫长的加工时间 使经营者难以忍受，所以这两个行业欣然接受了高速切削这项新技术，使得加工时间缩短到了原来的几分之一。
采用电主轴的高速加工技术是目前机床行业非常热门的一个话题，但对于还不太熟悉这个领域的我国的用户来说，高速加工到底是什么，有什么优势呢？这里我们用 表1最简单有了的数据让大家对高速加工有个概念性的了解，然后我们再介绍一些电主轴方面的知识，以及在电主轴方面技术领先的瑞士IBAG公司的产品特色， 以便让大家了解目前电主轴的最新技术与发展趋势。
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