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1 引言
在相同或相近的切削条件下，不同的刀具会表现出不同的切削特性。同时，对于不同的加工对象和加工要求，刀具也表现出不同的加工工艺效果。因此，研究刀具的切削特性和加工工艺效果对于优选加工刀具具有重要意义。本文根据新设计的大型龙门式五坐标混联机床的实际切削条件和加工对象要求，分别对带有斜坡台阶式分屑槽和弧形卷屑槽的两种硬质合金面铣刀的寿命指标、卷屑和分屑效果以及在铣削过程中对工艺系统的动态影响等切削特性进行了试验研究，研究结果为实际加工中刀具的优化选择提供了参考依据。
2 切削试验条件
表1 两种面铣刀切削寿命试验条件与结果试验刀具 面铣刀A 面铣刀B
切削用量 n(r/min) 855* 950
v(m/min) 134 149
fZ(mm/Z) 0.083 0.099
vf(mm/min) 283 470
B(mm) 34 30
ap(mm) 3 3
切削液 少量20#机油 干切削
试验机床型号 XH786 通用立铣**
切削时间(min) 30.77 20.83
磨损量VB(mm) 0.15 0.1
磨损量VB=0.6mm 时
优选刀具寿命期望值 tc=67min tc=57min
注：
1. *第一铣削循环(1min)时切削用量为n=950r/min、vf=315mm/min、ap=5mm。因XH786 的主轴系统刚度不足，故从第二铣削循环起切削用量降至表中数值。
2. **改用通用立式铣床后，工艺系统刚度有较大改善。
表2 两种面铣刀卷屑、分屑试验条件与结果试验刀具 面铣刀A 面铣刀B
切削用量 n(r/min) 760* 760
v(m/min) 119 119
fZ(mm/Z) 0.089 0.071
vf(mm/min) 270 270
B(mm) 30 30
ap(mm) 5 5
切削液 干切削 干切削
试验机床型号 X5030A* X5030A
切削长度(mm) 12 27
切屑形状 C 形屑** 紧螺旋形屑和紧
C 形屑***
注：
1. *X5030A 立式铣床功率为4.5kW。
2. **刀具磨损量VB=0.1mm。
3. ***刀具磨损量VB=0.8mm。
表3 两种面铣刀铣削时对工艺系统的动态影响试验刀具 面铣刀A 面铣刀B
振动及表面粗糙度 切削时振动、噪音较小，加工表面较光整 切削时振动、噪音大，加工表面挤压严重，振纹清晰
切屑收缩系数 x=1.88 x=1.60
切屑表层颜色 微黄色 黄褐色
1. 试验刀具
选用两种硬质合金面铣刀(面铣刀A 和面铣刀B)进行切削试验。刀具主要技术参数为：①面铣刀A：刀盘直径D=50mm，刀齿数Z=4，主偏角kr=75°；前刀面有沿切刃方向的斜坡台阶式分屑槽。②面铣刀B：刀盘直径D=50mm，刀齿数Z=5，主偏角kr=75°；前刀面沿主切刃法剖面方向有弧形卷屑槽，表面有陶瓷薄膜涂层。
2. 试验机床
切削试验在齐齐哈尔第二机床厂生产的XH768型加工中心和通用立式铣床上进行。
3. 试件材料
试件材料为0Cr13Ni5Mo不锈钢，铸态硬度HB=270～314。
3 铣刀切削寿命试验
试验条件和试验结果见表1。铣削时采用不对称铣削方式，刀齿切出边的切削厚度az=0。在表1所示切削条件下，两种面铣刀的刀具寿命期望值tc分别为67min和57min，均达到了加工工艺要求。
4 铣刀卷屑、分屑效果试验
试验条件和试验结果见表2。面铣刀B 只起卷屑作用而无分屑效果，铣削时(切深ap = 5mm)形成较大的C 形整块切屑。面铣刀A 具有卷屑和分屑综合效果，铣削时(切深ap = 5mm)整块切屑被分为螺旋形屑和紧C 形屑两种切屑。
5 铣刀切削对工艺系统的动态影响
在两种硬质合金面铣刀的铣削过程中，通过观测下列现象来分析其对工艺系统的动态影响：①工艺系统振动及其对表面粗糙度的影响；②切屑收缩系数(x= 切削长度/ 切屑长度)的差异；③切削温度的变化。两种铣刀切削时对工艺系统的动态影响如表3 所示。
6 结论
1. 在半精铣(切削深度ap≤3mm)条件下，两种硬质合金面铣刀刀片的切削寿命均可达到预期要求，其中面铣刀B的切削寿命和耐磨性更佳(可能与表面陶瓷薄膜涂层有关)。
2. 在粗铣(铣削深度ap≥3mm) 条件下，面铣刀A具有更佳的综合切削性能，由于其具有良好的分屑、卷屑性能，切屑在切离工件时已被分割成两条窄而紧凑的卷屑(经测定切屑收缩系数达 1.88，比面铣刀B切削时的切屑收缩系数大17%)，由于切屑被分割并紧缩，在铣刀齿间弧形封闭容屑空间中所占体积显著减小，因此避免了切屑对加工表面和已加工表面的挤压、刮蹭；而面铣刀B由于缺少分屑功能，铣削中宽大的C 形屑在卷屑槽中逐渐卷曲时对刀片施加的附加弯曲变形力大得多，在断续切削条件下易引发工艺系统较大的强迫振动和噪音，这不仅使加工表面粗糙度恶化，而且导致切削温度上升，刀具切削寿命下降(切削不锈钢材料时尤为突出)。
3. 在本文给定的切削条件下，根据切削试验结果及理论分析，建议粗铣加工0Cr13Ni5Mo不锈钢时可选用面铣刀A，而半精铣加工时选用面铣刀B效果更好。
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2007年3月24日 星期六
模具高速铣削加工技术www.tool-tool.com
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本文从机床结构、切削刀柄和刀具、加工工艺、数控编程等方面较为详尽地讲述了高速铣削的技术特点以及在模具加工行业的应用。虽然文章写得较为宏观， 但内容较为全面，对模具领域的读者全面了解和应用高速加工技术，还是有较强的指导意义的。
一、前言
在现代模具生产中，随着对塑件的美观度及功能要求得越来越高，塑件内部结构设计得越来越复杂，模具的外形设计也日趋复杂，自由曲面所占比例不断增加，相应的模具结构也设计得越来越复杂。这些都对模具加工技术提出了更高要求，不仅应保证高的制造精度和表面质量，而且要追求加工表面的美观。随着对高速加工技术研究的不断深入，尤其在加工机床、数控系统、刀具系统、CAD/CAM软件等相关技术不断发展的推动下，高速加工技术已越来越多地应用于模具型腔的加工与制造中。
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。相对于传统的切削加工，其切削速度、进给速度有了很大的提高，而且切削机理也不相同。高速切削使切削加工发生了本质性的飞跃，其单位功率的金属切除率提高了30%~40%，切削力降低了30%，刀具的切削寿命提高了70%，留于工件的切削热大幅度降低，低阶切削振动几乎消失。随着切削速度的提高，单位时间毛坯材料的去除率增加了，切削时间减少了，加工效率提高了，从而缩短了产品的制造周期，提高了产品的市场竞争力。同时，高速加工的小量快进使切削力减少了，切屑的高速排出减少了工件的切削力和热应力变形，提高了刚性差和薄壁零件切削加工的可能性。由于切削力的降低，转速的提高使切削系统的工作频率远离机床的低阶固有频率，而工件的表面粗糙度对低阶频率最为敏感，由此降低了表面粗糙度。在模具的高淬硬钢件(HRC45~HRC65)的加工过程中，采用高速切削可以取代电加工和磨削抛光的工序，从而避免了电极的制造和费时的电加工，大幅度减少了钳工的打磨与抛光量。对于一些市场上越来越需要的薄壁模具工件，高速铣削也可顺利完成，而且在高速铣削CNC加工中心上，模具一次装夹可完成多工步加工。
高速加工技术对模具加工工艺产生了巨大影响，改变了传统模具加工采用的“退火→铣削加工→热处理→磨削”或“电火花加工→手工打磨、抛光”等复杂冗长的工艺流程，甚至可用高速切削加工替代原来的全部工序。高速加工技术除可应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电极加工、快速样件制造等方面也得到了广泛应用。大量生产实践表明，应用高速切削技术可节省模具后续加工中约80%的手工研磨时间，节约加工成本费用近30%，模具表面加工精度可达1 m，刀具切削效率可提高1倍。
二、高速铣削加工机床
高速切削技术是切削加工技术的主要发展方向之一，它随着CNC技术、微电子技术、新材料和新结构等基础技术的发展而迈上更高的台阶。由于模具加工的特殊性以及高速加工技术的自身特点，对模具高速加工的相关技术及工艺系统(加工机床、数控系统、刀具等)提出了比传统模具加工更高的要求。
1. 高稳定性的机床支撑部件
高速切削机床的床身等支撑部件应具有很好的动、静刚度，热刚度和最佳的阻尼特性。大部分机床都采用高质量、高刚性和高抗张性的灰铸铁作为支撑部件材料，有的机床公司还在底座中添加高阻尼特性的聚合物混凝土，以增加其抗振性和热稳定性，这不但可保证机床精度稳定，也可防止切削时刀具振颤。采用封闭式床身设计，整体铸造床身，对称床身结构并配有密布的加强筋等也是提高机床稳定性的重要措施。一些机床公司的研发部门在设计过程中，还采用模态分析和有限元结构计算等，优化了结构，使机床支撑部件更加稳定可靠。
2. 机床主轴
高速机床的主轴性能是实现高速切削加工的重要条件。高速切削机床主轴的转速范围为10000~100000m/min，主轴功率大于15kW。通过主轴压缩空气或冷却系统控制刀柄和主轴间的轴向间隙不大于0.005mm。还要求主轴具有快速升速、在指定位置快速准停的性能(即具有极高的角加减速度)，因此高速主轴常采用液体静压轴承式、空气静压轴承式、热压氮化硅（Si3N4）陶瓷轴承磁悬浮轴承式等结构形式。润滑多采用油气润滑、喷射润滑等技术。主轴冷却一般采用主轴内部水冷或气冷。
3. 机床驱动系统
为满足模具高速加工的需要，高速加工机床的驱动系统应具有下列特性：
(1) 高的进给速度。研究表明，对于小直径刀具，提高转速和每齿进给量有利于降低刀具磨损。目前常用的进给速度范围为20~30m/min，如采用大导程滚珠丝杠传动，进给速度可达60m/min；采用直线电机则可使进给速度达到120m/min。
(2)高的加速度。对三维复杂曲面廓形的高速加工要求驱动系统具有良好的加速度特性，要求提供高速进给的驱动器(快进速度约40m/min，3D轮廓加工速度为10m/min)，能够提供0.4m/s2到10m/s2的加速度和减速度。
机床制造商大多采用全闭环位置伺服控制的小导程、大尺寸、高质量的滚珠丝杠或大导程多头丝杠。随着电机技术的发展，先进的直线电动机已经问世，并成功应用于CNC机床。先进的直线电动机驱动使CNC机床不再有质量惯性、超前、滞后和振动等问题，加快了伺服响应速度，提高了伺服控制精度和机床加工精度。
4. 数控系统
先进的数控系统是保证模具复杂曲面高速加工质量和效率的关键因素，模具高速切削加工对数控系统的基本要求为：
(1) 高速的数字控制回路(Digital control loop)，包括：32位或64位并行处理器及1.5Gb以上的硬盘；极短的直线电机采样时间。
(2)速度和加速度的前馈控制(Feed forward control)；数字驱动系统的爬行控制(Jerk control)。
(3) 先进的插补方法( 基于NURBS的样条插补)，以获得良好的表面质量、精确的尺寸和高的几何精度。
(4)预处理(Look-ahead)功能。要求具有大容量缓冲寄存器，可预先阅读和检查多个程序段(如DMG机床可多达500个程序段，Simens系统可达1000~2000个程序段)，以便在被加工表面形状(曲率)发生变化时可及时采取改变进给速度等措施以避免过切等。
(5)误差补偿功能，包括因直线电机、主轴等发热导致的热误差补偿、象限误差补偿、测量系统误差补偿等功能。 此外，模具高速切削加工对数据传输速度的要求也很高。
(6) 传统的数据接口， 如RS232串行口的传输速度为19.2kb，而许多先进的加工中心均已采用以太局域网(Ethernet)进行数据传输，速度可达200kb。
5. 冷却润滑
高速加工采用带涂层的硬质合金刀具，在高速、高温的情况下不用切削液，切削效率更高。这是因为：铣削主轴高速旋转，切削液若要达到切削区，首先要克服极大的离心力；即使它克服了离心力进入切削区，也可能由于切削区的高温而立即蒸发，冷却效果很小甚至没有；同时切削液会使刀具刃部的温度激烈变化，容易导致裂纹的产生，所以要采用油/气冷却润滑的干式切削方式。这种方式可以用高压气体迅速吹走切削区产生的切削，从而将大量的切削热带走，同时经雾化的润滑油可以在刀具刃部和工件表面形成一层极薄的微观保护膜，可有效地延长刀具寿命并提高零件的表面质量。
三、高速切削加工的刀柄和刀具
由于高速切削加工时离心力和振动的影响，要求刀具具有很高的几何精度和装夹重复定位精度以及很高的刚度和高速动平衡的安全可靠性。由于高速切削加工时较大的离心力和振动等特点，传统的7:24锥度刀柄系统在进行高速切削时表现出明显的刚性不足、重复定位精度不高、轴向尺寸不稳定等缺陷，主轴的膨胀引起刀具及夹紧机构质心的偏离，影响刀具的动平衡能力。目前应用较多的是HSK高速刀柄和国外现今流行的热胀冷缩紧固式刀柄。热胀冷缩紧固式刀柄有加热系统，刀柄一般都采用锥部与主轴端面同时接触，其刚性较好，但是刀具可换性较差，一个刀柄只能安装一种连接直径的刀具。由于此类加热系统比较昂贵，在初期时采用 HSK类的刀柄系统即可。当企业的高速机床数量超过3台以上时，采用热胀冷缩紧固式刀柄比较合适。
刀具是高速切削加工中最活跃重要的因素之一，它直接影响着加工效率、制造成本和产品的加工精度。刀具在高速加工过程中要承受高温、高压、摩擦、冲击和振动等载荷，高速切削刀具应具有良好的机械性能和热稳定性，即具有良好的抗冲击、耐磨损和抗热疲劳的特性。高速切削加工的刀具技术发展速度很快，应用较多的如金刚石(PCD)、立方氮化硼(CBN)、陶瓷刀具、涂层硬质合金、(碳)氮化钛硬质合金TIC(N)等。
在加工铸铁和合金钢的切削刀具中，硬质合金是最常用的刀具材料。硬质合金刀具耐磨性好，但硬度比立方氮化硼和陶瓷低。为提高硬度和表面光洁度，采用刀具涂层技术，涂层材料为氮化钛(TiN)、氮化铝钛(TiALN)等。涂层技术使涂层由单一涂层发展为多层、多种涂层材料的涂层，已成为提高高速切削能力的关键技术之一。直径在10~40mm范围内，且有碳氮化钛涂层的硬质合金刀片能够加工洛氏硬度小于42的材料，而氮化钛铝涂层的刀具能够加工洛氏硬度为42 甚至更高的材料。高速切削钢材时，刀具材料应选用热硬性和疲劳强度高的P类硬质合金、涂层硬质合金、立方氮化硼（CBN）与CBN复合刀具材料（WBN）等。切削铸铁，应选用细晶粒的K类硬质合金进行粗加工，选用复合氮化硅陶瓷或聚晶立方氮化硼（PCNB）复合刀具进行精加工。精密加工有色金属或非金属材料时，应选用聚晶金刚石PCD或CVD金刚石涂层刀具。选择切削参数时，针对圆刀片和球头铣刀，应注意有效直径的概念。高速铣削刀具应按动平衡设计制造。刀具的前角比常规刀具的前角要小，后角略大。主副切削刃连接处应修圆或导角，来增大刀尖角，防止刀尖处热磨损。应加大刀尖附近的切削刃长度和刀具材料体积，提高刀具刚性。在保证安全和满足加工要求的条件下，刀具悬伸尽可能短，刀体中央韧性要好。刀柄要比刀具直径粗壮，连接柄呈倒锥状，以增加其刚性。尽量在刀具及刀具系统中央留有冷却液孔。球头立铣刀要考虑有效切削长度，刃口要尽量短，两螺旋槽球头立铣刀通常用于粗铣复杂曲面，四螺旋槽球头立铣刀通常用于精铣复杂曲面。
四、模具高速加工工艺及策略
高速加工包括以去除余量为目的的粗加工、残留粗加工，以及以获取高质量的加工表面及细微结构为目的的半精加工、精加工和镜面加工等。
1. 粗加工
模具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。高速加工中的粗加工所应采取的工艺方案是高切削速度、高进给率和小切削用量的组合。等高加工方式是众多CAM软件普遍采用的一种加工方式。应用较多的是螺旋等高和等Z轴等高两种方式，也就是在加工区域仅一次进刀，在不抬刀的情况下生成连续光滑的刀具路径，进、退刀方式采用圆弧切入、切出。螺旋等高方式的特点是，没有等高层之间的刀路移动，可避免频繁抬刀、进刀对零件表面质量的影响及机械设备不必要的耗损。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。在高速加工中，一定要采取圆弧切入、切出连接方式，以及拐角处圆弧过渡，避免突然改变刀具进给方向，禁止使用直接下刀的连接方式，避免将刀具埋入工件。加工模具型腔时，应避免刀具垂直插入工件，而应采用倾斜下刀方式(常用倾斜角为20°~30°)，最好采用螺旋式下刀以降低刀具载荷。加工模具型芯时，应尽量先从工件外部下刀然后水平切入工件。刀具切入、切出工件时应尽可能采用倾斜式(或圆弧式)切入、切出，避免垂直切入、切出。采用攀爬式切削可降低切削热，减小刀具受力和加工硬化程度，提高加工质量。
2. 半精加工
模具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，这对于工具钢模具尤为重要，因为它将影响精加工时刀具切削层面积的变化及刀具载荷的变化，从而影响切削过程的稳定性及精加工表面质量。
粗加工是基于体积模型，精加工则是基于面模型。以前开发的CAD/CAM系统对零件的几何描述是不连续的，由于没有描述粗加工后、精加工前加工模型的中间信息，故粗加工表面的剩余加工余量分布及最大剩余加工余量均是未知的。因此应对半精加工策略进行优化以保证半精加工后工件表面具有均匀的剩余加工余量。优化过程包括：粗加工后轮廓的计算、最大剩余加工余量的计算、最大允许加工余量的确定、对剩余加工余量大于最大允许加工余量的型面分区(如凹槽、拐角等过渡半径小于粗加工刀具半径的区域)以及半精加工时刀心轨迹的计算等。
现有的模具高速加工C A D /CAM软件大都具备剩余加工余量分析功能，并能根据剩余加工余量的大小及分布情况采用合理的半精加工策略。如MasterCAM软件提供了束状铣削 (Pencil milling)和剩余铣削(Rest milling)等方法来清除粗加工后剩余加工余量较大的角落以保证后续工序均匀的加工余量。
3. 精加工
模具的高速精加工策略取决于刀具与工件的接触点，而刀具与工件的接触点随着加工表面的曲面斜率和刀具有效半径的变化而变化。对于由多个曲面组合而成的复杂曲面加工，应尽可能在一个工序中进行连续加工，而不是对各个曲面分别进行加工，以减少抬刀、下刀的次数。然而，由于加工中表面斜率的变化，如果只定义加工的侧吃刀量(Step over)，就可能造成在斜率不同的表面上实际步距不均匀，从而影响加工质量。
一般情况下，精加工曲面的曲率半径应大于刀具半径的1.5倍，以避免进给方向的突然转变。在模具的高速精加工中，在每次切入、切出工件时，进给方向的改变应尽量采用圆弧或曲线转接，避免采用直线转接，以保持切削过程的平稳性。
高速精加工策略包括三维偏置、等高精加工和最佳等高精加工、螺旋等高精加工等策略。这些策略可保证切削过程光顺、稳定，确保能快速切除工件上的材料，得到高精度、光滑的切削表面。精加工的基本要求是要获得很高的精度、光滑的零件表面质量，轻松实现精细区域的加工，如小的圆角、沟槽等。对许多形状来说，精加工最有效的策略是使用三维螺旋策略。使用这种策略可避免使用平行策略和偏置精加工策略中会出现的频繁的方向改变，从而提高加工速度，减少刀具磨损。这个策略可以在很少抬刀的情况下生成连续光滑的刀具路径。这种加工技术综合了螺旋加工和等高加工策略的优点，刀具负荷更稳定，提刀次数更少，可缩短加工时间，减小刀具损坏机率。它还可以改善加工表面质量，最大限地减小精加工后手工打磨的需要。在许多场合需要将陡峭区域的等高精加工和平坦区域三维等距精加工方法结合起来使用。
数控编程也要考虑几何设计和工艺安排，在使用CAM系统进行高速加工数控编程时，除刀具和加工参数根据具体情况选择外，加工方法的选择和采用的编程策略就成为了关键。一名出色的使用CAD/CAM工作站的编程工程师应该同时也是一名合格的设计与工艺师，他应对零件的几何结构有一个正确的理解，具备对于理想工序安排以及合理刀具轨迹设计的知识和概念。
五、高速切削数控编程
高速铣削加工对数控编程系统的要求越来越高，价格昂贵的高速加工设备对软件提出了更高的安全性和有效性要求。高速切削有着比传统切削特殊的工艺要求，除了要有高速切削机床和高速切削刀具外，具有合适的CAM编程软件也是至关重要的。数控加工的数控指令包含了所有的工艺过程，一个优秀的高速加工CAM编程系统应具有很高的计算速度、较强的插补功能、全程自动过切检查及处理能力、自动刀柄与夹具干涉检查、进给率优化处理功能、待加工轨迹监控功能、刀具轨迹编辑优化功能和加工残余分析功能等。高速切削编程首先要注意加工方法的安全性和有效性；其次，要尽一切可能保证刀具轨迹光滑平稳，这会直接影响加工质量和机床主轴等零件的寿命；最后，要尽量使刀具载荷均匀，这会直接影响刀具的寿命。
1. CAM系统应具有很高的计算编程速度
高速加工中采用非常小的进给量与切深，其NC程序比对传统数控加工程序要大得多，因而要求软件计算速度要快，以节省刀具轨迹编辑和优化编程的时间。
2. 全程自动防过切处理能力及自动刀柄干涉检查能力
高速加工以传统加工近10倍的切削速度进行加工，一旦发生过切对机床、产品和刀具将产生灾难性的后果，所以要求其CAM系统必须具有全程自动防过切处理的能力及自动刀柄与夹具干涉检查、绕避功能。系统能够自动提示最短夹持刀具长度，并自动进行刀具干涉检查。
3. 丰富的高速切削刀具轨迹策略
高速加工对加工工艺走刀方式比传统方式有着特殊要求，为了能够确保最大的切削效率，又保证在高速切削时加工的安全性，CAM系统应能根据加工瞬时余量的大小自动对进给率进行优化处理，能自动进行刀具轨迹编辑优化、加工残余分析并对待加工轨迹监控，以确保高速加工刀具受力状态的平稳性，提高刀具的使用寿命。
采用高速加工设备之后，对编程人员的需求量将会增加，因高速加工工艺要求严格，过切保护更加重要，故需花多的时间对NC指令进行仿真检验。一般情况下，高速加工编程时间比一般加工编程时间要长得多。为了保证高速加工设备足够的使用率，需配置更多的CAM人员。现有的CAM软件，如PowerMILL、 MasterCAM、UnigraphicsNX、Cimatron等都提供了相关功能的高速铣削刀具轨迹策略。
六、结束语
高速切削技术是切削加工技术的主要发展方向之一，目前主要应用于汽车工业和模具行业，尤其是在加工复杂曲面的领域、工件本身或刀具系统刚性要求较高的加工领域等，是多种先进加工技术的集成，其高效、高质量为人们所推崇。它不仅涉及到高速加工工艺，而且还包括高速加工机床、数控系统、高速切削刀具及 CAD/CAM技术等。模具高速加工技术目前已在发达国家的模具制造业中普遍应用，而在我国的应用范围及应用水平仍有待提高，由于其具有传统加工无可比拟的优势，仍将是今后加工技术必然的发展方向。
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一、前言
在现代模具生产中，随着对塑件的美观度及功能要求得越来越高，塑件内部结构设计得越来越复杂，模具的外形设计也日趋复杂，自由曲面所占比例不断增加，相应的模具结构也设计得越来越复杂。这些都对模具加工技术提出了更高要求，不仅应保证高的制造精度和表面质量，而且要追求加工表面的美观。随着对高速加工技术研究的不断深入，尤其在加工机床、数控系统、刀具系统、CAD/CAM软件等相关技术不断发展的推动下，高速加工技术已越来越多地应用于模具型腔的加工与制造中。
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。相对于传统的切削加工，其切削速度、进给速度有了很大的提高，而且切削机理也不相同。高速切削使切削加工发生了本质性的飞跃，其单位功率的金属切除率提高了30%~40%，切削力降低了30%，刀具的切削寿命提高了70%，留于工件的切削热大幅度降低，低阶切削振动几乎消失。随着切削速度的提高，单位时间毛坯材料的去除率增加了，切削时间减少了，加工效率提高了，从而缩短了产品的制造周期，提高了产品的市场竞争力。同时，高速加工的小量快进使切削力减少了，切屑的高速排出减少了工件的切削力和热应力变形，提高了刚性差和薄壁零件切削加工的可能性。由于切削力的降低，转速的提高使切削系统的工作频率远离机床的低阶固有频率，而工件的表面粗糙度对低阶频率最为敏感，由此降低了表面粗糙度。在模具的高淬硬钢件(HRC45~HRC65)的加工过程中，采用高速切削可以取代电加工和磨削抛光的工序，从而避免了电极的制造和费时的电加工，大幅度减少了钳工的打磨与抛光量。对于一些市场上越来越需要的薄壁模具工件，高速铣削也可顺利完成，而且在高速铣削CNC加工中心上，模具一次装夹可完成多工步加工。
高速加工技术对模具加工工艺产生了巨大影响，改变了传统模具加工采用的“退火→铣削加工→热处理→磨削”或“电火花加工→手工打磨、抛光”等复杂冗长的工艺流程，甚至可用高速切削加工替代原来的全部工序。高速加工技术除可应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电极加工、快速样件制造等方面也得到了广泛应用。大量生产实践表明，应用高速切削技术可节省模具后续加工中约80%的手工研磨时间，节约加工成本费用近30%，模具表面加工精度可达1 m，刀具切削效率可提高1倍。
二、高速铣削加工机床
高速切削技术是切削加工技术的主要发展方向之一，它随着CNC技术、微电子技术、新材料和新结构等基础技术的发展而迈上更高的台阶。由于模具加工的特殊性以及高速加工技术的自身特点，对模具高速加工的相关技术及工艺系统(加工机床、数控系统、刀具等)提出了比传统模具加工更高的要求。
1. 高稳定性的机床支撑部件
高速切削机床的床身等支撑部件应具有很好的动、静刚度，热刚度和最佳的阻尼特性。大部分机床都采用高质量、高刚性和高抗张性的灰铸铁作为支撑部件材料，有的机床公司还在底座中添加高阻尼特性的聚合物混凝土，以增加其抗振性和热稳定性，这不但可保证机床精度稳定，也可防止切削时刀具振颤。采用封闭式床身设计，整体铸造床身，对称床身结构并配有密布的加强筋等也是提高机床稳定性的重要措施。一些机床公司的研发部门在设计过程中，还采用模态分析和有限元结构计算等，优化了结构，使机床支撑部件更加稳定可靠。
2. 机床主轴
高速机床的主轴性能是实现高速切削加工的重要条件。高速切削机床主轴的转速范围为10000~100000m/min，主轴功率大于15kW。通过主轴压缩空气或冷却系统控制刀柄和主轴间的轴向间隙不大于0.005mm。还要求主轴具有快速升速、在指定位置快速准停的性能(即具有极高的角加减速度)，因此高速主轴常采用液体静压轴承式、空气静压轴承式、热压氮化硅（Si3N4）陶瓷轴承磁悬浮轴承式等结构形式。润滑多采用油气润滑、喷射润滑等技术。主轴冷却一般采用主轴内部水冷或气冷。
3. 机床驱动系统
为满足模具高速加工的需要，高速加工机床的驱动系统应具有下列特性：
(1) 高的进给速度。研究表明，对于小直径刀具，提高转速和每齿进给量有利于降低刀具磨损。目前常用的进给速度范围为20~30m/min，如采用大导程滚珠丝杠传动，进给速度可达60m/min；采用直线电机则可使进给速度达到120m/min。
(2)高的加速度。对三维复杂曲面廓形的高速加工要求驱动系统具有良好的加速度特性，要求提供高速进给的驱动器(快进速度约40m/min，3D轮廓加工速度为10m/min)，能够提供0.4m/s2到10m/s2的加速度和减速度。
机床制造商大多采用全闭环位置伺服控制的小导程、大尺寸、高质量的滚珠丝杠或大导程多头丝杠。随着电机技术的发展，先进的直线电动机已经问世，并成功应用于CNC机床。先进的直线电动机驱动使CNC机床不再有质量惯性、超前、滞后和振动等问题，加快了伺服响应速度，提高了伺服控制精度和机床加工精度。
4. 数控系统
先进的数控系统是保证模具复杂曲面高速加工质量和效率的关键因素，模具高速切削加工对数控系统的基本要求为：
(1) 高速的数字控制回路(Digital control loop)，包括：32位或64位并行处理器及1.5Gb以上的硬盘；极短的直线电机采样时间。
(2)速度和加速度的前馈控制(Feed forward control)；数字驱动系统的爬行控制(Jerk control)。
(3) 先进的插补方法( 基于NURBS的样条插补)，以获得良好的表面质量、精确的尺寸和高的几何精度。
(4)预处理(Look-ahead)功能。要求具有大容量缓冲寄存器，可预先阅读和检查多个程序段(如DMG机床可多达500个程序段，Simens系统可达1000~2000个程序段)，以便在被加工表面形状(曲率)发生变化时可及时采取改变进给速度等措施以避免过切等。
(5)误差补偿功能，包括因直线电机、主轴等发热导致的热误差补偿、象限误差补偿、测量系统误差补偿等功能。 此外，模具高速切削加工对数据传输速度的要求也很高。
(6) 传统的数据接口， 如RS232串行口的传输速度为19.2kb，而许多先进的加工中心均已采用以太局域网(Ethernet)进行数据传输，速度可达200kb。
5. 冷却润滑
高速加工采用带涂层的硬质合金刀具，在高速、高温的情况下不用切削液，切削效率更高。这是因为：铣削主轴高速旋转，切削液若要达到切削区，首先要克服极大的离心力；即使它克服了离心力进入切削区，也可能由于切削区的高温而立即蒸发，冷却效果很小甚至没有；同时切削液会使刀具刃部的温度激烈变化，容易导致裂纹的产生，所以要采用油/气冷却润滑的干式切削方式。这种方式可以用高压气体迅速吹走切削区产生的切削，从而将大量的切削热带走，同时经雾化的润滑油可以在刀具刃部和工件表面形成一层极薄的微观保护膜，可有效地延长刀具寿命并提高零件的表面质量。
三、高速切削加工的刀柄和刀具
由于高速切削加工时离心力和振动的影响，要求刀具具有很高的几何精度和装夹重复定位精度以及很高的刚度和高速动平衡的安全可靠性。由于高速切削加工时较大的离心力和振动等特点，传统的7:24锥度刀柄系统在进行高速切削时表现出明显的刚性不足、重复定位精度不高、轴向尺寸不稳定等缺陷，主轴的膨胀引起刀具及夹紧机构质心的偏离，影响刀具的动平衡能力。目前应用较多的是HSK高速刀柄和国外现今流行的热胀冷缩紧固式刀柄。热胀冷缩紧固式刀柄有加热系统，刀柄一般都采用锥部与主轴端面同时接触，其刚性较好，但是刀具可换性较差，一个刀柄只能安装一种连接直径的刀具。由于此类加热系统比较昂贵，在初期时采用 HSK类的刀柄系统即可。当企业的高速机床数量超过3台以上时，采用热胀冷缩紧固式刀柄比较合适。
刀具是高速切削加工中最活跃重要的因素之一，它直接影响着加工效率、制造成本和产品的加工精度。刀具在高速加工过程中要承受高温、高压、摩擦、冲击和振动等载荷，高速切削刀具应具有良好的机械性能和热稳定性，即具有良好的抗冲击、耐磨损和抗热疲劳的特性。高速切削加工的刀具技术发展速度很快，应用较多的如金刚石(PCD)、立方氮化硼(CBN)、陶瓷刀具、涂层硬质合金、(碳)氮化钛硬质合金TIC(N)等。
在加工铸铁和合金钢的切削刀具中，硬质合金是最常用的刀具材料。硬质合金刀具耐磨性好，但硬度比立方氮化硼和陶瓷低。为提高硬度和表面光洁度，采用刀具涂层技术，涂层材料为氮化钛(TiN)、氮化铝钛(TiALN)等。涂层技术使涂层由单一涂层发展为多层、多种涂层材料的涂层，已成为提高高速切削能力的关键技术之一。直径在10~40mm范围内，且有碳氮化钛涂层的硬质合金刀片能够加工洛氏硬度小于42的材料，而氮化钛铝涂层的刀具能够加工洛氏硬度为42 甚至更高的材料。高速切削钢材时，刀具材料应选用热硬性和疲劳强度高的P类硬质合金、涂层硬质合金、立方氮化硼（CBN）与CBN复合刀具材料（WBN）等。切削铸铁，应选用细晶粒的K类硬质合金进行粗加工，选用复合氮化硅陶瓷或聚晶立方氮化硼（PCNB）复合刀具进行精加工。精密加工有色金属或非金属材料时，应选用聚晶金刚石PCD或CVD金刚石涂层刀具。选择切削参数时，针对圆刀片和球头铣刀，应注意有效直径的概念。高速铣削刀具应按动平衡设计制造。刀具的前角比常规刀具的前角要小，后角略大。主副切削刃连接处应修圆或导角，来增大刀尖角，防止刀尖处热磨损。应加大刀尖附近的切削刃长度和刀具材料体积，提高刀具刚性。在保证安全和满足加工要求的条件下，刀具悬伸尽可能短，刀体中央韧性要好。刀柄要比刀具直径粗壮，连接柄呈倒锥状，以增加其刚性。尽量在刀具及刀具系统中央留有冷却液孔。球头立铣刀要考虑有效切削长度，刃口要尽量短，两螺旋槽球头立铣刀通常用于粗铣复杂曲面，四螺旋槽球头立铣刀通常用于精铣复杂曲面。
四、模具高速加工工艺及策略
高速加工包括以去除余量为目的的粗加工、残留粗加工，以及以获取高质量的加工表面及细微结构为目的的半精加工、精加工和镜面加工等。
1. 粗加工
模具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。高速加工中的粗加工所应采取的工艺方案是高切削速度、高进给率和小切削用量的组合。等高加工方式是众多CAM软件普遍采用的一种加工方式。应用较多的是螺旋等高和等Z轴等高两种方式，也就是在加工区域仅一次进刀，在不抬刀的情况下生成连续光滑的刀具路径，进、退刀方式采用圆弧切入、切出。螺旋等高方式的特点是，没有等高层之间的刀路移动，可避免频繁抬刀、进刀对零件表面质量的影响及机械设备不必要的耗损。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。在高速加工中，一定要采取圆弧切入、切出连接方式，以及拐角处圆弧过渡，避免突然改变刀具进给方向，禁止使用直接下刀的连接方式，避免将刀具埋入工件。加工模具型腔时，应避免刀具垂直插入工件，而应采用倾斜下刀方式(常用倾斜角为20°~30°)，最好采用螺旋式下刀以降低刀具载荷。加工模具型芯时，应尽量先从工件外部下刀然后水平切入工件。刀具切入、切出工件时应尽可能采用倾斜式(或圆弧式)切入、切出，避免垂直切入、切出。采用攀爬式切削可降低切削热，减小刀具受力和加工硬化程度，提高加工质量。
2. 半精加工
模具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，这对于工具钢模具尤为重要，因为它将影响精加工时刀具切削层面积的变化及刀具载荷的变化，从而影响切削过程的稳定性及精加工表面质量。
粗加工是基于体积模型，精加工则是基于面模型。以前开发的CAD/CAM系统对零件的几何描述是不连续的，由于没有描述粗加工后、精加工前加工模型的中间信息，故粗加工表面的剩余加工余量分布及最大剩余加工余量均是未知的。因此应对半精加工策略进行优化以保证半精加工后工件表面具有均匀的剩余加工余量。优化过程包括：粗加工后轮廓的计算、最大剩余加工余量的计算、最大允许加工余量的确定、对剩余加工余量大于最大允许加工余量的型面分区(如凹槽、拐角等过渡半径小于粗加工刀具半径的区域)以及半精加工时刀心轨迹的计算等。
现有的模具高速加工C A D /CAM软件大都具备剩余加工余量分析功能，并能根据剩余加工余量的大小及分布情况采用合理的半精加工策略。如MasterCAM软件提供了束状铣削 (Pencil milling)和剩余铣削(Rest milling)等方法来清除粗加工后剩余加工余量较大的角落以保证后续工序均匀的加工余量。
3. 精加工
模具的高速精加工策略取决于刀具与工件的接触点，而刀具与工件的接触点随着加工表面的曲面斜率和刀具有效半径的变化而变化。对于由多个曲面组合而成的复杂曲面加工，应尽可能在一个工序中进行连续加工，而不是对各个曲面分别进行加工，以减少抬刀、下刀的次数。然而，由于加工中表面斜率的变化，如果只定义加工的侧吃刀量(Step over)，就可能造成在斜率不同的表面上实际步距不均匀，从而影响加工质量。
一般情况下，精加工曲面的曲率半径应大于刀具半径的1.5倍，以避免进给方向的突然转变。在模具的高速精加工中，在每次切入、切出工件时，进给方向的改变应尽量采用圆弧或曲线转接，避免采用直线转接，以保持切削过程的平稳性。
高速精加工策略包括三维偏置、等高精加工和最佳等高精加工、螺旋等高精加工等策略。这些策略可保证切削过程光顺、稳定，确保能快速切除工件上的材料，得到高精度、光滑的切削表面。精加工的基本要求是要获得很高的精度、光滑的零件表面质量，轻松实现精细区域的加工，如小的圆角、沟槽等。对许多形状来说，精加工最有效的策略是使用三维螺旋策略。使用这种策略可避免使用平行策略和偏置精加工策略中会出现的频繁的方向改变，从而提高加工速度，减少刀具磨损。这个策略可以在很少抬刀的情况下生成连续光滑的刀具路径。这种加工技术综合了螺旋加工和等高加工策略的优点，刀具负荷更稳定，提刀次数更少，可缩短加工时间，减小刀具损坏机率。它还可以改善加工表面质量，最大限地减小精加工后手工打磨的需要。在许多场合需要将陡峭区域的等高精加工和平坦区域三维等距精加工方法结合起来使用。
数控编程也要考虑几何设计和工艺安排，在使用CAM系统进行高速加工数控编程时，除刀具和加工参数根据具体情况选择外，加工方法的选择和采用的编程策略就成为了关键。一名出色的使用CAD/CAM工作站的编程工程师应该同时也是一名合格的设计与工艺师，他应对零件的几何结构有一个正确的理解，具备对于理想工序安排以及合理刀具轨迹设计的知识和概念。
五、高速切削数控编程
高速铣削加工对数控编程系统的要求越来越高，价格昂贵的高速加工设备对软件提出了更高的安全性和有效性要求。高速切削有着比传统切削特殊的工艺要求，除了要有高速切削机床和高速切削刀具外，具有合适的CAM编程软件也是至关重要的。数控加工的数控指令包含了所有的工艺过程，一个优秀的高速加工CAM编程系统应具有很高的计算速度、较强的插补功能、全程自动过切检查及处理能力、自动刀柄与夹具干涉检查、进给率优化处理功能、待加工轨迹监控功能、刀具轨迹编辑优化功能和加工残余分析功能等。高速切削编程首先要注意加工方法的安全性和有效性；其次，要尽一切可能保证刀具轨迹光滑平稳，这会直接影响加工质量和机床主轴等零件的寿命；最后，要尽量使刀具载荷均匀，这会直接影响刀具的寿命。
1. CAM系统应具有很高的计算编程速度
高速加工中采用非常小的进给量与切深，其NC程序比对传统数控加工程序要大得多，因而要求软件计算速度要快，以节省刀具轨迹编辑和优化编程的时间。
2. 全程自动防过切处理能力及自动刀柄干涉检查能力
高速加工以传统加工近10倍的切削速度进行加工，一旦发生过切对机床、产品和刀具将产生灾难性的后果，所以要求其CAM系统必须具有全程自动防过切处理的能力及自动刀柄与夹具干涉检查、绕避功能。系统能够自动提示最短夹持刀具长度，并自动进行刀具干涉检查。
3. 丰富的高速切削刀具轨迹策略
高速加工对加工工艺走刀方式比传统方式有着特殊要求，为了能够确保最大的切削效率，又保证在高速切削时加工的安全性，CAM系统应能根据加工瞬时余量的大小自动对进给率进行优化处理，能自动进行刀具轨迹编辑优化、加工残余分析并对待加工轨迹监控，以确保高速加工刀具受力状态的平稳性，提高刀具的使用寿命。
采用高速加工设备之后，对编程人员的需求量将会增加，因高速加工工艺要求严格，过切保护更加重要，故需花多的时间对NC指令进行仿真检验。一般情况下，高速加工编程时间比一般加工编程时间要长得多。为了保证高速加工设备足够的使用率，需配置更多的CAM人员。现有的CAM软件，如PowerMILL、 MasterCAM、UnigraphicsNX、Cimatron等都提供了相关功能的高速铣削刀具轨迹策略。
六、结束语
高速切削技术是切削加工技术的主要发展方向之一，目前主要应用于汽车工业和模具行业，尤其是在加工复杂曲面的领域、工件本身或刀具系统刚性要求较高的加工领域等，是多种先进加工技术的集成，其高效、高质量为人们所推崇。它不仅涉及到高速加工工艺，而且还包括高速加工机床、数控系统、高速切削刀具及 CAD/CAM技术等。模具高速加工技术目前已在发达国家的模具制造业中普遍应用，而在我国的应用范围及应用水平仍有待提高，由于其具有传统加工无可比拟的优势，仍将是今后加工技术必然的发展方向。
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在设计机床、切削刀具和夹具的过程中，高效地铣削微型模型和微型零件的各个部位时所面临的挑战，令人胆怯。为一把刀具找到最佳的刀具路径，可以说也同样令人感到困难，因为机床操作者或许根本看不到或听不到它在进行切削。与一般的铣削操作不同，操作者没办法说出在切削中刀具的表现如何，以便做出所需的改变，把这道工序最佳化。此外，可能适合于 “ 典型 ” 铣削工件刀具路径策略，并不能总是可以精致地、按比例缩小以便用于微量铣削。
另外，医疗、电子和光学零件的小零件加工有更高的要求。鉴于这个趋势，位于德国 Aachen 市的 Frauhofer 生产技术研究所 (IPT) 最近发起了一个微量铣削研究项目，与机床设备制造商和模具制造商联合，目标是开发出高效微型模具制造的策略和加工方法。在开发微量铣削 NC 软件方面，他们已能高效地计算出公差为 0.1 微米的刀具运动。位于美国密执安州 Novi 市的 Cimatron 公司是一家软件公司，它也参加了 IPT 项目。参与的结果是通过加入微量铣削工作的各种功能，提高了 Cimatron E NC 软件的性能。
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Uri Shakked 是 Cimatron 的一位产品经理，擅长于微量铣削。他提供了生成微量铣削刀具路径时所要考虑的以下 5 个问题：
1) 开发适合于微量铣削的加工策略。高速加工与微量铣削之间确实存在相似之处，例如避免尖锐的刀具运动。当趋近角落时，刀具的路径应该是圆形的，圆度的大小取决于机床和进给率。当进行微量铣削时，在低于某一个值的情况下，弄成圆形实际上没有用。例如， 0.2 毫米的圆角就太大了，因为典型微量加工的跨度都特别小（接近 0.01 毫米）。在这个例子中，圆度值是跨距值的 20 倍，这意味着接续的工序之间会产生宽沟，形成明显的凹凸纹路和很差的表面质量。
Cimatron 开发的零重迭旋轮线法提供了清除这种切纹的方法。该方法用旋轮线的形式加工所有相关的区域，但为了防止双重加工，刀具回程运动时从工件表面在 Z 轴方向提升。然后，在后续的正向运动中，刀具会以与刀具路径相切的方向进入。
高速加工使用高的进给量，允许切屑排掉由切削导致的热量；高的主轴速度产生高的切削进给量；高进给率减少了加工时间，允许用小的步距值进行切削。虽然进给率受到刀具切削刃最大切屑尺寸的限制。但因为微量铣削刀具直径很小，主轴速度通常太慢，不能产生高的切削进给，从而限制了可得到的最大进给率。例如，为了使 10mm 的刀具达到 100 米 / 分的切削进给率，主轴速度应该大约为 3200 转 / 分。对于 0.1mm 的刀具，主轴转速必须为 320 000 转 / 分。这样高的主轴转速目前是没有的。 0.1mm 的刀具最大可能的进给率大约为 15 米 / 分，距公认的高速切削相差很远。
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用 0.1mm 直径的切削刀具铣刺，如这图所示的情况，
在设备和编程软件方面都有很大的困难。
2 ）逆铣通常比顺铣效率更高。对于微量铣削，决定用逆铣还是顺铣主要取决于被加工零件的特性。考虑到微型模具和微型零件上通常具备的精密特性，通常选择逆铣方法。
当刀具较长或工件壁很薄时，微量铣削最适合用逆铣。当切削刃切入材料时，产生切削力，切削刃倾向于拉入工件，这就提供了一个稳定的切削条件，很适合于软材料和精致的零件。
然而，逆铣会对刀具的切削刃造成潜在的损坏。当切削刃完成切削时，它会被切削件退出。当转回进入下一次切削时，它会钻挖进被切削件。这就导致切削刃上的力迅速改变方向，从而缩短刀具寿命。
在顺铣中，刀具以最大的切屑尺寸咬合被切削件，刀具和零件倾向于互相推开。机床、工件和切削刀具必须有足够的刚性以避免振动。否则，刀具寿命会缩短，表面质量较差。
3 ）可能需要结合粗 / 精铣工序。粗精铣工序通常是分别进行的，采用不同的主轴速度、进给率和切深。但在微量铣削时，可能无法实现，特别是当加工小型零件上高的、薄的壁或轮毂、轴套时。粗铣后的壁厚将不足以支持精铣操作，造成精铣的振动或可能断裂，至少壁表面的光洁度很差。
当微量铣削时，薄壁铣削、粗、精铣削应合成一个工序。在壁的两侧，在 Z 轴方向一层一层地切下。刀具应该倾斜，离开被加工的壁，以保证刀具与壁之间有一个接触点。
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铣削精密区域时留下的纹，能用零重迭旋轮线加以清除。用这方法，刀具反向运动在 Z 轴方向
从工件提升起来，然后刀具在切于相继正向运动刀具路径的方向切入，产生较好的表面光洁度。
4) 应保持恒定的刀具载荷。在一般的模具制造应用中，机床操作者常常手动调整进给率，如需要时换刀或手动编辑刀具路径，以使效率更高。由于在微量铣削中零件和使用的刀具微小，在加工过程中，操作者没有实际方法看到或听到发生什么情况。这就是为什么微量铣削软件在整个切削过程中必须能精确保持恒定切屑载荷的缘故。
Cimatron 软件能识别在整个过程中实际余留的裕量，并用这个数据来进行取决于刀具载荷的调整。这就能加快加工时间，同时保护精致的微量铣削刀具不会断裂。在主要改变工件几何形状的粗切过程中，该软件仿真每层后遗留的裕量。这样能使刀具进入以前各层清除过的位置，从而能使用较短的刀具切入较深的区域。
在清除工序中，该系统能检测出过多的材料，并自动加上再粗铣工序。再粗铣运动可以防止刀具断裂、保持恒定的刀具载荷和提高表面质量。该软件可根据要切除多少材料，自动改变进给率或把刀具路径分成若干下游工步。
5 ）当心 CAD/CAM 数据转换问题。在单独的 CAD 和 CAM 软件包之间的数据转换误差，对加工精度有负面影响。当微量铣削时，这些不精确性会更加严重。集成的 CAD/CAM 软件包消除了这样的数据转换问题。例如，在一个相当大的零件上的两表面之间 0.005mm 的凹陷的转换误差可能不成问题，因为零件可以抛光。但在微型模具或微型零件上抛光常常是不可能的，因而微型铣削的零件表面上，可以清楚看到同样尺寸的凹陷。
几乎任何 CAM 编程工作都需要一些几何修补过程，这意味着 CAM 软件应该包括内部 CAD 能力。当制作模型时，冷却和排出孔通常都盖住，以防止切削刀具加工到这些部位。另外，表面必须扩展到在另一调整中将要加工的保护区。能不能产生或修改零件的几何形状，影响刀具路径的编程方法。
工艺装备的 CAD 应该由了解工艺过程需要的工具制造者来完成，诸如 NC 编程员。在许多情况下，只有在编程过程中，才能清楚需要某种几何修正。
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在设计机床、切削刀具和夹具的过程中，高效地铣削微型模型和微型零件的各个部位时所面临的挑战，令人胆怯。为一把刀具找到最佳的刀具路径，可以说也同样令人感到困难，因为机床操作者或许根本看不到或听不到它在进行切削。与一般的铣削操作不同，操作者没办法说出在切削中刀具的表现如何，以便做出所需的改变，把这道工序最佳化。此外，可能适合于 “ 典型 ” 铣削工件刀具路径策略，并不能总是可以精致地、按比例缩小以便用于微量铣削。
另外，医疗、电子和光学零件的小零件加工有更高的要求。鉴于这个趋势，位于德国 Aachen 市的 Frauhofer 生产技术研究所 (IPT) 最近发起了一个微量铣削研究项目，与机床设备制造商和模具制造商联合，目标是开发出高效微型模具制造的策略和加工方法。在开发微量铣削 NC 软件方面，他们已能高效地计算出公差为 0.1 微米的刀具运动。位于美国密执安州 Novi 市的 Cimatron 公司是一家软件公司，它也参加了 IPT 项目。参与的结果是通过加入微量铣削工作的各种功能，提高了 Cimatron E NC 软件的性能。
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Uri Shakked 是 Cimatron 的一位产品经理，擅长于微量铣削。他提供了生成微量铣削刀具路径时所要考虑的以下 5 个问题：
1) 开发适合于微量铣削的加工策略。高速加工与微量铣削之间确实存在相似之处，例如避免尖锐的刀具运动。当趋近角落时，刀具的路径应该是圆形的，圆度的大小取决于机床和进给率。当进行微量铣削时，在低于某一个值的情况下，弄成圆形实际上没有用。例如， 0.2 毫米的圆角就太大了，因为典型微量加工的跨度都特别小（接近 0.01 毫米）。在这个例子中，圆度值是跨距值的 20 倍，这意味着接续的工序之间会产生宽沟，形成明显的凹凸纹路和很差的表面质量。
Cimatron 开发的零重迭旋轮线法提供了清除这种切纹的方法。该方法用旋轮线的形式加工所有相关的区域，但为了防止双重加工，刀具回程运动时从工件表面在 Z 轴方向提升。然后，在后续的正向运动中，刀具会以与刀具路径相切的方向进入。
高速加工使用高的进给量，允许切屑排掉由切削导致的热量；高的主轴速度产生高的切削进给量；高进给率减少了加工时间，允许用小的步距值进行切削。虽然进给率受到刀具切削刃最大切屑尺寸的限制。但因为微量铣削刀具直径很小，主轴速度通常太慢，不能产生高的切削进给，从而限制了可得到的最大进给率。例如，为了使 10mm 的刀具达到 100 米 / 分的切削进给率，主轴速度应该大约为 3200 转 / 分。对于 0.1mm 的刀具，主轴转速必须为 320 000 转 / 分。这样高的主轴转速目前是没有的。 0.1mm 的刀具最大可能的进给率大约为 15 米 / 分，距公认的高速切削相差很远。
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用 0.1mm 直径的切削刀具铣刺，如这图所示的情况，
在设备和编程软件方面都有很大的困难。
2 ）逆铣通常比顺铣效率更高。对于微量铣削，决定用逆铣还是顺铣主要取决于被加工零件的特性。考虑到微型模具和微型零件上通常具备的精密特性，通常选择逆铣方法。
当刀具较长或工件壁很薄时，微量铣削最适合用逆铣。当切削刃切入材料时，产生切削力，切削刃倾向于拉入工件，这就提供了一个稳定的切削条件，很适合于软材料和精致的零件。
然而，逆铣会对刀具的切削刃造成潜在的损坏。当切削刃完成切削时，它会被切削件退出。当转回进入下一次切削时，它会钻挖进被切削件。这就导致切削刃上的力迅速改变方向，从而缩短刀具寿命。
在顺铣中，刀具以最大的切屑尺寸咬合被切削件，刀具和零件倾向于互相推开。机床、工件和切削刀具必须有足够的刚性以避免振动。否则，刀具寿命会缩短，表面质量较差。
3 ）可能需要结合粗 / 精铣工序。粗精铣工序通常是分别进行的，采用不同的主轴速度、进给率和切深。但在微量铣削时，可能无法实现，特别是当加工小型零件上高的、薄的壁或轮毂、轴套时。粗铣后的壁厚将不足以支持精铣操作，造成精铣的振动或可能断裂，至少壁表面的光洁度很差。
当微量铣削时，薄壁铣削、粗、精铣削应合成一个工序。在壁的两侧，在 Z 轴方向一层一层地切下。刀具应该倾斜，离开被加工的壁，以保证刀具与壁之间有一个接触点。
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铣削精密区域时留下的纹，能用零重迭旋轮线加以清除。用这方法，刀具反向运动在 Z 轴方向
从工件提升起来，然后刀具在切于相继正向运动刀具路径的方向切入，产生较好的表面光洁度。
4) 应保持恒定的刀具载荷。在一般的模具制造应用中，机床操作者常常手动调整进给率，如需要时换刀或手动编辑刀具路径，以使效率更高。由于在微量铣削中零件和使用的刀具微小，在加工过程中，操作者没有实际方法看到或听到发生什么情况。这就是为什么微量铣削软件在整个切削过程中必须能精确保持恒定切屑载荷的缘故。
Cimatron 软件能识别在整个过程中实际余留的裕量，并用这个数据来进行取决于刀具载荷的调整。这就能加快加工时间，同时保护精致的微量铣削刀具不会断裂。在主要改变工件几何形状的粗切过程中，该软件仿真每层后遗留的裕量。这样能使刀具进入以前各层清除过的位置，从而能使用较短的刀具切入较深的区域。
在清除工序中，该系统能检测出过多的材料，并自动加上再粗铣工序。再粗铣运动可以防止刀具断裂、保持恒定的刀具载荷和提高表面质量。该软件可根据要切除多少材料，自动改变进给率或把刀具路径分成若干下游工步。
5 ）当心 CAD/CAM 数据转换问题。在单独的 CAD 和 CAM 软件包之间的数据转换误差，对加工精度有负面影响。当微量铣削时，这些不精确性会更加严重。集成的 CAD/CAM 软件包消除了这样的数据转换问题。例如，在一个相当大的零件上的两表面之间 0.005mm 的凹陷的转换误差可能不成问题，因为零件可以抛光。但在微型模具或微型零件上抛光常常是不可能的，因而微型铣削的零件表面上，可以清楚看到同样尺寸的凹陷。
几乎任何 CAM 编程工作都需要一些几何修补过程，这意味着 CAM 软件应该包括内部 CAD 能力。当制作模型时，冷却和排出孔通常都盖住，以防止切削刀具加工到这些部位。另外，表面必须扩展到在另一调整中将要加工的保护区。能不能产生或修改零件的几何形状，影响刀具路径的编程方法。
工艺装备的 CAD 应该由了解工艺过程需要的工具制造者来完成，诸如 NC 编程员。在许多情况下，只有在编程过程中，才能清楚需要某种几何修正。
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高速铣削如何选择冷却方式www.tool-tool.com
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随着绿色制造技术在切削加工中的应用，在高速铣削加工中采用压缩空气冷却取代切削液冷却已成为一种不错的选择。但是，对于具体的高速铣削加工任务，选用何种冷却方式更为恰当，则应根据不同的加工目的和被加工材料仔细加以权衡，以获得最佳的加工效果。以下是选择冷却方式时需要考虑的四个主要工艺因素。
1 工件材料的硬度
如果工件材料的硬度≥42HRC，选择压缩空气冷却通常可获得更佳的效果。高速铣削高硬度材料的加工特点为：①切削温度很高；②切屑在冷作硬化作用下会变得比母体材料更硬。切削此类材料时，如果采用切削液冷却，可能会使刀具承受间歇性升温－冷却造成的热冲击，温度的剧烈变化容易引起硬质合金切削刃碎裂。反之，如果采用压缩空气冷却，不仅可使刀具温度保持恒定，而且可将切屑吹离切削区，避免因高硬度切屑的二次切削(re-cutting)作用对刀具造成损坏。
2 工件材料的种类
如果工件材料的硬度<42HRC，则应根据工件材料的种类确定选用何种冷却方式。在高速铣削粘性材料(如铝、软性不锈钢等)时，通常需要选用切削液冷却。切削液可对刀具起到润滑作用，且可使切屑易于向上滑出容屑槽并与刀具后角分离。而在高速铣削大多数模具钢(如P20，H13，S7， NAK55，D2等)时，压缩空气冷却可能是正确的选择。如果在加工中发现工件材料与刀具发生粘连现象，则可能提示需要采用切削液；但也可能提示需要选用不同的刀具涂层。
3 刀具涂层
氮碳化钛(TiCN)涂层和氮铝钛(TiAlN)涂层是高速铣削模具钢时最常用的两种刀具涂层。球头铣刀在低于245m/min(800sfm)的切削速度下铣削硬度小于42HRC的工件材料(或圆铣刀在低于600sfm的切削速度下铣削相同材料)时，刀具采用TiCN涂层较为合适。如果被加工材料的硬度或切削速度高于上述切削参数范围，则最好选用TiAlN涂层。
TiCN涂层对切削液冷却具有很好的适应性。虽然切削温度的剧烈变化仍有可能引起硬质合金切削刃碎裂，但在上述切削参数范围内进行加工，一般不会产生足以引起热冲击危险的切削高温。
反之，高温切削性能较好的TiAlN涂层不太适合切削液冷却。这种涂层在进行高温切削时，可在涂层外表面形成一层坚硬而光滑的氧化铝层，有助于提高刀具的切削性能。(事实上，美国Millstar公司开发的“Exalon”TiAlN涂层的高温切削性能更为先进，这种TiAlN涂层的外面又增加了一层固体润滑层，可使切屑更易于沿着刀具切削刃滑离。)
石墨电极工件的铣削加工对刀具涂层的要求一般不太严格，选用TiAlN涂层或金刚石涂层均可。虽然这两种涂层采用压缩空气冷却即可获得很好的切削效果，但许多加工车间仍然愿意使用切削液，这是因为切削液有助于清除加工中产生的粉尘。
4 表面光洁度要求
用球头铣刀进行高速铣削时，为了获得较高的工件表面光洁度，可能需要采用切削液冷却。由于球头铣刀端部的切削速度为零，采用切削液可起到很好的润滑作用。当用典型的球头铣刀进行微进给精铣加工时，位于铣刀端部低速切削区域的工件材料可能会卡在“横刃(web)”内。处于红热状态的残留材料被刀具拖曳着划过工件，并可能熔焊在工件表面，从而破坏工件的表面光洁度。(为解决这一问题，某些具有球形轮廓的机夹刀片式铣刀，如美国Millstar公司的“Super Finisher”刀片，可通过改进刀片的设计消除这种“横刃”。)切削液通过对刀具和工件的润滑作用，可以减小切屑熔焊现象的影响，获得较高的表面光洁度。基于这种考虑，即使在使用TiAlN涂层刀具的加工场合，也应采用切削液冷却方式。虽然刀具寿命可能因此而缩短，但有时为了达到表面光洁度要求，有必要牺牲部分刀具寿命。
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随着绿色制造技术在切削加工中的应用，在高速铣削加工中采用压缩空气冷却取代切削液冷却已成为一种不错的选择。但是，对于具体的高速铣削加工任务，选用何种冷却方式更为恰当，则应根据不同的加工目的和被加工材料仔细加以权衡，以获得最佳的加工效果。以下是选择冷却方式时需要考虑的四个主要工艺因素。
1 工件材料的硬度
如果工件材料的硬度≥42HRC，选择压缩空气冷却通常可获得更佳的效果。高速铣削高硬度材料的加工特点为：①切削温度很高；②切屑在冷作硬化作用下会变得比母体材料更硬。切削此类材料时，如果采用切削液冷却，可能会使刀具承受间歇性升温－冷却造成的热冲击，温度的剧烈变化容易引起硬质合金切削刃碎裂。反之，如果采用压缩空气冷却，不仅可使刀具温度保持恒定，而且可将切屑吹离切削区，避免因高硬度切屑的二次切削(re-cutting)作用对刀具造成损坏。
2 工件材料的种类
如果工件材料的硬度<42HRC，则应根据工件材料的种类确定选用何种冷却方式。在高速铣削粘性材料(如铝、软性不锈钢等)时，通常需要选用切削液冷却。切削液可对刀具起到润滑作用，且可使切屑易于向上滑出容屑槽并与刀具后角分离。而在高速铣削大多数模具钢(如P20，H13，S7， NAK55，D2等)时，压缩空气冷却可能是正确的选择。如果在加工中发现工件材料与刀具发生粘连现象，则可能提示需要采用切削液；但也可能提示需要选用不同的刀具涂层。
3 刀具涂层
氮碳化钛(TiCN)涂层和氮铝钛(TiAlN)涂层是高速铣削模具钢时最常用的两种刀具涂层。球头铣刀在低于245m/min(800sfm)的切削速度下铣削硬度小于42HRC的工件材料(或圆铣刀在低于600sfm的切削速度下铣削相同材料)时，刀具采用TiCN涂层较为合适。如果被加工材料的硬度或切削速度高于上述切削参数范围，则最好选用TiAlN涂层。
TiCN涂层对切削液冷却具有很好的适应性。虽然切削温度的剧烈变化仍有可能引起硬质合金切削刃碎裂，但在上述切削参数范围内进行加工，一般不会产生足以引起热冲击危险的切削高温。
反之，高温切削性能较好的TiAlN涂层不太适合切削液冷却。这种涂层在进行高温切削时，可在涂层外表面形成一层坚硬而光滑的氧化铝层，有助于提高刀具的切削性能。(事实上，美国Millstar公司开发的“Exalon”TiAlN涂层的高温切削性能更为先进，这种TiAlN涂层的外面又增加了一层固体润滑层，可使切屑更易于沿着刀具切削刃滑离。)
石墨电极工件的铣削加工对刀具涂层的要求一般不太严格，选用TiAlN涂层或金刚石涂层均可。虽然这两种涂层采用压缩空气冷却即可获得很好的切削效果，但许多加工车间仍然愿意使用切削液，这是因为切削液有助于清除加工中产生的粉尘。
4 表面光洁度要求
用球头铣刀进行高速铣削时，为了获得较高的工件表面光洁度，可能需要采用切削液冷却。由于球头铣刀端部的切削速度为零，采用切削液可起到很好的润滑作用。当用典型的球头铣刀进行微进给精铣加工时，位于铣刀端部低速切削区域的工件材料可能会卡在“横刃(web)”内。处于红热状态的残留材料被刀具拖曳着划过工件，并可能熔焊在工件表面，从而破坏工件的表面光洁度。(为解决这一问题，某些具有球形轮廓的机夹刀片式铣刀，如美国Millstar公司的“Super Finisher”刀片，可通过改进刀片的设计消除这种“横刃”。)切削液通过对刀具和工件的润滑作用，可以减小切屑熔焊现象的影响，获得较高的表面光洁度。基于这种考虑，即使在使用TiAlN涂层刀具的加工场合，也应采用切削液冷却方式。虽然刀具寿命可能因此而缩短，但有时为了达到表面光洁度要求，有必要牺牲部分刀具寿命。
BW碧威股份有限公司針對客戶端改善切削方式、提供專業切削CNC數控刀具專業能力、製造客戶需求如：Cutting tool、切削刀具、HSS Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、Carbide end mill、Aerospace cutting tool、Carbide drill、High speed steel、Milling cutter、Core drill、鎢鋼銑刀、航太刀具、鎢鋼鑽頭、高速剛、鉸刀、中心鑽頭、Taperd end mills、斜度銑刀、Metric end mills、公制銑刀、Miniature end mills、微小徑銑刀、鎢鋼切削刀具、Pilot reamer、領先鉸刀、Electronics cutter、電子用切削刀具、Step drill、階梯鑽頭、Metal cutting saw、金屬圓鋸片、Double margin drill、領先階梯鑽頭、Gun barrel、Angle milling cutter、角度銑刀、Carbide burrs、滾磨刀、Carbide tipped cutter、銲刃刀具、Chamfering tool、倒角銑刀、IC card engraving cutter、IC晶片卡刀、Side cutter、側銑刀、NAS tool、DIN tool、德國規範切削刀具、Special tool、特殊刀具、Metal slitting saws、Shell end mills、滾筒銑刀、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、交叉齒側銑刀、Long end mills、長刃銑刀、Stub roughing end mills、粗齒銑刀、Dovetail milling cutters、鳩尾刀具、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、鎢鋼圓鼻銑刀、Angeled carbide end mills、角度鎢鋼銑刀、Carbide torus cutters、短刃平銑刀、Carbide ball-noseed slot drills、鎢鋼球頭銑刀、Mould cutter、模具用刀具、BW微型渦流管槍、Tool manufacturer、刀具製造商等相關切削刀具、以服務客戶改善工廠加工條件、爭加競爭力。歡迎尋購～～～碧威股份有限公司www.tool-tool.com
MasterCAM铣削加工中进刀方式的设定www.tool-tool.com
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MasterCAM铣削加工中进刀方式的设定
在数控铣削中有很多不同于普通铣削的工艺性问题需要考虑，切削前的进刀方式就是其中之一。切削前的进刀方式有两种形式：一是垂直进刀方向，另一是水平进刀方向。对于数控加工来说，这两个方向的进刀都与普通铣削加工不同。下面就此讲述一下数控加工中进刀方式的设定方法。
一、垂直进刀方式的设定
在普通铣床上加工一个封闭的型腔零件时，垂直进刀方式有两种方式可供选择，一是在零件的实体上事先钻一个孔，然后采用多刃立铣刀来加工型腔轮廓，这是因为立铣刀的端部切削刃没有到铣刀中心，所以立铣刀没有较大切深的垂直进刀的能力。第二种方法是采用键槽铣刀直接在零件实体上进刀，因为键槽铣刀是两刃刀具，其端部刀刃通过铣刀中心，有垂直吃刀的能力，但由于键槽铣刀只有两刃切削，加工时的平稳性较差，因此在大面积切削中的效率及被加工零件的表面粗糙度都不太理想，一般都会先采用键槽铣刀（或钻头）垂直进刀后，换多刃立铣刀加工型腔。由此可见，普通铣削垂直进刀一般都会分成两个工序。而对数控铣削来说，如何解决立铣刀无垂直吃刀能力的问题呢？对此数控机床设计了三种垂直进刀的方式：一是直接垂直向下进刀（见图1）；二是斜线轨迹进刀方式（见图2）；三是螺旋式轨迹进刀方式（见图3）。（注：图中的刀具都处在加工后的退刀位置）
从图1可以看出，直接垂直进刀方式只能用于具有垂直吃刀能力的键槽铣刀，而图2、图3所示的两种进刀轨迹，都是靠铣刀的侧刃逐渐向下铣削而实现向下进刀的，所以后两种进刀方式能用于端部切削能力较弱的立铣刀的向下进给。
在MasterCAM 系统中怎样来设置上述的三种进刀方式呢？首先用MasterCAM的CAD功能设计型腔轮廓，然后在主功能菜单中选取ToolpathS刀具路径指令，进行刀具路径设置。按照下面的顺序操作可得到图4的对话框：
Toolpaths→Pocket→选择型腔轮廓→Done→保存T.NCI→Done→Pocket对话框（图4所示）。在Pocket对话框中的 “刀具参数”选项的空白处点击右键，在刀具库中选择一种合适的铣刀。然后再选取“粗加工/精加工参数”项： Roughing/finishing parameter。在对话框的右边有一个“下刀方式”（Rough Entry...）按钮，按钮前有一个方形复选框。此按钮平常处在暗显示状态，这种状态下，刀具的下刀方式是图1 所示的垂直进刀方式。如要采用螺旋或斜线下刀方式，则点击复选框，下刀方式按钮 “Rough Entry...”呈明显示状态，这时点击按钮，出现“下刀方式”设置对话框（见图5）。对话框中有两个选项：Helix（螺旋方式）与 Ramp（斜线方式）。可任选其中一种下刀方式。下面介绍一下对话框中主要参数的设置。
1、 Helix螺旋下刀方式参数设置要点
在图5对话框中可见，左边有五项要设置数值的参数项，另外有五项只要选取复选框的参数项。其主要设置要点如下：
(1). Mininum radius（最小螺旋半径）：由操作者设定。
(2). Maxinum radius（最大螺旋半径）：由操作者根据型腔空间大小及铣削深度确定，一般是螺旋半径愈大，进刀的切削路程就越长。
(3). Z clearance（Z向高度）：开始以螺旋方式运行时刀具离工件表面的Z向高度（以工件表面作为Z向零点）。
(4). XY clearance（XY向距离）：螺旋槽的边缘距型腔边界X向和Y向的距离。
(5). Plunge angle（进刀角度）：即为螺旋线的升角，此值选取得太小，螺旋圈数增多，切削路程加长；升角太大，又会产生不好的端刃切削的情况，一般选5—20度之间；
(6). Direction（铣削方向）：CW为顺铣，CCW为逆铣，按加工情况选取一种。
(7). Follow boundary（沿边界铣削）：此栏内有两项复选框，此含义是当螺旋方式下刀不成功时，自行设定刀具沿边界移动。
(8). If all entry attempts fail (假如执行螺旋下刀失败时)：此栏的设定是按螺旋下刀方式的所有尝试都有失败后，程序转为垂直下刀（Plunge）或是中止程序（Skip）。
(9). Output arc move tolerance（圆弧运动误差值）：选中此复选框，刀具以螺旋圆弧运动，没有选取此项，刀具以直线方式一段一段地运动，框中的数值是直线的长度。
(10). Center on entry point（中心临近下刀点）：
2、 Ramp斜线下刀方式参数设置要点
在图5 中选取斜线下刀方式，则出现图6的参数设置对话框。
(1). Mininum Longth（最小斜线长度）：由操作者设定。
(2). Maxinum Longth（最大斜线长度）：由操作者根据型腔空间大小及铣削深度确定，一般是斜线愈长，进刀的切削路程就越长。
(3). Z clearance（Z向高度）：开始以斜线方式运行时刀具离工件表面的Z向高度（以工件表面作为Z向零点）。
(4). XY clearance（XY向距离）：斜线槽距型腔边界X向和Y向的距离。
(5). Plunge zig angle（进刀角度）：即为切入工件时与工件表面的夹角，此值选取得太小，斜线数增多，切削路程加长；角度太大，又会产生不好的端刃切削的情况，一般选5—20度之间。
(6). Plunge zag angle（退刀角度）：即为向相反方向进刀时的角度。此值选取得太小，斜线数增多，切削路程加长；角度太大，也会产生不好的端刃切削的情况，一般选5—20度之间。进刀角度与退刀角度可以选得相同，也可以不相同。
(7). Auto angle XY angle选项是由系统自动决定进刀轨迹槽的中心线与XY轴之间的角度。
(8). Ramp from entry point选项将使刀具从进刀点垂直进刀，即不能形成斜线进刀的效果，需要Ramp方式进刀时不能选用。
二、水平方向进刀方式的设置
为了改善铣刀开始接触工件和离开工件表面时的状况，一般的数控系统都设置了刀具接近工件和离开工件表面时的特殊运行轨迹，以避免刀具直接与工件表面相撞和保护已加工表面。比较典型的方式是，以被加工表面相切的圆弧方式接触和退出工件表面。如图7所示。图中的切入轨迹是由一段切线和一个900的圆弧与被加工表面相切，退出时也是以一个圆弧离开工件，再走一段径向直线。
在MasterCAM中怎样来设置水平进刀方式呢？首先用 MasterCAM的CAD功能设计外型轮廓（一般水平进刀方式是应用到外轮廓铣削中，或者型腔粗铣后的内壁精铣中使用），然后在主功能菜单中选取 ToolpathS刀具路径指令，进行刀具路径设置。按照下面的顺序操作可得到图8的对话框：Toolpaths→Contour→选择轮廓→Done→ 保存T.NCI→Done→Contour对话框→选取Contour parameter项可进入轮廓参数设置对话框。在对话框的右下角有一个“导入导出”（Lead in/out）按钮，按钮前有一个方形复选框。此按钮平常处在暗显示状态，点击复选框，进刀方式“导入导出”（Lead in/out）按钮呈明显示状态，这时点击按钮，出现“导入导出”设置对话框（见图8）。对话框中左边是切入轨迹参数，右边是切出轨迹参数。通过中间的箭头按钮可把设置的切入参数复制到切出栏内。下面以切入为例来介绍参数的设置。切入栏中又分为“直线”（Line）与“圆弧”（arc）上下两栏，直线栏中有“垂直” (Perpendicule)与“相切”(Tangent)两个选项，还有直线长度的设置。选取“相切”项的即得图7中的切入轨迹，选取“垂直”项就是退刀时的轨迹。在“圆弧”栏中有圆弧半径值与圆弧所对圆心角的值两项设置，这两项参数决定圆弧轨迹的大小。由直线参数与圆弧参数的不同搭配，可得出很多种切入切出轨迹。
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MasterCAM铣削加工中进刀方式的设定
在数控铣削中有很多不同于普通铣削的工艺性问题需要考虑，切削前的进刀方式就是其中之一。切削前的进刀方式有两种形式：一是垂直进刀方向，另一是水平进刀方向。对于数控加工来说，这两个方向的进刀都与普通铣削加工不同。下面就此讲述一下数控加工中进刀方式的设定方法。
一、垂直进刀方式的设定
在普通铣床上加工一个封闭的型腔零件时，垂直进刀方式有两种方式可供选择，一是在零件的实体上事先钻一个孔，然后采用多刃立铣刀来加工型腔轮廓，这是因为立铣刀的端部切削刃没有到铣刀中心，所以立铣刀没有较大切深的垂直进刀的能力。第二种方法是采用键槽铣刀直接在零件实体上进刀，因为键槽铣刀是两刃刀具，其端部刀刃通过铣刀中心，有垂直吃刀的能力，但由于键槽铣刀只有两刃切削，加工时的平稳性较差，因此在大面积切削中的效率及被加工零件的表面粗糙度都不太理想，一般都会先采用键槽铣刀（或钻头）垂直进刀后，换多刃立铣刀加工型腔。由此可见，普通铣削垂直进刀一般都会分成两个工序。而对数控铣削来说，如何解决立铣刀无垂直吃刀能力的问题呢？对此数控机床设计了三种垂直进刀的方式：一是直接垂直向下进刀（见图1）；二是斜线轨迹进刀方式（见图2）；三是螺旋式轨迹进刀方式（见图3）。（注：图中的刀具都处在加工后的退刀位置）
从图1可以看出，直接垂直进刀方式只能用于具有垂直吃刀能力的键槽铣刀，而图2、图3所示的两种进刀轨迹，都是靠铣刀的侧刃逐渐向下铣削而实现向下进刀的，所以后两种进刀方式能用于端部切削能力较弱的立铣刀的向下进给。
在MasterCAM 系统中怎样来设置上述的三种进刀方式呢？首先用MasterCAM的CAD功能设计型腔轮廓，然后在主功能菜单中选取ToolpathS刀具路径指令，进行刀具路径设置。按照下面的顺序操作可得到图4的对话框：
Toolpaths→Pocket→选择型腔轮廓→Done→保存T.NCI→Done→Pocket对话框（图4所示）。在Pocket对话框中的 “刀具参数”选项的空白处点击右键，在刀具库中选择一种合适的铣刀。然后再选取“粗加工/精加工参数”项： Roughing/finishing parameter。在对话框的右边有一个“下刀方式”（Rough Entry...）按钮，按钮前有一个方形复选框。此按钮平常处在暗显示状态，这种状态下，刀具的下刀方式是图1 所示的垂直进刀方式。如要采用螺旋或斜线下刀方式，则点击复选框，下刀方式按钮 “Rough Entry...”呈明显示状态，这时点击按钮，出现“下刀方式”设置对话框（见图5）。对话框中有两个选项：Helix（螺旋方式）与 Ramp（斜线方式）。可任选其中一种下刀方式。下面介绍一下对话框中主要参数的设置。
1、 Helix螺旋下刀方式参数设置要点
在图5对话框中可见，左边有五项要设置数值的参数项，另外有五项只要选取复选框的参数项。其主要设置要点如下：
(1). Mininum radius（最小螺旋半径）：由操作者设定。
(2). Maxinum radius（最大螺旋半径）：由操作者根据型腔空间大小及铣削深度确定，一般是螺旋半径愈大，进刀的切削路程就越长。
(3). Z clearance（Z向高度）：开始以螺旋方式运行时刀具离工件表面的Z向高度（以工件表面作为Z向零点）。
(4). XY clearance（XY向距离）：螺旋槽的边缘距型腔边界X向和Y向的距离。
(5). Plunge angle（进刀角度）：即为螺旋线的升角，此值选取得太小，螺旋圈数增多，切削路程加长；升角太大，又会产生不好的端刃切削的情况，一般选5—20度之间；
(6). Direction（铣削方向）：CW为顺铣，CCW为逆铣，按加工情况选取一种。
(7). Follow boundary（沿边界铣削）：此栏内有两项复选框，此含义是当螺旋方式下刀不成功时，自行设定刀具沿边界移动。
(8). If all entry attempts fail (假如执行螺旋下刀失败时)：此栏的设定是按螺旋下刀方式的所有尝试都有失败后，程序转为垂直下刀（Plunge）或是中止程序（Skip）。
(9). Output arc move tolerance（圆弧运动误差值）：选中此复选框，刀具以螺旋圆弧运动，没有选取此项，刀具以直线方式一段一段地运动，框中的数值是直线的长度。
(10). Center on entry point（中心临近下刀点）：
2、 Ramp斜线下刀方式参数设置要点
在图5 中选取斜线下刀方式，则出现图6的参数设置对话框。
(1). Mininum Longth（最小斜线长度）：由操作者设定。
(2). Maxinum Longth（最大斜线长度）：由操作者根据型腔空间大小及铣削深度确定，一般是斜线愈长，进刀的切削路程就越长。
(3). Z clearance（Z向高度）：开始以斜线方式运行时刀具离工件表面的Z向高度（以工件表面作为Z向零点）。
(4). XY clearance（XY向距离）：斜线槽距型腔边界X向和Y向的距离。
(5). Plunge zig angle（进刀角度）：即为切入工件时与工件表面的夹角，此值选取得太小，斜线数增多，切削路程加长；角度太大，又会产生不好的端刃切削的情况，一般选5—20度之间。
(6). Plunge zag angle（退刀角度）：即为向相反方向进刀时的角度。此值选取得太小，斜线数增多，切削路程加长；角度太大，也会产生不好的端刃切削的情况，一般选5—20度之间。进刀角度与退刀角度可以选得相同，也可以不相同。
(7). Auto angle XY angle选项是由系统自动决定进刀轨迹槽的中心线与XY轴之间的角度。
(8). Ramp from entry point选项将使刀具从进刀点垂直进刀，即不能形成斜线进刀的效果，需要Ramp方式进刀时不能选用。
二、水平方向进刀方式的设置
为了改善铣刀开始接触工件和离开工件表面时的状况，一般的数控系统都设置了刀具接近工件和离开工件表面时的特殊运行轨迹，以避免刀具直接与工件表面相撞和保护已加工表面。比较典型的方式是，以被加工表面相切的圆弧方式接触和退出工件表面。如图7所示。图中的切入轨迹是由一段切线和一个900的圆弧与被加工表面相切，退出时也是以一个圆弧离开工件，再走一段径向直线。
在MasterCAM中怎样来设置水平进刀方式呢？首先用 MasterCAM的CAD功能设计外型轮廓（一般水平进刀方式是应用到外轮廓铣削中，或者型腔粗铣后的内壁精铣中使用），然后在主功能菜单中选取 ToolpathS刀具路径指令，进行刀具路径设置。按照下面的顺序操作可得到图8的对话框：Toolpaths→Contour→选择轮廓→Done→ 保存T.NCI→Done→Contour对话框→选取Contour parameter项可进入轮廓参数设置对话框。在对话框的右下角有一个“导入导出”（Lead in/out）按钮，按钮前有一个方形复选框。此按钮平常处在暗显示状态，点击复选框，进刀方式“导入导出”（Lead in/out）按钮呈明显示状态，这时点击按钮，出现“导入导出”设置对话框（见图8）。对话框中左边是切入轨迹参数，右边是切出轨迹参数。通过中间的箭头按钮可把设置的切入参数复制到切出栏内。下面以切入为例来介绍参数的设置。切入栏中又分为“直线”（Line）与“圆弧”（arc）上下两栏，直线栏中有“垂直” (Perpendicule)与“相切”(Tangent)两个选项，还有直线长度的设置。选取“相切”项的即得图7中的切入轨迹，选取“垂直”项就是退刀时的轨迹。在“圆弧”栏中有圆弧半径值与圆弧所对圆心角的值两项设置，这两项参数决定圆弧轨迹的大小。由直线参数与圆弧参数的不同搭配，可得出很多种切入切出轨迹。
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铣削加工优质伞齿轮的关键探讨www.tool-tool.com
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1 问题的提出
合格的伞齿轮，应齿形正确(渐开线形状、齿向正确及齿形位于工件中心对称位置)，周节均匀，大、小端齿厚合格、粗糙度好。所以，除了渐开线形状是由铣刀保证，周节均匀由分度头精度及正确分度得到外，铣好伞齿轮的关键。在实际生产中主要在于如何正确铣去大端余量及对好中心。
2 正确铣削大端余量问题
正确铣削大端余量问题原则的实质，是一个偏移量大小及对称性问题。而偏移量大小虽可按多种公式计算，但由于各种因素的影响，如果用算出的数值直接来调整机床，则铣出的轮齿常不合要求，所以计算所得数值只能仅作为参考。
1. 偏移量的对称性
要使齿形处于正确位置，必须是铣齿两侧时所移动均偏移量大小及分度头所借孔数相等。摇动横向手柄时，手势要均匀，其移动大小也可用百分表控制。
铣削过程中也可能出现这样情况：齿厚尺寸还肥，但再借一孔则齿厚必瘦。因此单纯从一边横向移动使齿厚减薄，是不恰当的。解决的办法是，应使铣两边时分度手柄所借孔数不等，但必须使两边所摇偏移量保持相同。因铣两边时若相差一孔，则对齿形的对称性影响甚微。
2. 借孔数与偏移量的关系
若大端要铣去的佘量较多而小端较少时，则应多借孔数少摇偏移量，因每借一孔大端所转过的弧长比小端大得多，若大端要少铣去些而小端要略多一些时，则少借孔数及少摇偏移量，若大、小端所要铣去的余量均较多时，则应少借孔数多摇偏移量。具体调整时，要按伞齿轮上B与L的不同比例关系分别对待。对此，分3种情况来进行具体讨论：
1. 若这时大端尚有余量，而刀痕与第一刀铣出齿面已基本接平，说明可少借或不借孔，而横向还要移动一定距离。
2. 若大端已基本铣到尺寸，而齿面中途刀痕估计延伸到小端附近又可接平，则可手动进刀，让铣刀铣到小端附近(不到小端)再退出，观察这时刀痕在哪个位置接平，如果在停刀位置与齿面接平，则可不借孔而作横向移动，其值等于大端尚需切去余量。
3. 若大端还有较多余量，而中途刀痕却已基本接平，则可多借孔数而横向仅作少量移动；若大端还有较多余量，中途的刀痕距接平又相差较远，则要多摇横向，并适当选定借孔数。
3. 结论
一般要铣两刀以上才能借好一个齿面。而在铣最后一刀时，为了防止小端刀痕未接平，而铣刀另一面却己碰到邻齿小端，这时操作者应站在纵向，边摇边从小端观察铣刀两侧离齿槽两边间隙大小，使铣刀逐步铣出小端。
这样铣出的齿，如大小端齿形尺寸达到要求，则大小端齿顶棱边宽度以及无折线齿面等要求，一般也就同时达到，因为这几方面是互相影响和直接相关的。
1
图1 小椭圆法对刀
3 正确铣削的中心正问题
对中心是使铣刀两侧渐开线的对称线(以下称厚室中心)通过工件中心，一般称之为对刀。中心不对准，会使齿形向一边歪斜。
对刀的方法较多，一般采用划线法及小椭圆法。前者己常应用，这里主要讨论后者：
在卧铣上加工伞齿轮时，应用小椭圆法对刀的操作过程如下：
先使铣刀停留在齿面靠外径处，然后开车并上升工作台，使铣刀微微切着工件表面，再使工作台在横向慢慢来回移动，铣刀就在工件表面切出个小椭圆形(如图1) ，切深越浅，小椭圆形越小：而横向移动越慢(或车速越快)，则小椭圆成形越完整。
由于小椭圆中心就是工件中心，所以使铣刀厚度中心位于小椭圆中心，则中心已对准。为达此目的，先使铣刀中心大致位于小椭圆中心，然后开车并上升工作台，这样就在这个小椭圆中心附近切了一刀，即把小椭圆切成了两个半边，若这时如图1中那样所剩两边尺寸a相等，则中心已对好。这时，横向刻度就是工件中心与铣刀厚度中心相重合的基准。若小椭圆两边残形尺寸a不等则再调整横向并切深一点，直至目测不能发现两边a有差别为止。a 越小，则辨别越容易，一般使a在O.5mm以下为宜，这样，两边即使相差0.05mm～0.1mm 也相当容易辨别。采用小椭圆法对刀，精确度高、操作方便，又容易掌握，是一种理想的对刀法。
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2 正确铣削大端余量问题
正确铣削大端余量问题原则的实质，是一个偏移量大小及对称性问题。而偏移量大小虽可按多种公式计算，但由于各种因素的影响，如果用算出的数值直接来调整机床，则铣出的轮齿常不合要求，所以计算所得数值只能仅作为参考。
1. 偏移量的对称性
要使齿形处于正确位置，必须是铣齿两侧时所移动均偏移量大小及分度头所借孔数相等。摇动横向手柄时，手势要均匀，其移动大小也可用百分表控制。
铣削过程中也可能出现这样情况：齿厚尺寸还肥，但再借一孔则齿厚必瘦。因此单纯从一边横向移动使齿厚减薄，是不恰当的。解决的办法是，应使铣两边时分度手柄所借孔数不等，但必须使两边所摇偏移量保持相同。因铣两边时若相差一孔，则对齿形的对称性影响甚微。
2. 借孔数与偏移量的关系
若大端要铣去的佘量较多而小端较少时，则应多借孔数少摇偏移量，因每借一孔大端所转过的弧长比小端大得多，若大端要少铣去些而小端要略多一些时，则少借孔数及少摇偏移量，若大、小端所要铣去的余量均较多时，则应少借孔数多摇偏移量。具体调整时，要按伞齿轮上B与L的不同比例关系分别对待。对此，分3种情况来进行具体讨论：
1. 若这时大端尚有余量，而刀痕与第一刀铣出齿面已基本接平，说明可少借或不借孔，而横向还要移动一定距离。
2. 若大端已基本铣到尺寸，而齿面中途刀痕估计延伸到小端附近又可接平，则可手动进刀，让铣刀铣到小端附近(不到小端)再退出，观察这时刀痕在哪个位置接平，如果在停刀位置与齿面接平，则可不借孔而作横向移动，其值等于大端尚需切去余量。
3. 若大端还有较多余量，而中途刀痕却已基本接平，则可多借孔数而横向仅作少量移动；若大端还有较多余量，中途的刀痕距接平又相差较远，则要多摇横向，并适当选定借孔数。
3. 结论
一般要铣两刀以上才能借好一个齿面。而在铣最后一刀时，为了防止小端刀痕未接平，而铣刀另一面却己碰到邻齿小端，这时操作者应站在纵向，边摇边从小端观察铣刀两侧离齿槽两边间隙大小，使铣刀逐步铣出小端。
这样铣出的齿，如大小端齿形尺寸达到要求，则大小端齿顶棱边宽度以及无折线齿面等要求，一般也就同时达到，因为这几方面是互相影响和直接相关的。
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图1 小椭圆法对刀
3 正确铣削的中心正问题
对中心是使铣刀两侧渐开线的对称线(以下称厚室中心)通过工件中心，一般称之为对刀。中心不对准，会使齿形向一边歪斜。
对刀的方法较多，一般采用划线法及小椭圆法。前者己常应用，这里主要讨论后者：
在卧铣上加工伞齿轮时，应用小椭圆法对刀的操作过程如下：
先使铣刀停留在齿面靠外径处，然后开车并上升工作台，使铣刀微微切着工件表面，再使工作台在横向慢慢来回移动，铣刀就在工件表面切出个小椭圆形(如图1) ，切深越浅，小椭圆形越小：而横向移动越慢(或车速越快)，则小椭圆成形越完整。
由于小椭圆中心就是工件中心，所以使铣刀厚度中心位于小椭圆中心，则中心已对准。为达此目的，先使铣刀中心大致位于小椭圆中心，然后开车并上升工作台，这样就在这个小椭圆中心附近切了一刀，即把小椭圆切成了两个半边，若这时如图1中那样所剩两边尺寸a相等，则中心已对好。这时，横向刻度就是工件中心与铣刀厚度中心相重合的基准。若小椭圆两边残形尺寸a不等则再调整横向并切深一点，直至目测不能发现两边a有差别为止。a 越小，则辨别越容易，一般使a在O.5mm以下为宜，这样，两边即使相差0.05mm～0.1mm 也相当容易辨别。采用小椭圆法对刀，精确度高、操作方便，又容易掌握，是一种理想的对刀法。
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铣削加工中心刀具半径补偿的应用www.tool-tool.com
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前言
1. 刀具半径补偿的基本概念
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图1 加工中的刀具半径补偿
在轮廓加工过程中，由于刀具总有一定的半径(如铣刀半径或线切割机的钼丝半径等)，刀具中心的运动轨迹与所需加工零件的实际轮廓并不重合。如在图1中，粗实线为所需加工的零件轮廓，点划线为刀具中心轨迹。由图可见在进行内轮廓加工时，刀具中心偏离零件的内轮廓表面一个刀具半径值。在进行外轮廓加工时，刀具中心又偏离零件的外轮廓表面一个刀具半径值。这种偏移，称为刀具半径补偿。
2. 采用刀具半径补偿的作用和意义
数控机床一般都具备刀具半径补偿的功能。在加工中，使用数控系统的刀具半径补偿功能，就能避开数控编程过程中的繁琐计算，而只需计算出刀具中心轨迹的起始点坐标值就可。同时，利用刀具半径补偿功能，还可以实现同一程序的粗、精加工以及同一程序的阴阳模具加工等功能。
3. 刀具半径补偿指令的使用方式
根据ISO 标准规定，当刀具中心轨迹在编程轨迹前进方向的左边时，称为左刀补，用G41表示；刀具中心轨迹在编程轨迹前进方向的右边时，称为右刀补，用G42表示；注销刀具半径补偿时用G40表示。
2 刀具半径补偿过程
1. 刀具半径补偿建立：当输入BS缓冲器的程序段包含有G41/G42命令时，系统认为此时已进入刀补建立状态。当以下条件成立时，加工中心以移动坐标轴的形式开始补偿动作。
1. 有G41或G42被指定；
2. 在补偿平面内有轴的移动；
3. 指定了一个补偿号或已经指定一个补偿号但不能是D00；
4. 偏置(补偿)平面被指定或已经被指定；
5. G00或G01模式有效。
2. 补偿模式：在刀具补偿进行期间，刀具中心轨迹始终偏离编程轨迹一个刀具半径值的距离。此时半径补偿在G00、G01、G02、G03情况下均有效。
3. 取消补偿：使用G40指令消去程序段偏置值，使刀具撤离工件，回到起始位置，从而使刀具中心与偏程轨迹重合。当以下两种情况之一发生时加工中心补偿模式被取消。①给出G40同时要有补偿平面内坐标轴移动。②刀具补偿号为D00。
3 刀具半径补偿在加工中心中的应用
有了刀具半径自动补偿功能，除可免去刀心轨迹的人工计算外，还可利用同一加工程序去完成粗、精加工及阴阳模具加工等。
1
图2 G18指令的使用
1. 不同平面内的半径补偿
刀具半径补偿用G17、G18、G19命令在被选择的工作平面内进行补偿。即当G18命令执行后，刀具半径补偿仅影响X、Z移动，而对Y轴没有作用。
铣削如图2所示圆柱面，使用刀具是半径为10mm的球形立铣刀。编程控制点有两个，即刀尖、球心，这里使用球心。O0001
N1 G9054G18G00X60.0Y0S1000M03;
N2 Z0;
N3 G91G01 G41X-20.0D01 F100;
N4 G02X-80.0I40.0;
N5 G40GG0lX20.0;
┇
┇
N22vG90G00Z100.0;
N23vX0 Y0M05;
N24 M30;
2. 实现同一程序的粗、精加工：刀具半径补偿除方便编程外，还可改变补偿大小的方法以用实现同一程序的粗精加工。
粗加工刀具补偿量＝刀具半径+精加工余量，精加工刀具补偿量＝刀具半径+修正量
3. 实现同一程序的阴阳模具加工
1
图3 内、外两种型面的加工
在加工同一公称尺寸的内、外两种型面时，可分别调用G41、G42指令，利用同一程序(G41G42互换)完成内、外两种型面的加工。如图3。
4 使用刀具半径补偿时常见的问题
1. 半径补偿时的过切问题
1. 无被选择的工作平面内的移动指令：当刀具半径补偿指令发出时，第一段程序先被读入BS，在BS中算得的第一段编程轨迹被送到CS暂存后，又将第二段程序读入 BS，算出第二段的编程轨迹。接着对第一和第二两段的编程轨迹的连接方式进行判别。根据判别结果，再对CS中的第一段编程轨迹作相应的修正。修正结束后，顺序地将修正后的第一段编程轨迹由CS 送AS第二段编程轨迹由BS送入CS。随后，由CPU将AS中的内容送到OS进行插补运算，运算结果送伺服装置予以执行。如接下的两个程序段在被选择的工作平面内无移动指令，机床无法判断刀具半径补偿的方向，此时机床不发出报警信号，补偿继续进行，只是补偿的起始点发生变化，从而导致工件发生过切现象。例，如图4。
1
图4 半径补偿中的过切现象
O0002
N1 G90G54G17 G00X0Y0S2000M03
N2 Z100.0
N3 G41 X40.0Y10.0D01
N4 Z2.0 } 连续两句Z 轴移动
N5 G01Z-10.0F100 而没有XY 轴移动
N6Y100.0
N7X100.0
N8Y40.0
N9X20.0
N10G00Z100.0
N11G40X0Y0M05
N12M30
2. 刀具补偿值大于被加工部分内圆弧半径：当零件上的圆弧半径小于刀具半径补偿值时，向圆弧、圆心方向的半径补偿将会导致过切，这时程序运行到该程序段时，机床将发出报警并停止在将要过切程序段的起始点上，如图5所示。
1
图5 不停机导致过切
1
图6 不停机导致过切
3. 被铣削部分的槽底宽小于刀具直径：当刀具半径补偿使刀具中心向编程路径反方向运动，将会导致过切。此时机床将会报警并停留在该程序段的起始点，如图6 所示。
2. G40 执行前改变补偿号
刀具半径补偿号要在刀具补偿取消后才能改变，如果在G40下变换补偿号，当前程序段的目的点的补偿量将按照新的给定值，而当前程序段开始点补偿量则不变，从而可能导致欠切削或过切。
3. 在G02、G03模式下取消刀具补偿
刀具补偿必须在G00、G01模式下取消在G02、G03模式下取消刀具补偿时，系统将发出报警。
4. M96模式与M97模式
在圆角过渡模式M96下，用G41或G42进行刀具半径补偿时，如果相邻程序轨迹交角为180°或更大，刀具将以圆弧插补方式绕着交点回转。相反在交角过渡模式M97下，刀具中心将运动至二相邻刀心轨迹的点而不是进行圆弧插补。当加工零件上的阶台高度比刀具半径小时，用M96模式将会引起过切，如用M97模式则可以顺利通过，如图7 所示。
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图7
5 结论
当数控机床具有刀具半径补偿功能时会极大方便计算和编程，但在使用此项功能时应注意机床的硬件条件以及工件轮廓几何要素的过渡处的处理，以避免产生欠切削和过切等问题，提高工件的加工精度。
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前言
1. 刀具半径补偿的基本概念
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图1 加工中的刀具半径补偿
在轮廓加工过程中，由于刀具总有一定的半径(如铣刀半径或线切割机的钼丝半径等)，刀具中心的运动轨迹与所需加工零件的实际轮廓并不重合。如在图1中，粗实线为所需加工的零件轮廓，点划线为刀具中心轨迹。由图可见在进行内轮廓加工时，刀具中心偏离零件的内轮廓表面一个刀具半径值。在进行外轮廓加工时，刀具中心又偏离零件的外轮廓表面一个刀具半径值。这种偏移，称为刀具半径补偿。
2. 采用刀具半径补偿的作用和意义
数控机床一般都具备刀具半径补偿的功能。在加工中，使用数控系统的刀具半径补偿功能，就能避开数控编程过程中的繁琐计算，而只需计算出刀具中心轨迹的起始点坐标值就可。同时，利用刀具半径补偿功能，还可以实现同一程序的粗、精加工以及同一程序的阴阳模具加工等功能。
3. 刀具半径补偿指令的使用方式
根据ISO 标准规定，当刀具中心轨迹在编程轨迹前进方向的左边时，称为左刀补，用G41表示；刀具中心轨迹在编程轨迹前进方向的右边时，称为右刀补，用G42表示；注销刀具半径补偿时用G40表示。
2 刀具半径补偿过程
1. 刀具半径补偿建立：当输入BS缓冲器的程序段包含有G41/G42命令时，系统认为此时已进入刀补建立状态。当以下条件成立时，加工中心以移动坐标轴的形式开始补偿动作。
1. 有G41或G42被指定；
2. 在补偿平面内有轴的移动；
3. 指定了一个补偿号或已经指定一个补偿号但不能是D00；
4. 偏置(补偿)平面被指定或已经被指定；
5. G00或G01模式有效。
2. 补偿模式：在刀具补偿进行期间，刀具中心轨迹始终偏离编程轨迹一个刀具半径值的距离。此时半径补偿在G00、G01、G02、G03情况下均有效。
3. 取消补偿：使用G40指令消去程序段偏置值，使刀具撤离工件，回到起始位置，从而使刀具中心与偏程轨迹重合。当以下两种情况之一发生时加工中心补偿模式被取消。①给出G40同时要有补偿平面内坐标轴移动。②刀具补偿号为D00。
3 刀具半径补偿在加工中心中的应用
有了刀具半径自动补偿功能，除可免去刀心轨迹的人工计算外，还可利用同一加工程序去完成粗、精加工及阴阳模具加工等。
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图2 G18指令的使用
1. 不同平面内的半径补偿
刀具半径补偿用G17、G18、G19命令在被选择的工作平面内进行补偿。即当G18命令执行后，刀具半径补偿仅影响X、Z移动，而对Y轴没有作用。
铣削如图2所示圆柱面，使用刀具是半径为10mm的球形立铣刀。编程控制点有两个，即刀尖、球心，这里使用球心。O0001
N1 G9054G18G00X60.0Y0S1000M03;
N2 Z0;
N3 G91G01 G41X-20.0D01 F100;
N4 G02X-80.0I40.0;
N5 G40GG0lX20.0;
┇
┇
N22vG90G00Z100.0;
N23vX0 Y0M05;
N24 M30;
2. 实现同一程序的粗、精加工：刀具半径补偿除方便编程外，还可改变补偿大小的方法以用实现同一程序的粗精加工。
粗加工刀具补偿量＝刀具半径+精加工余量，精加工刀具补偿量＝刀具半径+修正量
3. 实现同一程序的阴阳模具加工
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图3 内、外两种型面的加工
在加工同一公称尺寸的内、外两种型面时，可分别调用G41、G42指令，利用同一程序(G41G42互换)完成内、外两种型面的加工。如图3。
4 使用刀具半径补偿时常见的问题
1. 半径补偿时的过切问题
1. 无被选择的工作平面内的移动指令：当刀具半径补偿指令发出时，第一段程序先被读入BS，在BS中算得的第一段编程轨迹被送到CS暂存后，又将第二段程序读入 BS，算出第二段的编程轨迹。接着对第一和第二两段的编程轨迹的连接方式进行判别。根据判别结果，再对CS中的第一段编程轨迹作相应的修正。修正结束后，顺序地将修正后的第一段编程轨迹由CS 送AS第二段编程轨迹由BS送入CS。随后，由CPU将AS中的内容送到OS进行插补运算，运算结果送伺服装置予以执行。如接下的两个程序段在被选择的工作平面内无移动指令，机床无法判断刀具半径补偿的方向，此时机床不发出报警信号，补偿继续进行，只是补偿的起始点发生变化，从而导致工件发生过切现象。例，如图4。
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图4 半径补偿中的过切现象
O0002
N1 G90G54G17 G00X0Y0S2000M03
N2 Z100.0
N3 G41 X40.0Y10.0D01
N4 Z2.0 } 连续两句Z 轴移动
N5 G01Z-10.0F100 而没有XY 轴移动
N6Y100.0
N7X100.0
N8Y40.0
N9X20.0
N10G00Z100.0
N11G40X0Y0M05
N12M30
2. 刀具补偿值大于被加工部分内圆弧半径：当零件上的圆弧半径小于刀具半径补偿值时，向圆弧、圆心方向的半径补偿将会导致过切，这时程序运行到该程序段时，机床将发出报警并停止在将要过切程序段的起始点上，如图5所示。
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图5 不停机导致过切
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图6 不停机导致过切
3. 被铣削部分的槽底宽小于刀具直径：当刀具半径补偿使刀具中心向编程路径反方向运动，将会导致过切。此时机床将会报警并停留在该程序段的起始点，如图6 所示。
2. G40 执行前改变补偿号
刀具半径补偿号要在刀具补偿取消后才能改变，如果在G40下变换补偿号，当前程序段的目的点的补偿量将按照新的给定值，而当前程序段开始点补偿量则不变，从而可能导致欠切削或过切。
3. 在G02、G03模式下取消刀具补偿
刀具补偿必须在G00、G01模式下取消在G02、G03模式下取消刀具补偿时，系统将发出报警。
4. M96模式与M97模式
在圆角过渡模式M96下，用G41或G42进行刀具半径补偿时，如果相邻程序轨迹交角为180°或更大，刀具将以圆弧插补方式绕着交点回转。相反在交角过渡模式M97下，刀具中心将运动至二相邻刀心轨迹的点而不是进行圆弧插补。当加工零件上的阶台高度比刀具半径小时，用M96模式将会引起过切，如用M97模式则可以顺利通过，如图7 所示。
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图7
5 结论
当数控机床具有刀具半径补偿功能时会极大方便计算和编程，但在使用此项功能时应注意机床的硬件条件以及工件轮廓几何要素的过渡处的处理，以避免产生欠切削和过切等问题，提高工件的加工精度。
BW碧威股份有限公司針對客戶端改善切削方式、提供專業切削CNC數控刀具專業能力、製造客戶需求如：Cutting tool、切削刀具、HSS Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、Carbide end mill、Aerospace cutting tool、Carbide drill、High speed steel、Milling cutter、Core drill、鎢鋼銑刀、航太刀具、鎢鋼鑽頭、高速剛、鉸刀、中心鑽頭、Taperd end mills、斜度銑刀、Metric end mills、公制銑刀、Miniature end mills、微小徑銑刀、鎢鋼切削刀具、Pilot reamer、領先鉸刀、Electronics cutter、電子用切削刀具、Step drill、階梯鑽頭、Metal cutting saw、金屬圓鋸片、Double margin drill、領先階梯鑽頭、Gun barrel、Angle milling cutter、角度銑刀、Carbide burrs、滾磨刀、Carbide tipped cutter、銲刃刀具、Chamfering tool、倒角銑刀、IC card engraving cutter、IC晶片卡刀、Side cutter、側銑刀、NAS tool、DIN tool、德國規範切削刀具、Special tool、特殊刀具、Metal slitting saws、Shell end mills、滾筒銑刀、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、交叉齒側銑刀、Long end mills、長刃銑刀、Stub roughing end mills、粗齒銑刀、Dovetail milling cutters、鳩尾刀具、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、鎢鋼圓鼻銑刀、Angeled carbide end mills、角度鎢鋼銑刀、Carbide torus cutters、短刃平銑刀、Carbide ball-noseed slot drills、鎢鋼球頭銑刀、Mould cutter、模具用刀具、BW微型渦流管槍、Tool manufacturer、刀具製造商等相關切削刀具、以服務客戶改善工廠加工條件、爭加競爭力。歡迎尋購～～～碧威股份有限公司www.tool-tool.com
高速铣削的技术特点及在模具加工行业的应用www.tool-tool.com
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一、前言
在现代模具生产中，随着对塑件的美观度及功能要求得越来越高，塑件内部结构设计得越来越复杂，模具的外形设计也日趋复杂，自由曲面所占比例不断增加，相应的模具结构也设计得越来越复杂。这些都对模具加工技术提出了更高要求，不仅应保证高的制造精度和表面质量，而且要追求加工表面的美观。随着对高速加工技术研究的不断深入，尤其在加工机床、数控系统、刀具系统、CAD/CAM软件等相关技术不断发展的推动下，高速加工技术已越来越多地应用于模具型腔的加工与制造中。
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。相对于传统的切削加工，其切削速度、进给速度有了很大的提高，而且切削机理也不相同。高速切削使切削加工发生了本质性的飞跃，其单位功率的金属切除率提高了30%~40%，切削力降低了30%，刀具的切削寿命提高了70%，留于工件的切削热大幅度降低，低阶切削振动几乎消失。随着切削速度的提高，单位时间毛坯材料的去除率增加了，切削时间减少了，加工效率提高了，从而缩短了产品的制造周期，提高了产品的市场竞争力。同时，高速加工的小量快进使切削力减少了，切屑的高速排出减少了工件的切削力和热应力变形，提高了刚性差和薄壁零件切削加工的可能性。由于切削力的降低，转速的提高使切削系统的工作频率远离机床的低阶固有频率，而工件的表面粗糙度对低阶频率最为敏感，由此降低了表面粗糙度。在模具的高淬硬钢件 (HRC45~HRC65)的加工过程中，采用高速切削可以取代电加工和磨削抛光的工序，从而避免了电极的制造和费时的电加工，大幅度减少了钳工的打磨与抛光量。对于一些市场上越来越需要的薄壁模具工件，高速铣削也可顺利完成，而且在高速铣削CNC加工中心上，模具一次装夹可完成多工步加工。
高速加工技术对模具加工工艺产生了巨大影响，改变了传统模具加工采用的“退火→铣削加工→热处理→磨削”或“电火花加工→手工打磨、抛光”等复杂冗长的工艺流程，甚至可用高速切削加工替代原来的全部工序。高速加工技术除可应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电极加工、快速样件制造等方面也得到了广泛应用。大量生产实践表明，应用高速切削技术可节省模具后续加工中约80%的手工研磨时间，节约加工成本费用近30%，模具表面加工精度可达1 m，刀具切削效率可提高1倍。
二、高速铣削加工机床
高速切削技术是切削加工技术的主要发展方向之一，它随着CNC技术、微电子技术、新材料和新结构等基础技术的发展而迈上更高的台阶。由于模具加工的特殊性以及高速加工技术的自身特点，对模具高速加工的相关技术及工艺系统(加工机床、数控系统、刀具等)提出了比传统模具加工更高的要求。
1. 高稳定性的机床支撑部件
高速切削机床的床身等支撑部件应具有很好的动、静刚度，热刚度和最佳的阻尼特性。大部分机床都采用高质量、高刚性和高抗张性的灰铸铁作为支撑部件材料，有的机床公司还在底座中添加高阻尼特性的聚合物混凝土，以增加其抗振性和热稳定性，这不但可保证机床精度稳定，也可防止切削时刀具振颤。采用封闭式床身设计，整体铸造床身，对称床身结构并配有密布的加强筋等也是提高机床稳定性的重要措施。一些机床公司的研发部门在设计过程中，还采用模态分析和有限元结构计算等，优化了结构，使机床支撑部件更加稳定可靠。
2. 机床主轴
高速机床的主轴性能是实现高速切削加工的重要条件。高速切削机床主轴的转速范围为10000~100000m/min，主轴功率大于15kW。通过主轴压缩空气或冷却系统控制刀柄和主轴间的轴向间隙不大于0.005mm。还要求主轴具有快速升速、在指定位置快速准停的性能(即具有极高的角加减速度)，因此高速主轴常采用液体静压轴承式、空气静压轴承式、热压氮化硅（Si3N4）陶瓷轴承磁悬浮轴承式等结构形式。润滑多采用油气润滑、喷射润滑等技术。主轴冷却一般采用主轴内部水冷或气冷。
3. 机床驱动系统
为满足模具高速加工的需要，高速加工机床的驱动系统应具有下列特性：
(1) 高的进给速度。研究表明，对于小直径刀具，提高转速和每齿进给量有利于降低刀具磨损。目前常用的进给速度范围为20~30m/min，如采用大导程滚珠丝杠传动，进给速度可达60m/min；采用直线电机则可使进给速度达到120m/min。
(2)高的加速度。对三维复杂曲面廓形的高速加工要求驱动系统具有良好的加速度特性，要求提供高速进给的驱动器(快进速度约40m/min，3D轮廓加工速度为10m/min)，能够提供0.4m/s2到10m/s2的加速度和减速度。
机床制造商大多采用全闭环位置伺服控制的小导程、大尺寸、高质量的滚珠丝杠或大导程多头丝杠。随着电机技术的发展，先进的直线电动机已经问世，并成功应用于 CNC机床。先进的直线电动机驱动使CNC机床不再有质量惯性、超前、滞后和振动等问题，加快了伺服响应速度，提高了伺服控制精度和机床加工精度。
4. 数控系统
先进的数控系统是保证模具复杂曲面高速加工质量和效率的关键因素，模具高速切削加工对数控系统的基本要求为：
(1) 高速的数字控制回路(Digital control loop)，包括：32位或64位并行处理器及1.5Gb以上的硬盘；极短的直线电机采样时间。
(2)速度和加速度的前馈控制(Feed forward control)；数字驱动系统的爬行控制(Jerk control)。
(3) 先进的插补方法( 基于NURBS的样条插补)，以获得良好的表面质量、精确的尺寸和高的几何精度。
(4) 预处理(Look-ahead)功能。要求具有大容量缓冲寄存器，可预先阅读和检查多个程序段(如DMG机床可多达500个程序段，Simens系统可达 1000~2000个程序段)，以便在被加工表面形状(曲率)发生变化时可及时采取改变进给速度等措施以避免过切等。
(5)误差补偿功能，包括因直线电机、主轴等发热导致的热误差补偿、象限误差补偿、测量系统误差补偿等功能。 此外，模具高速切削加工对数据传输速度的要求也很高。
(6) 传统的数据接口， 如RS232串行口的传输速度为19.2kb，而许多先进的加工中心均已采用以太局域网(Ethernet)进行数据传输，速度可达200kb。
5. 冷却润滑
高速加工采用带涂层的硬质合金刀具，在高速、高温的情况下不用切削液，切削效率更高。这是因为：铣削主轴高速旋转，切削液若要达到切削区，首先要克服极大的离心力；即使它克服了离心力进入切削区，也可能由于切削区的高温而立即蒸发，冷却效果很小甚至没有；同时切削液会使刀具刃部的温度激烈变化，容易导致裂纹的产生，所以要采用油/气冷却润滑的干式切削方式。这种方式可以用高压气体迅速吹走切削区产生的切削，从而将大量的切削热带走，同时经雾化的润滑油可以在刀具刃部和工件表面形成一层极薄的微观保护膜，可有效地延长刀具寿命并提高零件的表面质量。
三、高速切削加工的刀柄和刀具
由于高速切削加工时离心力和振动的影响，要求刀具具有很高的几何精度和装夹重复定位精度以及很高的刚度和高速动平衡的安全可靠性。由于高速切削加工时较大的离心力和振动等特点，传统的7:24锥度刀柄系统在进行高速切削时表现出明显的刚性不足、重复定位精度不高、轴向尺寸不稳定等缺陷，主轴的膨胀引起刀具及夹紧机构质心的偏离，影响刀具的动平衡能力。目前应用较多的是HSK高速刀柄和国外现今流行的热胀冷缩紧固式刀柄。热胀冷缩紧固式刀柄有加热系统，刀柄一般都采用锥部与主轴端面同时接触，其刚性较好，但是刀具可换性较差，一个刀柄只能安装一种连接直径的刀具。由于此类加热系统比较昂贵，在初期时采用HSK 类的刀柄系统即可。当企业的高速机床数量超过3台以上时，采用热胀冷缩紧固式刀柄比较合适。
刀具是高速切削加工中最活跃重要的因素之一，它直接影响着加工效率、制造成本和产品的加工精度。刀具在高速加工过程中要承受高温、高压、摩擦、冲击和振动等载荷，高速切削刀具应具有良好的机械性能和热稳定性，即具有良好的抗冲击、耐磨损和抗热疲劳的特性。高速切削加工的刀具技术发展速度很快，应用较多的如金刚石(PCD)、立方氮化硼(CBN)、陶瓷刀具、涂层硬质合金、(碳)氮化钛硬质合金TIC(N)等。
在加工铸铁和合金钢的切削刀具中，硬质合金是最常用的刀具材料。硬质合金刀具耐磨性好，但硬度比立方氮化硼和陶瓷低。为提高硬度和表面光洁度，采用刀具涂层技术，涂层材料为氮化钛(TiN)、氮化铝钛(TiALN)等。涂层技术使涂层由单一涂层发展为多层、多种涂层材料的涂层，已成为提高高速切削能力的关键技术之一。直径在10~40mm范围内，且有碳氮化钛涂层的硬质合金刀片能够加工洛氏硬度小于42的材料，而氮化钛铝涂层的刀具能够加工洛氏硬度为42甚至更高的材料。高速切削钢材时，刀具材料应选用热硬性和疲劳强度高的P类硬质合金、涂层硬质合金、立方氮化硼（CBN）与CBN复合刀具材料（WBN）等。切削铸铁，应选用细晶粒的K类硬质合金进行粗加工，选用复合氮化硅陶瓷或聚晶立方氮化硼（PCNB）复合刀具进行精加工。精密加工有色金属或非金属材料时，应选用聚晶金刚石PCD或CVD金刚石涂层刀具。选择切削参数时，针对圆刀片和球头铣刀，应注意有效直径的概念。高速铣削刀具应按动平衡设计制造。刀具的前角比常规刀具的前角要小，后角略大。主副切削刃连接处应修圆或导角，来增大刀尖角，防止刀尖处热磨损。应加大刀尖附近的切削刃长度和刀具材料体积，提高刀具刚性。在保证安全和满足加工要求的条件下，刀具悬伸尽可能短，刀体中央韧性要好。刀柄要比刀具直径粗壮，连接柄呈倒锥状，以增加其刚性。尽量在刀具及刀具系统中央留有冷却液孔。球头立铣刀要考虑有效切削长度，刃口要尽量短，两螺旋槽球头立铣刀通常用于粗铣复杂曲面，四螺旋槽球头立铣刀通常用于精铣复杂曲面。
四、模具高速加工工艺及策略
高速加工包括以去除余量为目的的粗加工、残留粗加工，以及以获取高质量的加工表面及细微结构为目的的半精加工、精加工和镜面加工等。
1. 粗加工
模具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。高速加工中的粗加工所应采取的工艺方案是高切削速度、高进给率和小切削用量的组合。等高加工方式是众多CAM软件普遍采用的一种加工方式。应用较多的是螺旋等高和等Z轴等高两种方式，也就是在加工区域仅一次进刀，在不抬刀的情况下生成连续光滑的刀具路径，进、退刀方式采用圆弧切入、切出。螺旋等高方式的特点是，没有等高层之间的刀路移动，可避免频繁抬刀、进刀对零件表面质量的影响及机械设备不必要的耗损。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。在高速加工中，一定要采取圆弧切入、切出连接方式，以及拐角处圆弧过渡，避免突然改变刀具进给方向，禁止使用直接下刀的连接方式，避免将刀具埋入工件。加工模具型腔时，应避免刀具垂直插入工件，而应采用倾斜下刀方式(常用倾斜角为20°~30°)，最好采用螺旋式下刀以降低刀具载荷。加工模具型芯时，应尽量先从工件外部下刀然后水平切入工件。刀具切入、切出工件时应尽可能采用倾斜式(或圆弧式)切入、切出，避免垂直切入、切出。采用攀爬式切削可降低切削热，减小刀具受力和加工硬化程度，提高加工质量。
2. 半精加工
模具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，这对于工具钢模具尤为重要，因为它将影响精加工时刀具切削层面积的变化及刀具载荷的变化，从而影响切削过程的稳定性及精加工表面质量。
粗加工是基于体积模型，精加工则是基于面模型。以前开发的CAD/CAM系统对零件的几何描述是不连续的，由于没有描述粗加工后、精加工前加工模型的中间信息，故粗加工表面的剩余加工余量分布及最大剩余加工余量均是未知的。因此应对半精加工策略进行优化以保证半精加工后工件表面具有均匀的剩余加工余量。优化过程包括：粗加工后轮廓的计算、最大剩余加工余量的计算、最大允许加工余量的确定、对剩余加工余量大于最大允许加工余量的型面分区(如凹槽、拐角等过渡半径小于粗加工刀具半径的区域)以及半精加工时刀心轨迹的计算等。
现有的模具高速加工C A D /CAM软件大都具备剩余加工余量分析功能，并能根据剩余加工余量的大小及分布情况采用合理的半精加工策略。如MasterCAM软件提供了束状铣削 (Pencil milling)和剩余铣削(Rest milling)等方法来清除粗加工后剩余加工余量较大的角落以保证后续工序均匀的加工余量。
3. 精加工
模具的高速精加工策略取决于刀具与工件的接触点，而刀具与工件的接触点随着加工表面的曲面斜率和刀具有效半径的变化而变化。对于由多个曲面组合而成的复杂曲面加工，应尽可能在一个工序中进行连续加工，而不是对各个曲面分别进行加工，以减少抬刀、下刀的次数。然而，由于加工中表面斜率的变化，如果只定义加工的侧吃刀量(Step over)，就可能造成在斜率不同的表面上实际步距不均匀，从而影响加工质量。
一般情况下，精加工曲面的曲率半径应大于刀具半径的1.5倍，以避免进给方向的突然转变。在模具的高速精加工中，在每次切入、切出工件时，进给方向的改变应尽量采用圆弧或曲线转接，避免采用直线转接，以保持切削过程的平稳性。
高速精加工策略包括三维偏置、等高精加工和最佳等高精加工、螺旋等高精加工等策略。这些策略可保证切削过程光顺、稳定，确保能快速切除工件上的材料，得到高精度、光滑的切削表面。精加工的基本要求是要获得很高的精度、光滑的零件表面质量，轻松实现精细区域的加工，如小的圆角、沟槽等。对许多形状来说，精加工最有效的策略是使用三维螺旋策略。使用这种策略可避免使用平行策略和偏置精加工策略中会出现的频繁的方向改变，从而提高加工速度，减少刀具磨损。这个策略可以在很少抬刀的情况下生成连续光滑的刀具路径。这种加工技术综合了螺旋加工和等高加工策略的优点，刀具负荷更稳定，提刀次数更少，可缩短加工时间，减小刀具损坏机率。它还可以改善加工表面质量，最大限地减小精加工后手工打磨的需要。在许多场合需要将陡峭区域的等高精加工和平坦区域三维等距精加工方法结合起来使用。
数控编程也要考虑几何设计和工艺安排，在使用CAM 系统进行高速加工数控编程时，除刀具和加工参数根据具体情况选择外，加工方法的选择和采用的编程策略就成为了关键。一名出色的使用CAD/CAM工作站的编程工程师应该同时也是一名合格的设计与工艺师，他应对零件的几何结构有一个正确的理解，具备对于理想工序安排以及合理刀具轨迹设计的知识和概念。
五、高速切削数控编程
高速铣削加工对数控编程系统的要求越来越高，价格昂贵的高速加工设备对软件提出了更高的安全性和有效性要求。高速切削有着比传统切削特殊的工艺要求，除了要有高速切削机床和高速切削刀具外，具有合适的CAM编程软件也是至关重要的。数控加工的数控指令包含了所有的工艺过程，一个优秀的高速加工CAM编程系统应具有很高的计算速度、较强的插补功能、全程自动过切检查及处理能力、自动刀柄与夹具干涉检查、进给率优化处理功能、待加工轨迹监控功能、刀具轨迹编辑优化功能和加工残余分析功能等。高速切削编程首先要注意加工方法的安全性和有效性；其次，要尽一切可能保证刀具轨迹光滑平稳，这会直接影响加工质量和机床主轴等零件的寿命；最后，要尽量使刀具载荷均匀，这会直接影响刀具的寿命。
1. CAM系统应具有很高的计算编程速度
高速加工中采用非常小的进给量与切深，其NC程序比对传统数控加工程序要大得多，因而要求软件计算速度要快，以节省刀具轨迹编辑和优化编程的时间。
2. 全程自动防过切处理能力及自动刀柄干涉检查能力
高速加工以传统加工近10倍的切削速度进行加工，一旦发生过切对机床、产品和刀具将产生灾难性的后果，所以要求其CAM系统必须具有全程自动防过切处理的能力及自动刀柄与夹具干涉检查、绕避功能。系统能够自动提示最短夹持刀具长度，并自动进行刀具干涉检查。
3. 丰富的高速切削刀具轨迹策略
高速加工对加工工艺走刀方式比传统方式有着特殊要求，为了能够确保最大的切削效率，又保证在高速切削时加工的安全性，CAM系统应能根据加工瞬时余量的大小自动对进给率进行优化处理，能自动进行刀具轨迹编辑优化、加工残余分析并对待加工轨迹监控，以确保高速加工刀具受力状态的平稳性，提高刀具的使用寿命。
采用高速加工设备之后，对编程人员的需求量将会增加，因高速加工工艺要求严格，过切保护更加重要，故需花多的时间对NC指令进行仿真检验。一般情况下，高速加工编程时间比一般加工编程时间要长得多。为了保证高速加工设备足够的使用率，需配置更多的CAM人员。现有的CAM软件，如PowerMILL、 MasterCAM、UnigraphicsNX、Cimatron等都提供了相关功能的高速铣削刀具轨迹策略。
六、结束语
高速切削技术是切削加工技术的主要发展方向之一，目前主要应用于汽车工业和模具行业，尤其是在加工复杂曲面的领域、工件本身或刀具系统刚性要求较高的加工领域等，是多种先进加工技术的集成，其高效、高质量为人们所推崇。它不仅涉及到高速加工工艺，而且还包括高速加工机床、数控系统、高速切削刀具及 CAD/CAM技术等。模具高速加工技术目前已在发达国家的模具制造业中普遍应用，而在我国的应用范围及应用水平仍有待提高，由于其具有传统加工无可比拟的优势，仍将是今后加工技术必然的发展方向。
BW碧威股份有限公司針對客戶端改善切削方式、提供專業切削CNC數控刀具專業能力、製造客戶需求如：Cutting tool、切削刀具、HSS Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、Carbide end mill、Aerospace cutting tool、Carbide drill、High speed steel、Milling cutter、Core drill、鎢鋼銑刀、航太刀具、鎢鋼鑽頭、高速剛、鉸刀、中心鑽頭、Taperd end mills、斜度銑刀、Metric end mills、公制銑刀、Miniature end mills、微小徑銑刀、鎢鋼切削刀具、Pilot reamer、領先鉸刀、Electronics cutter、電子用切削刀具、Step drill、階梯鑽頭、Metal cutting saw、金屬圓鋸片、Double margin drill、領先階梯鑽頭、Gun barrel、Angle milling cutter、角度銑刀、Carbide burrs、滾磨刀、Carbide tipped cutter、銲刃刀具、Chamfering tool、倒角銑刀、IC card engraving cutter、IC晶片卡刀、Side cutter、側銑刀、NAS tool、DIN tool、德國規範切削刀具、Special tool、特殊刀具、Metal slitting saws、Shell end mills、滾筒銑刀、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、交叉齒側銑刀、Long end mills、長刃銑刀、Stub roughing end mills、粗齒銑刀、Dovetail milling cutters、鳩尾刀具、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、鎢鋼圓鼻銑刀、Angeled carbide end mills、角度鎢鋼銑刀、Carbide torus cutters、短刃平銑刀、Carbide ball-noseed slot drills、鎢鋼球頭銑刀、Mould cutter、模具用刀具、BW微型渦流管槍、Tool manufacturer、刀具製造商等相關切削刀具、以服務客戶改善工廠加工條件、爭加競爭力。歡迎尋購～～～碧威股份有限公司www.tool-tool.com
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一、前言
在现代模具生产中，随着对塑件的美观度及功能要求得越来越高，塑件内部结构设计得越来越复杂，模具的外形设计也日趋复杂，自由曲面所占比例不断增加，相应的模具结构也设计得越来越复杂。这些都对模具加工技术提出了更高要求，不仅应保证高的制造精度和表面质量，而且要追求加工表面的美观。随着对高速加工技术研究的不断深入，尤其在加工机床、数控系统、刀具系统、CAD/CAM软件等相关技术不断发展的推动下，高速加工技术已越来越多地应用于模具型腔的加工与制造中。
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。相对于传统的切削加工，其切削速度、进给速度有了很大的提高，而且切削机理也不相同。高速切削使切削加工发生了本质性的飞跃，其单位功率的金属切除率提高了30%~40%，切削力降低了30%，刀具的切削寿命提高了70%，留于工件的切削热大幅度降低，低阶切削振动几乎消失。随着切削速度的提高，单位时间毛坯材料的去除率增加了，切削时间减少了，加工效率提高了，从而缩短了产品的制造周期，提高了产品的市场竞争力。同时，高速加工的小量快进使切削力减少了，切屑的高速排出减少了工件的切削力和热应力变形，提高了刚性差和薄壁零件切削加工的可能性。由于切削力的降低，转速的提高使切削系统的工作频率远离机床的低阶固有频率，而工件的表面粗糙度对低阶频率最为敏感，由此降低了表面粗糙度。在模具的高淬硬钢件 (HRC45~HRC65)的加工过程中，采用高速切削可以取代电加工和磨削抛光的工序，从而避免了电极的制造和费时的电加工，大幅度减少了钳工的打磨与抛光量。对于一些市场上越来越需要的薄壁模具工件，高速铣削也可顺利完成，而且在高速铣削CNC加工中心上，模具一次装夹可完成多工步加工。
高速加工技术对模具加工工艺产生了巨大影响，改变了传统模具加工采用的“退火→铣削加工→热处理→磨削”或“电火花加工→手工打磨、抛光”等复杂冗长的工艺流程，甚至可用高速切削加工替代原来的全部工序。高速加工技术除可应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电极加工、快速样件制造等方面也得到了广泛应用。大量生产实践表明，应用高速切削技术可节省模具后续加工中约80%的手工研磨时间，节约加工成本费用近30%，模具表面加工精度可达1 m，刀具切削效率可提高1倍。
二、高速铣削加工机床
高速切削技术是切削加工技术的主要发展方向之一，它随着CNC技术、微电子技术、新材料和新结构等基础技术的发展而迈上更高的台阶。由于模具加工的特殊性以及高速加工技术的自身特点，对模具高速加工的相关技术及工艺系统(加工机床、数控系统、刀具等)提出了比传统模具加工更高的要求。
1. 高稳定性的机床支撑部件
高速切削机床的床身等支撑部件应具有很好的动、静刚度，热刚度和最佳的阻尼特性。大部分机床都采用高质量、高刚性和高抗张性的灰铸铁作为支撑部件材料，有的机床公司还在底座中添加高阻尼特性的聚合物混凝土，以增加其抗振性和热稳定性，这不但可保证机床精度稳定，也可防止切削时刀具振颤。采用封闭式床身设计，整体铸造床身，对称床身结构并配有密布的加强筋等也是提高机床稳定性的重要措施。一些机床公司的研发部门在设计过程中，还采用模态分析和有限元结构计算等，优化了结构，使机床支撑部件更加稳定可靠。
2. 机床主轴
高速机床的主轴性能是实现高速切削加工的重要条件。高速切削机床主轴的转速范围为10000~100000m/min，主轴功率大于15kW。通过主轴压缩空气或冷却系统控制刀柄和主轴间的轴向间隙不大于0.005mm。还要求主轴具有快速升速、在指定位置快速准停的性能(即具有极高的角加减速度)，因此高速主轴常采用液体静压轴承式、空气静压轴承式、热压氮化硅（Si3N4）陶瓷轴承磁悬浮轴承式等结构形式。润滑多采用油气润滑、喷射润滑等技术。主轴冷却一般采用主轴内部水冷或气冷。
3. 机床驱动系统
为满足模具高速加工的需要，高速加工机床的驱动系统应具有下列特性：
(1) 高的进给速度。研究表明，对于小直径刀具，提高转速和每齿进给量有利于降低刀具磨损。目前常用的进给速度范围为20~30m/min，如采用大导程滚珠丝杠传动，进给速度可达60m/min；采用直线电机则可使进给速度达到120m/min。
(2)高的加速度。对三维复杂曲面廓形的高速加工要求驱动系统具有良好的加速度特性，要求提供高速进给的驱动器(快进速度约40m/min，3D轮廓加工速度为10m/min)，能够提供0.4m/s2到10m/s2的加速度和减速度。
机床制造商大多采用全闭环位置伺服控制的小导程、大尺寸、高质量的滚珠丝杠或大导程多头丝杠。随着电机技术的发展，先进的直线电动机已经问世，并成功应用于 CNC机床。先进的直线电动机驱动使CNC机床不再有质量惯性、超前、滞后和振动等问题，加快了伺服响应速度，提高了伺服控制精度和机床加工精度。
4. 数控系统
先进的数控系统是保证模具复杂曲面高速加工质量和效率的关键因素，模具高速切削加工对数控系统的基本要求为：
(1) 高速的数字控制回路(Digital control loop)，包括：32位或64位并行处理器及1.5Gb以上的硬盘；极短的直线电机采样时间。
(2)速度和加速度的前馈控制(Feed forward control)；数字驱动系统的爬行控制(Jerk control)。
(3) 先进的插补方法( 基于NURBS的样条插补)，以获得良好的表面质量、精确的尺寸和高的几何精度。
(4) 预处理(Look-ahead)功能。要求具有大容量缓冲寄存器，可预先阅读和检查多个程序段(如DMG机床可多达500个程序段，Simens系统可达 1000~2000个程序段)，以便在被加工表面形状(曲率)发生变化时可及时采取改变进给速度等措施以避免过切等。
(5)误差补偿功能，包括因直线电机、主轴等发热导致的热误差补偿、象限误差补偿、测量系统误差补偿等功能。 此外，模具高速切削加工对数据传输速度的要求也很高。
(6) 传统的数据接口， 如RS232串行口的传输速度为19.2kb，而许多先进的加工中心均已采用以太局域网(Ethernet)进行数据传输，速度可达200kb。
5. 冷却润滑
高速加工采用带涂层的硬质合金刀具，在高速、高温的情况下不用切削液，切削效率更高。这是因为：铣削主轴高速旋转，切削液若要达到切削区，首先要克服极大的离心力；即使它克服了离心力进入切削区，也可能由于切削区的高温而立即蒸发，冷却效果很小甚至没有；同时切削液会使刀具刃部的温度激烈变化，容易导致裂纹的产生，所以要采用油/气冷却润滑的干式切削方式。这种方式可以用高压气体迅速吹走切削区产生的切削，从而将大量的切削热带走，同时经雾化的润滑油可以在刀具刃部和工件表面形成一层极薄的微观保护膜，可有效地延长刀具寿命并提高零件的表面质量。
三、高速切削加工的刀柄和刀具
由于高速切削加工时离心力和振动的影响，要求刀具具有很高的几何精度和装夹重复定位精度以及很高的刚度和高速动平衡的安全可靠性。由于高速切削加工时较大的离心力和振动等特点，传统的7:24锥度刀柄系统在进行高速切削时表现出明显的刚性不足、重复定位精度不高、轴向尺寸不稳定等缺陷，主轴的膨胀引起刀具及夹紧机构质心的偏离，影响刀具的动平衡能力。目前应用较多的是HSK高速刀柄和国外现今流行的热胀冷缩紧固式刀柄。热胀冷缩紧固式刀柄有加热系统，刀柄一般都采用锥部与主轴端面同时接触，其刚性较好，但是刀具可换性较差，一个刀柄只能安装一种连接直径的刀具。由于此类加热系统比较昂贵，在初期时采用HSK 类的刀柄系统即可。当企业的高速机床数量超过3台以上时，采用热胀冷缩紧固式刀柄比较合适。
刀具是高速切削加工中最活跃重要的因素之一，它直接影响着加工效率、制造成本和产品的加工精度。刀具在高速加工过程中要承受高温、高压、摩擦、冲击和振动等载荷，高速切削刀具应具有良好的机械性能和热稳定性，即具有良好的抗冲击、耐磨损和抗热疲劳的特性。高速切削加工的刀具技术发展速度很快，应用较多的如金刚石(PCD)、立方氮化硼(CBN)、陶瓷刀具、涂层硬质合金、(碳)氮化钛硬质合金TIC(N)等。
在加工铸铁和合金钢的切削刀具中，硬质合金是最常用的刀具材料。硬质合金刀具耐磨性好，但硬度比立方氮化硼和陶瓷低。为提高硬度和表面光洁度，采用刀具涂层技术，涂层材料为氮化钛(TiN)、氮化铝钛(TiALN)等。涂层技术使涂层由单一涂层发展为多层、多种涂层材料的涂层，已成为提高高速切削能力的关键技术之一。直径在10~40mm范围内，且有碳氮化钛涂层的硬质合金刀片能够加工洛氏硬度小于42的材料，而氮化钛铝涂层的刀具能够加工洛氏硬度为42甚至更高的材料。高速切削钢材时，刀具材料应选用热硬性和疲劳强度高的P类硬质合金、涂层硬质合金、立方氮化硼（CBN）与CBN复合刀具材料（WBN）等。切削铸铁，应选用细晶粒的K类硬质合金进行粗加工，选用复合氮化硅陶瓷或聚晶立方氮化硼（PCNB）复合刀具进行精加工。精密加工有色金属或非金属材料时，应选用聚晶金刚石PCD或CVD金刚石涂层刀具。选择切削参数时，针对圆刀片和球头铣刀，应注意有效直径的概念。高速铣削刀具应按动平衡设计制造。刀具的前角比常规刀具的前角要小，后角略大。主副切削刃连接处应修圆或导角，来增大刀尖角，防止刀尖处热磨损。应加大刀尖附近的切削刃长度和刀具材料体积，提高刀具刚性。在保证安全和满足加工要求的条件下，刀具悬伸尽可能短，刀体中央韧性要好。刀柄要比刀具直径粗壮，连接柄呈倒锥状，以增加其刚性。尽量在刀具及刀具系统中央留有冷却液孔。球头立铣刀要考虑有效切削长度，刃口要尽量短，两螺旋槽球头立铣刀通常用于粗铣复杂曲面，四螺旋槽球头立铣刀通常用于精铣复杂曲面。
四、模具高速加工工艺及策略
高速加工包括以去除余量为目的的粗加工、残留粗加工，以及以获取高质量的加工表面及细微结构为目的的半精加工、精加工和镜面加工等。
1. 粗加工
模具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。高速加工中的粗加工所应采取的工艺方案是高切削速度、高进给率和小切削用量的组合。等高加工方式是众多CAM软件普遍采用的一种加工方式。应用较多的是螺旋等高和等Z轴等高两种方式，也就是在加工区域仅一次进刀，在不抬刀的情况下生成连续光滑的刀具路径，进、退刀方式采用圆弧切入、切出。螺旋等高方式的特点是，没有等高层之间的刀路移动，可避免频繁抬刀、进刀对零件表面质量的影响及机械设备不必要的耗损。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。在高速加工中，一定要采取圆弧切入、切出连接方式，以及拐角处圆弧过渡，避免突然改变刀具进给方向，禁止使用直接下刀的连接方式，避免将刀具埋入工件。加工模具型腔时，应避免刀具垂直插入工件，而应采用倾斜下刀方式(常用倾斜角为20°~30°)，最好采用螺旋式下刀以降低刀具载荷。加工模具型芯时，应尽量先从工件外部下刀然后水平切入工件。刀具切入、切出工件时应尽可能采用倾斜式(或圆弧式)切入、切出，避免垂直切入、切出。采用攀爬式切削可降低切削热，减小刀具受力和加工硬化程度，提高加工质量。
2. 半精加工
模具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，这对于工具钢模具尤为重要，因为它将影响精加工时刀具切削层面积的变化及刀具载荷的变化，从而影响切削过程的稳定性及精加工表面质量。
粗加工是基于体积模型，精加工则是基于面模型。以前开发的CAD/CAM系统对零件的几何描述是不连续的，由于没有描述粗加工后、精加工前加工模型的中间信息，故粗加工表面的剩余加工余量分布及最大剩余加工余量均是未知的。因此应对半精加工策略进行优化以保证半精加工后工件表面具有均匀的剩余加工余量。优化过程包括：粗加工后轮廓的计算、最大剩余加工余量的计算、最大允许加工余量的确定、对剩余加工余量大于最大允许加工余量的型面分区(如凹槽、拐角等过渡半径小于粗加工刀具半径的区域)以及半精加工时刀心轨迹的计算等。
现有的模具高速加工C A D /CAM软件大都具备剩余加工余量分析功能，并能根据剩余加工余量的大小及分布情况采用合理的半精加工策略。如MasterCAM软件提供了束状铣削 (Pencil milling)和剩余铣削(Rest milling)等方法来清除粗加工后剩余加工余量较大的角落以保证后续工序均匀的加工余量。
3. 精加工
模具的高速精加工策略取决于刀具与工件的接触点，而刀具与工件的接触点随着加工表面的曲面斜率和刀具有效半径的变化而变化。对于由多个曲面组合而成的复杂曲面加工，应尽可能在一个工序中进行连续加工，而不是对各个曲面分别进行加工，以减少抬刀、下刀的次数。然而，由于加工中表面斜率的变化，如果只定义加工的侧吃刀量(Step over)，就可能造成在斜率不同的表面上实际步距不均匀，从而影响加工质量。
一般情况下，精加工曲面的曲率半径应大于刀具半径的1.5倍，以避免进给方向的突然转变。在模具的高速精加工中，在每次切入、切出工件时，进给方向的改变应尽量采用圆弧或曲线转接，避免采用直线转接，以保持切削过程的平稳性。
高速精加工策略包括三维偏置、等高精加工和最佳等高精加工、螺旋等高精加工等策略。这些策略可保证切削过程光顺、稳定，确保能快速切除工件上的材料，得到高精度、光滑的切削表面。精加工的基本要求是要获得很高的精度、光滑的零件表面质量，轻松实现精细区域的加工，如小的圆角、沟槽等。对许多形状来说，精加工最有效的策略是使用三维螺旋策略。使用这种策略可避免使用平行策略和偏置精加工策略中会出现的频繁的方向改变，从而提高加工速度，减少刀具磨损。这个策略可以在很少抬刀的情况下生成连续光滑的刀具路径。这种加工技术综合了螺旋加工和等高加工策略的优点，刀具负荷更稳定，提刀次数更少，可缩短加工时间，减小刀具损坏机率。它还可以改善加工表面质量，最大限地减小精加工后手工打磨的需要。在许多场合需要将陡峭区域的等高精加工和平坦区域三维等距精加工方法结合起来使用。
数控编程也要考虑几何设计和工艺安排，在使用CAM 系统进行高速加工数控编程时，除刀具和加工参数根据具体情况选择外，加工方法的选择和采用的编程策略就成为了关键。一名出色的使用CAD/CAM工作站的编程工程师应该同时也是一名合格的设计与工艺师，他应对零件的几何结构有一个正确的理解，具备对于理想工序安排以及合理刀具轨迹设计的知识和概念。
五、高速切削数控编程
高速铣削加工对数控编程系统的要求越来越高，价格昂贵的高速加工设备对软件提出了更高的安全性和有效性要求。高速切削有着比传统切削特殊的工艺要求，除了要有高速切削机床和高速切削刀具外，具有合适的CAM编程软件也是至关重要的。数控加工的数控指令包含了所有的工艺过程，一个优秀的高速加工CAM编程系统应具有很高的计算速度、较强的插补功能、全程自动过切检查及处理能力、自动刀柄与夹具干涉检查、进给率优化处理功能、待加工轨迹监控功能、刀具轨迹编辑优化功能和加工残余分析功能等。高速切削编程首先要注意加工方法的安全性和有效性；其次，要尽一切可能保证刀具轨迹光滑平稳，这会直接影响加工质量和机床主轴等零件的寿命；最后，要尽量使刀具载荷均匀，这会直接影响刀具的寿命。
1. CAM系统应具有很高的计算编程速度
高速加工中采用非常小的进给量与切深，其NC程序比对传统数控加工程序要大得多，因而要求软件计算速度要快，以节省刀具轨迹编辑和优化编程的时间。
2. 全程自动防过切处理能力及自动刀柄干涉检查能力
高速加工以传统加工近10倍的切削速度进行加工，一旦发生过切对机床、产品和刀具将产生灾难性的后果，所以要求其CAM系统必须具有全程自动防过切处理的能力及自动刀柄与夹具干涉检查、绕避功能。系统能够自动提示最短夹持刀具长度，并自动进行刀具干涉检查。
3. 丰富的高速切削刀具轨迹策略
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单件和小批量车铣系统www.tool-tool.com
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使用铣削和车削的加工中心可以提高单件和小批量零件生产的效率。不同型号的切削－切削时间最大为2.9s或3.4s，Fanuc公司或西门子公司的多程序处理计算机数控系统简化了编程工作。
生产制造工作的规划者们必须整天从早到晚地考虑，如何才能在保障所要求的质量的前提下，更快、更经济地制造出零件。有许多办法可以达到这一目的，机动灵活和高效的制造可以通过各种方式实现：包括使用带有一个或多个主轴的独立的机床，自动化的综合制造以及机动灵活、自给自足的生产加工线等。加工工件的几何形状、加工精度和需要加工的件数都促使人们在进行新的生产设备投资时考虑选择加工中心。
各种结构型号的车铣加工中心
位于Schlierbach的机床制造厂商Stama公司几乎可以为每一项不同的加工任务提供用于综合制造的车铣加工中心，不管是单件或大批量制造，不管是用棒料加工还是用卡盘加工，也不管加工中心是单轴还是双轴，抑或是一个双工位的加工中心，该公司都可以提供。
最近Stama公司在其车铣系统7和8系列中，又专门为单件和小批量制造推出了新的MC 826/MT－S 和MC 834/MT－S型加工中心。MC 826/MT－S装备了一个转速为12000r/min、转矩达142 N·m的37kW铣削主轴和一个转矩为180N·m、转速为4500r/min的45kW车削主轴。
最多使用两个夹具进行综合加工
例如可以用一个夹具、最多用两个夹具对锯条段、铸件毛坯和半成品进行综合加工。X、Y和Z轴的加工行程各为780、380和360mm，因此可以加工直径达 250mm和长度达160mm的工件。A轴的转动范围是120°。在加速度达1.2g时, 快速行程速度可达 60m/min，切削－切削时间最大为2.9s。
较大的姊妹型号MC 834/MT－S配备了同样的车削主轴。其铣削主轴的功率较大，为60kW，转矩达200N·m。其X、Y和Z轴的加工行程各为800mm、520mm和 510mm，因此可以加工直径达350mm和长度达250mm的工件。除了一个在120°回转桥上整体安装的车削主轴之外，还有一个相应的夹紧装置和另一个进行第6面加工的车削主轴。在加速度达1g时，快速行程速度可达 60m/min。切削－切削时间为3.4s。
不同结构的刀具库分别有42~64个刀具位置(外部刀具库有90或180个刀位)，用来放置HSK 63 或短锥体 DIN 55026 AB 刀具。加工中心还配备有Fanuc公司(18i－MB)或西门子公司(840D)的多程序处理计算机数控系统，用于铣削和车削加工操作。
BW碧威股份有限公司針對客戶端改善切削方式、提供專業切削CNC數控刀具專業能力、製造客戶需求如：Cutting tool、切削刀具、HSS Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、Carbide end mill、Aerospace cutting tool、Carbide drill、High speed steel、Milling cutter、Core drill、鎢鋼銑刀、航太刀具、鎢鋼鑽頭、高速剛、鉸刀、中心鑽頭、Taperd end mills、斜度銑刀、Metric end mills、公制銑刀、Miniature end mills、微小徑銑刀、鎢鋼切削刀具、Pilot reamer、領先鉸刀、Electronics cutter、電子用切削刀具、Step drill、階梯鑽頭、Metal cutting saw、金屬圓鋸片、Double margin drill、領先階梯鑽頭、Gun barrel、Angle milling cutter、角度銑刀、Carbide burrs、滾磨刀、Carbide tipped cutter、銲刃刀具、Chamfering tool、倒角銑刀、IC card engraving cutter、IC晶片卡刀、Side cutter、側銑刀、NAS tool、DIN tool、德國規範切削刀具、Special tool、特殊刀具、Metal slitting saws、Shell end mills、滾筒銑刀、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、交叉齒側銑刀、Long end mills、長刃銑刀、Stub roughing end mills、粗齒銑刀、Dovetail milling cutters、鳩尾刀具、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、鎢鋼圓鼻銑刀、Angeled carbide end mills、角度鎢鋼銑刀、Carbide torus cutters、短刃平銑刀、Carbide ball-noseed slot drills、鎢鋼球頭銑刀、Mould cutter、模具用刀具、BW微型渦流管槍、Tool manufacturer、刀具製造商等相關切削刀具、以服務客戶改善工廠加工條件、爭加競爭力。歡迎尋購～～～碧威股份有限公司www.tool-tool.com
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使用铣削和车削的加工中心可以提高单件和小批量零件生产的效率。不同型号的切削－切削时间最大为2.9s或3.4s，Fanuc公司或西门子公司的多程序处理计算机数控系统简化了编程工作。
生产制造工作的规划者们必须整天从早到晚地考虑，如何才能在保障所要求的质量的前提下，更快、更经济地制造出零件。有许多办法可以达到这一目的，机动灵活和高效的制造可以通过各种方式实现：包括使用带有一个或多个主轴的独立的机床，自动化的综合制造以及机动灵活、自给自足的生产加工线等。加工工件的几何形状、加工精度和需要加工的件数都促使人们在进行新的生产设备投资时考虑选择加工中心。
各种结构型号的车铣加工中心
位于Schlierbach的机床制造厂商Stama公司几乎可以为每一项不同的加工任务提供用于综合制造的车铣加工中心，不管是单件或大批量制造，不管是用棒料加工还是用卡盘加工，也不管加工中心是单轴还是双轴，抑或是一个双工位的加工中心，该公司都可以提供。
最近Stama公司在其车铣系统7和8系列中，又专门为单件和小批量制造推出了新的MC 826/MT－S 和MC 834/MT－S型加工中心。MC 826/MT－S装备了一个转速为12000r/min、转矩达142 N·m的37kW铣削主轴和一个转矩为180N·m、转速为4500r/min的45kW车削主轴。
最多使用两个夹具进行综合加工
例如可以用一个夹具、最多用两个夹具对锯条段、铸件毛坯和半成品进行综合加工。X、Y和Z轴的加工行程各为780、380和360mm，因此可以加工直径达 250mm和长度达160mm的工件。A轴的转动范围是120°。在加速度达1.2g时, 快速行程速度可达 60m/min，切削－切削时间最大为2.9s。
较大的姊妹型号MC 834/MT－S配备了同样的车削主轴。其铣削主轴的功率较大，为60kW，转矩达200N·m。其X、Y和Z轴的加工行程各为800mm、520mm和 510mm，因此可以加工直径达350mm和长度达250mm的工件。除了一个在120°回转桥上整体安装的车削主轴之外，还有一个相应的夹紧装置和另一个进行第6面加工的车削主轴。在加速度达1g时，快速行程速度可达 60m/min。切削－切削时间为3.4s。
不同结构的刀具库分别有42~64个刀具位置(外部刀具库有90或180个刀位)，用来放置HSK 63 或短锥体 DIN 55026 AB 刀具。加工中心还配备有Fanuc公司(18i－MB)或西门子公司(840D)的多程序处理计算机数控系统，用于铣削和车削加工操作。
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五坐标高速铣削加工与编程的关键技术www.tool-tool.com
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一、前言
数控高速切削制造技术促进了机械冷加工制造业的飞速发展，革新了产品设计概念，如通过采用整体件加工取代零部件的分项制造装配，提高了加工效率和产品质量，缩短了产品制造周期。高速切削加速了汽车、模具、航空、航天、光学、精密机械等产品的更新换代，加速了制造技术与装备的升级，推动了企业技术进步。但目前国内存在相当一部分高速机床因各方面的原因并没有达到理想的效果，如刀具配置跟不上而低速使用，高速电主轴因长期受重载荷或使用不当造成寿命低下，企业高速切削工艺参数库及CAD\CAM高速编程软件包造成高速切削应用不是很好，高速切削工艺流程与传统的工艺流程没有有机结合，没有充分发挥高速切削加工变形小、加工效率高、定位装夹少的优势。
高速铣削机床的特点，采用主轴运动结构实现载荷的平稳，减小工作台由于运动的惯性，尤其是当工作台承载较大时，工作台本身和工件的运动载荷对高速切削极容易引起冲击，机床结构的新颖性对高速切削有着重要的影响，传统机床依靠工作台移动实现机床的XY方向的移动不是很适合高速切削。高速机床有瑞士 Mikron公司VCP710、美国Cincinnati公司HyperMach五轴加工中心、日本Mazak公司SMM－2500UHS、德国 Roders公司RFM1000、意大利FIDIA公司KR214六坐标加工中心、FIDIA公司D218五坐标加工中心等。
一般情况下，高速切削其切削速度比常规速度高出5～10倍，其材料的去除率是常规切削的3～5倍以上。对于铝合金铣削可达到1100m/min以上，铸铁可到700m/min，钢材可到380m/min以上，钻削200～1200m/min，磨削150～360m/min。采用FIDIA KR214五坐标高速铣削加工中心机床及机床验收标准试切产品。
二、高速铣削刀具刀柄
1.高速铣削刀柄
由于高速切削时，主轴、刀柄及刀具在高速旋转情况下，较小的偏心就会产生较大的离心力，由振动引起产品的质量、降低主轴和刀具的使用寿命。常规的刀具刀柄系统难以满足高速切削时的切削刚度和精度要求。现阶段比较流行常用的高速刀柄系统主要有德国的HSK刀柄、美国KM刀柄、日本NC5刀柄。HSK刀柄及 KM刀柄均为1:10的锥度，采用主轴锥孔和刀柄端面过定位的方式，实现刀具的定位夹紧，其重复定位精度在传统7:24的锥度刀柄±2.5μm提高到± 1μm，采用这种刀柄系统可以提高主轴刚度、由于其契形效果好，能提高刀具的抗扭能力，且转速越高其锁紧力越大。但这种刀柄价格较贵，一般为常规刀柄的 1.5～2倍，其最低转速小于KM刀柄。一般情况下，高速铣削时，刀具刀柄的不平衡力小于切削力时，不影响刀具的使用寿命和切削效率。
根据高速切削的动平衡规定，主轴转速至少要达到8000 r/min以上。其进给速度至少大于20m/min。50柄转速达到10000～20000 r/min，40柄以及HSK刀柄20000～40000 r/min，KM刀柄达到35000 r/min以上。由于高速铣削动平衡的要求，在配置高速铣削刀柄刀具时优先配置经过动平衡测试的刀具系统，其次用户可以自行采用动平衡机及调整系统进行动平衡调节，但其使用非常麻烦。美国Kennametal公司推出了一种通过调节主轴系统的自动平衡刀柄系统TABS刀柄，但目前应用还不广泛。为有效发挥高速切削的加工效率，在配置高速刀具夹持刀柄系统时显得非常重要，传统的弹簧夹头、螺钉连接刀柄已不能满足高速铣削夹持精度高、结构对称性好、传递扭矩大等要求，以下为作者总结的高速刀具及刀柄配置经验。
第一、优先配置热胀式刀柄通过热胀式加热仪装置进行加热，通过热胀冷缩的原理对刀具进行夹紧，其回转精度、结构对称性、动平衡性能均较液压式刀柄好，在欧洲应用非常广泛，尤其适合模具等行业产品的高速切削加工，该刀柄可达到40000r/min。其中热胀式装刀装置以德国Thermal Grip为典型代表。
其次、液压式刀柄是高精度、高性能的刀柄夹持柄，其回转精度、结构对称性和动平衡性能均较好，减振性好，可有效提高切削效率和刀具的使用寿命，液压式刀柄以德国雄克公司的为典型代表，经过动平衡后转速可达到25000r/min。
第三、整体式刀柄，如日本Nikken公司刀柄、奥地利盘石的整体铝合金铣削刀柄，其结构主要是刀体和刀柄为一体，在经过动平衡测试调整后，再安装铣削刀片进行动平衡调节来满足高速铣削加工的需要，整体式刀柄尤其适合模具的高速粗加工和铝合金高速铣削。其转速一般可以达到10000～30000r/min 之间。
最后、高速铣削应用精密弹簧夹头刀柄和侧固式刀柄时，其转速由于本身结构的限制，一般难以达到20000 r/min，精密弹簧夹头刀柄一般可达到12000～15000 r/min，而侧固式刀柄则难以达到10000 r/min，在高速机床上尽量少用。
2.高速铣削刀具
由于高速铣削对刀具刀柄要求较高，在购置高速刀具时尽量购置经过动平衡测试的刀具，常用的硬质合金、涂层硬质合金、金属陶瓷、立方氮化硼（PCBN），聚晶金刚石（PCD）在经过长时间磨损后，可应用于普通数控机床进行加工。另外一个方面由于高速切削的安全性，在进行工件加工时一定要注意加工防护，如 40mm直径刀具，主轴转速达到30000r/min,其射出的速度可达到63m/s的速度，接近于230km/h的汽车速度，切削过程中如出现断刀摔出，势必有较大的冲击动量。同时对没有把握的刀具刀柄一定要经过高速动平衡仪测试出真实数据，方可进行产品加工。此外由于高速运转时，刀具的长度在高速环境下其刀具直径和长度与静态条件下有所差别，采用激光机内对刀仪可有效解决数控编程的刀具工艺参数的确定，因此在购置高速铣削机床时，配置激光机内对刀仪是不应少的选项，尤其在进行高精度产品的铣削加工时更能体现其优势。
高速切削钢材时，刀具材料应选用热硬性和疲劳强度高的P类硬质合金、涂层硬质合金、立方氮化硼(CBN)与CBN复合刀具材料(WBN)等。切削铸铁，应选用细晶粒的K类硬质合金进行粗加工，选用复合氮化硅陶瓷或聚晶立方氮化硼(PCNB)复合刀具进行精加工。精密加工有色金属或非金属材料时，应选用聚晶金刚石PCD或CVD金刚石涂层刀具。高速铣削时应针对相应的材料选择合适的刀柄和刀具材料，铝合金高速铣削时可优先选用采用镶刀片的整体刀柄。
三、五坐标高速铣削刀具轨迹设计
高速切削有着比传统切削特殊的工艺要求，除了高速切削机床和高速切削刀具，具有合适的CAM编程软件也是至关重要的。一个优秀的高速加工CAM编程系统应具有很高的计算速度、较强的插补功能、全程自动过切检查及处理能力、自动刀柄与夹具干涉检查、进给率优化处理功能、刀具轨迹编辑优化功能、加工残余分析功能等。数控编程时应首先要注意加工方法的安全性和有效性；其次要尽一切可能保证刀具轨迹光滑平稳，这会直接影响加工质量和机床主轴等零件的寿命；最后要尽量使刀具载荷均匀，这会直接影响刀具的寿命。国内外比较成熟适用于高速加工编程的有美国EDS公司UnigraphicsNX、英国DelCAM公司的 PowerMill、以色列的Cimatron软件。
1.五轴刀具轨迹设计的关键点
在进行刀具轨迹设计之前，CAD三维模型的系统精度尽可能设置高一些，尤其是在不同的CAD系统之间进行模型转换时，优先采用CATIA (*.model)格式、Parasolid（*.x_t）格式进行数据转换，其次采用IGES格式进行数据转换，当使用IGES格式时，系统精度一般不应低于0.01mm，尤其在进行五轴高速切削精密零件时模型的精度、刀具插补精度对刀具轨迹的输出有着重要影响。
空间曲面轴加工涉及的内容比较多，尤其是五轴加工时更明显。进行五轴加工时涉及加工导动曲面、干涉面、轨迹限制区域、进退刀及刀轴矢量控制等关键技术。四轴五轴加工的基础是理解刀具轴的矢量变化。四轴五轴加工的关键技术之一是刀具轴的矢量（刀具轴的轴线矢量）在空间是如何发生变化的，而刀具轴的矢量变化是通过摆动工作台或主轴的摆动来实现的。对于矢量不发生变化的固定轴铣削场合，一般用三轴铣削即可加工出产品，五轴加工关键就是通过控制刀具轴矢量在空间位置的不断变化或使刀具轴的矢量与机床原始坐标系构成空间某个角度，利用铣刀的侧刃或底刃切削加工来完成。
①Line :刀具轴的矢量方向平行于空间的某条直线形成的固定角度方式；
②Pattern Surface:曲面法向式为刀具轴的矢量时刻指向曲面的法线方向；
③From point：点位控制刀具轴的矢量远离空间某点；To point：刀具轴的矢量指向空间某点；
④Swarf Driver：刀具轴的矢量沿着空间曲面（曲面具有直纹性）的直纹方向发生变化；
⑤刀具轴矢量连续插补控制。从上述刀具轴的矢量控制方式来看，五轴数控铣削加工的切削方式可以根据实际产品的加工来进行合理的刀具轨迹设计规划。
UGII/Contour Milling三轴高速等高分层粗铣削时，刀具轨迹之间的圆弧过渡。高速铣削加工的支持：系统提供的等高分层加工应用于高速铣削场合，在转角处以圆角的形式过渡，避免90度急转（高速场合对导轨和电机容易损坏），同时采用螺旋进退刀，系统还提供环绕等多种方式支持高速加工刀具轨迹的生成策略。 UGII/Variable Axis Milling可变轴铣削模块支持定轴和多轴铣削功能，可加工UGII造型模块中生成的任何几何体，并保持主模型相关性。该模块提供多年工程使用验证的 3~5轴铣削功能，提供刀轴控制、走刀方式选择和刀具路径生成功能。刀具轴矢量控制方式、加工策略。
UGII/Sequential Milling顺序铣模块可实现控制刀具路径生成过程中的每一步骤的情况、支持2~5轴的铣削编程、和UGII主模型完全相关，以自动化的方式，获得类似 APT直接编程一样的绝对控制、允许用户交互式地一段一段地生成刀具路径，并保持对过程中每一步的控制、提供的循环功能使用户可以仅定义某个曲面上最内和最外的刀具路径，由该模块自动生成中间的步骤、该模块是UGII数控加工模块中如自动清根等功能一样的UGII特有模块，适合于高难度的数控程序编制。
2.整体叶轮加工数控编程
在进行五坐标加工编程时，加工策略划分对于产品质量是很重要的，尤其是复杂产品的数控编程时，要求更高。整体叶轮进行五坐标高速铣削加工，其粗精加工铣削方式和刀具轨迹策略、粗精加工工序余量的合理安排、切削工艺参数加工步距、加工深度、主轴转速、机床进给等的选择对于提高产品的加工效率和质量是至关重要的。五坐标切削工艺参数的在经验基础上，针对不同的加工产品对象，对不同材料、刀柄刀具、切削方式可通过正交试验等方法进行科学试验、归纳总结选用。
整体叶轮在FIDIA KR215五坐标高速铣削中心上，分别按照三轴铣削粗加工排量、五轴流道排量、五轴叶片精铣削、五轴流道精加工铣削的加工顺序对该产品进行切削及其产品加工实例。
四、五坐标高速铣削后处理程序开发
1.五轴机床旋转刀具中心编程RTCP(Rotation Tool Centre Point)
五坐标机床及其加工编程，常用RTCP功能对机床的运动精度和数控编程进行简化，下面对RTCP（ Rotation Tool Centre Point 旋转刀具中心）编程进行简要说明。
非RTCP模式编程：为了编程五坐标的曲面加工，必须知道刀具中心与旋转主轴头中心的距离：这个距离我们称为转轴中心(pivot)。根据转轴中心和坐标转动值计算出X、Y、Z 的直线补偿，以保证刀具中心处于所期望的位置。运行一个这样得出的程序必须要求机床的转轴中心长度正好等于在书写程序时所考虑的数值。任何修改都要求重新书写程序。对于FIDIA C20数控系统G96 激活RTCP，G97 禁止RTCP
RTCP模式编程：选件RTCP 的运行原理是当存在此选项时，控制系统会保持刀具中心始终在被编程的XYZ位置上。为了保持住这个位置，转动坐标的每一个运动都会被XYZ 坐标的一个直线位移所补偿。因此，对于其它传统的数控系统而言，一个或多个转动坐标的运动会引起刀具中心的位移；而对于FIDIA 数控系统（当RTCP 选件起作用时），是坐标旋转中心的位移，保持刀具中心始终处于同一个位置上。在这种情况下，可以直接编程刀具中心的轨迹，而不需考虑转轴中心，这个转轴中心是独立于编程的，是在执行程序前由显示终端输入的，与程序无关。通过计算机编程或通过PLP 选件被记录的三坐标程序，可以通过RTCP 逻辑，以五坐标方式被执行。对于这种特殊的应用方法，必须要求使用球形刀具。这些转动坐标的运动，可以通过JOG 方式或通过手轮来完成，所以在某些加工条件下，允许所使用的刀具，其长度值小于用于三坐标加工的刀具。
2.基于UGNX平台后处理程序的开发
后置处理最重要的是将CAM软件生成的刀位轨迹转化为适合数控系统加工的NC程序，通过读取刀位文件，根据机床运动结构及控制指令格式，进行坐标运动变换和指令格式转换。通用后置处理程序是在标准的刀位轨迹以及通用的CNC系统的运动配置及控制指令的基础上进行处理。它包含机床坐标运动变换、非线性运动误差校验、进给速度校验、数控程序格式变换及数控程序输出等方面的内容。只有采用正确的后置处理系统才能将刀位轨迹输出为相应数控系统机床能正确进行加工的数控程序，因此编制正确的后置处理系统模板是数控编程与加工的前提条件之一。后处理的主要内容包括三个方面的内容：
①数控系统控制指令的输出：主要包括机床种类及机床配置、机床的定位、插补、主轴、进给、暂停、冷却、刀具补偿、固定循环、程序头尾输出等方面的控制。
②格式转换：数据类型转换与圆整、字符串处理等：主要针对数控系统的输出格式如单位、输出地址字符等方面的控制。
③算法处理：主要针对多坐标加工时的坐标变换、跨象限处理、进给速度控制。
五轴数控机床的配置形式多样，典型配置有绕X轴和Y轴旋转的两个摆动工作台，其二为主轴绕X轴或Y轴摆动，另外的工作台则相应绕Y轴或X轴摆动来构造空间的五轴联动加工。对于主轴不摆动的五轴数控机床，其摆动轴存在主次依赖关系，即主摆动轴（Primary Table）的运动影响次摆动轴（Secondary Table）的空间位置，而次摆动轴的运动则不影响主摆动轴的空间位置状态。
FIDIA KR214为带旋转工作台的六轴五联动高速铣削加工中心，其中C轴为主动轴、A轴为从动依附轴、旋转工作台为W轴；由于现有的CAM软件大多不支持六轴联动的数控程序后处理，且实际加工中，一般的五轴联动足够满足生成的需要。针对该机床加工的特性，根据需要可编制三个线性轴X、Y、Z、A、C五个轴联动后处理程序以及包括三个线性轴及A/W的五轴后处理程序。这两种后处理程序方案即可满足工程需求，修改适合KR214(或K211)数控机床的后处理程序。
五、基于Vericut五坐标高速铣削机床运动模拟
由于五坐标高速铣削加工时，刀具轨迹比较复杂，且加工过程中刀具轴矢量变化控制频繁，尤其是在进行高速切削时，刀具运动速度非常快，因此在进行实际产品加工前，进行数控程序的校对审核是非常必要的。由于五坐标联动高速切削其程序量大，许多程序采用手工的方法或者在CAM软件里进行模拟是难以有效的检查数控程序和机床的实际输出是否存在问题。采用Vericut软可以很好的节省校对时间，进行真实的模拟加工，Vericut软件非常真实的模拟机床加工过程中的干涉、过切、进退刀等状况，尤其能很好的模拟五轴加工及其RTCP功能。Vericut提供了许多功能，其中有对毛坯尺寸、位置和方位的完全图形显示，可模拟2～5轴联动的铣削和钻削加工.
UGII/Vericut 切削仿真模块是集成在UGII软件中的第三方模块，它采用人机交互方式模拟、检验和显示NC加工程序，是一种方便的验证数控程序的方法。由于省去了试切样件，可节省机床调试时间，减少刀具磨损和机床清理工作。通过定义被切零件的毛坯形状，调用NC刀位文件数据，就可检验由NC生成的刀具路径的正确性。 UGII/Vericut可以显示出加工后并着色的零件模型，用户可以容易的检查出不正确的加工情况。作为检验的另一部分，该模块还能计算出加工后零件的体积和毛坯的切除量。UGII中的数字模型可直接传输到Vericut软件中，进行模拟，包括毛坯、产品、数控刀具轨迹与刀具等数字信息。图9为UGNX 环境下提供的Vericut接口界面，进行某整体叶轮机床加工时在Vericut软件中的模拟情况，为保证该产品的质量提供了较好的检测过程。
六、小结
本文从高速铣削加工中心的刀柄系统、五坐标高速铣削的刀具轨迹设计、数控编程后处理程序开发、高速铣削切削工艺参数的合理选择、五坐标高速铣削机床加工运动模拟等方面的关键技术及其应用进行了简单介绍，希望对读者有所借鉴作用。
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一、前言
数控高速切削制造技术促进了机械冷加工制造业的飞速发展，革新了产品设计概念，如通过采用整体件加工取代零部件的分项制造装配，提高了加工效率和产品质量，缩短了产品制造周期。高速切削加速了汽车、模具、航空、航天、光学、精密机械等产品的更新换代，加速了制造技术与装备的升级，推动了企业技术进步。但目前国内存在相当一部分高速机床因各方面的原因并没有达到理想的效果，如刀具配置跟不上而低速使用，高速电主轴因长期受重载荷或使用不当造成寿命低下，企业高速切削工艺参数库及CAD\CAM高速编程软件包造成高速切削应用不是很好，高速切削工艺流程与传统的工艺流程没有有机结合，没有充分发挥高速切削加工变形小、加工效率高、定位装夹少的优势。
高速铣削机床的特点，采用主轴运动结构实现载荷的平稳，减小工作台由于运动的惯性，尤其是当工作台承载较大时，工作台本身和工件的运动载荷对高速切削极容易引起冲击，机床结构的新颖性对高速切削有着重要的影响，传统机床依靠工作台移动实现机床的XY方向的移动不是很适合高速切削。高速机床有瑞士 Mikron公司VCP710、美国Cincinnati公司HyperMach五轴加工中心、日本Mazak公司SMM－2500UHS、德国 Roders公司RFM1000、意大利FIDIA公司KR214六坐标加工中心、FIDIA公司D218五坐标加工中心等。
一般情况下，高速切削其切削速度比常规速度高出5～10倍，其材料的去除率是常规切削的3～5倍以上。对于铝合金铣削可达到1100m/min以上，铸铁可到700m/min，钢材可到380m/min以上，钻削200～1200m/min，磨削150～360m/min。采用FIDIA KR214五坐标高速铣削加工中心机床及机床验收标准试切产品。
二、高速铣削刀具刀柄
1.高速铣削刀柄
由于高速切削时，主轴、刀柄及刀具在高速旋转情况下，较小的偏心就会产生较大的离心力，由振动引起产品的质量、降低主轴和刀具的使用寿命。常规的刀具刀柄系统难以满足高速切削时的切削刚度和精度要求。现阶段比较流行常用的高速刀柄系统主要有德国的HSK刀柄、美国KM刀柄、日本NC5刀柄。HSK刀柄及 KM刀柄均为1:10的锥度，采用主轴锥孔和刀柄端面过定位的方式，实现刀具的定位夹紧，其重复定位精度在传统7:24的锥度刀柄±2.5μm提高到± 1μm，采用这种刀柄系统可以提高主轴刚度、由于其契形效果好，能提高刀具的抗扭能力，且转速越高其锁紧力越大。但这种刀柄价格较贵，一般为常规刀柄的 1.5～2倍，其最低转速小于KM刀柄。一般情况下，高速铣削时，刀具刀柄的不平衡力小于切削力时，不影响刀具的使用寿命和切削效率。
根据高速切削的动平衡规定，主轴转速至少要达到8000 r/min以上。其进给速度至少大于20m/min。50柄转速达到10000～20000 r/min，40柄以及HSK刀柄20000～40000 r/min，KM刀柄达到35000 r/min以上。由于高速铣削动平衡的要求，在配置高速铣削刀柄刀具时优先配置经过动平衡测试的刀具系统，其次用户可以自行采用动平衡机及调整系统进行动平衡调节，但其使用非常麻烦。美国Kennametal公司推出了一种通过调节主轴系统的自动平衡刀柄系统TABS刀柄，但目前应用还不广泛。为有效发挥高速切削的加工效率，在配置高速刀具夹持刀柄系统时显得非常重要，传统的弹簧夹头、螺钉连接刀柄已不能满足高速铣削夹持精度高、结构对称性好、传递扭矩大等要求，以下为作者总结的高速刀具及刀柄配置经验。
第一、优先配置热胀式刀柄通过热胀式加热仪装置进行加热，通过热胀冷缩的原理对刀具进行夹紧，其回转精度、结构对称性、动平衡性能均较液压式刀柄好，在欧洲应用非常广泛，尤其适合模具等行业产品的高速切削加工，该刀柄可达到40000r/min。其中热胀式装刀装置以德国Thermal Grip为典型代表。
其次、液压式刀柄是高精度、高性能的刀柄夹持柄，其回转精度、结构对称性和动平衡性能均较好，减振性好，可有效提高切削效率和刀具的使用寿命，液压式刀柄以德国雄克公司的为典型代表，经过动平衡后转速可达到25000r/min。
第三、整体式刀柄，如日本Nikken公司刀柄、奥地利盘石的整体铝合金铣削刀柄，其结构主要是刀体和刀柄为一体，在经过动平衡测试调整后，再安装铣削刀片进行动平衡调节来满足高速铣削加工的需要，整体式刀柄尤其适合模具的高速粗加工和铝合金高速铣削。其转速一般可以达到10000～30000r/min 之间。
最后、高速铣削应用精密弹簧夹头刀柄和侧固式刀柄时，其转速由于本身结构的限制，一般难以达到20000 r/min，精密弹簧夹头刀柄一般可达到12000～15000 r/min，而侧固式刀柄则难以达到10000 r/min，在高速机床上尽量少用。
2.高速铣削刀具
由于高速铣削对刀具刀柄要求较高，在购置高速刀具时尽量购置经过动平衡测试的刀具，常用的硬质合金、涂层硬质合金、金属陶瓷、立方氮化硼（PCBN），聚晶金刚石（PCD）在经过长时间磨损后，可应用于普通数控机床进行加工。另外一个方面由于高速切削的安全性，在进行工件加工时一定要注意加工防护，如 40mm直径刀具，主轴转速达到30000r/min,其射出的速度可达到63m/s的速度，接近于230km/h的汽车速度，切削过程中如出现断刀摔出，势必有较大的冲击动量。同时对没有把握的刀具刀柄一定要经过高速动平衡仪测试出真实数据，方可进行产品加工。此外由于高速运转时，刀具的长度在高速环境下其刀具直径和长度与静态条件下有所差别，采用激光机内对刀仪可有效解决数控编程的刀具工艺参数的确定，因此在购置高速铣削机床时，配置激光机内对刀仪是不应少的选项，尤其在进行高精度产品的铣削加工时更能体现其优势。
高速切削钢材时，刀具材料应选用热硬性和疲劳强度高的P类硬质合金、涂层硬质合金、立方氮化硼(CBN)与CBN复合刀具材料(WBN)等。切削铸铁，应选用细晶粒的K类硬质合金进行粗加工，选用复合氮化硅陶瓷或聚晶立方氮化硼(PCNB)复合刀具进行精加工。精密加工有色金属或非金属材料时，应选用聚晶金刚石PCD或CVD金刚石涂层刀具。高速铣削时应针对相应的材料选择合适的刀柄和刀具材料，铝合金高速铣削时可优先选用采用镶刀片的整体刀柄。
三、五坐标高速铣削刀具轨迹设计
高速切削有着比传统切削特殊的工艺要求，除了高速切削机床和高速切削刀具，具有合适的CAM编程软件也是至关重要的。一个优秀的高速加工CAM编程系统应具有很高的计算速度、较强的插补功能、全程自动过切检查及处理能力、自动刀柄与夹具干涉检查、进给率优化处理功能、刀具轨迹编辑优化功能、加工残余分析功能等。数控编程时应首先要注意加工方法的安全性和有效性；其次要尽一切可能保证刀具轨迹光滑平稳，这会直接影响加工质量和机床主轴等零件的寿命；最后要尽量使刀具载荷均匀，这会直接影响刀具的寿命。国内外比较成熟适用于高速加工编程的有美国EDS公司UnigraphicsNX、英国DelCAM公司的 PowerMill、以色列的Cimatron软件。
1.五轴刀具轨迹设计的关键点
在进行刀具轨迹设计之前，CAD三维模型的系统精度尽可能设置高一些，尤其是在不同的CAD系统之间进行模型转换时，优先采用CATIA (*.model)格式、Parasolid（*.x_t）格式进行数据转换，其次采用IGES格式进行数据转换，当使用IGES格式时，系统精度一般不应低于0.01mm，尤其在进行五轴高速切削精密零件时模型的精度、刀具插补精度对刀具轨迹的输出有着重要影响。
空间曲面轴加工涉及的内容比较多，尤其是五轴加工时更明显。进行五轴加工时涉及加工导动曲面、干涉面、轨迹限制区域、进退刀及刀轴矢量控制等关键技术。四轴五轴加工的基础是理解刀具轴的矢量变化。四轴五轴加工的关键技术之一是刀具轴的矢量（刀具轴的轴线矢量）在空间是如何发生变化的，而刀具轴的矢量变化是通过摆动工作台或主轴的摆动来实现的。对于矢量不发生变化的固定轴铣削场合，一般用三轴铣削即可加工出产品，五轴加工关键就是通过控制刀具轴矢量在空间位置的不断变化或使刀具轴的矢量与机床原始坐标系构成空间某个角度，利用铣刀的侧刃或底刃切削加工来完成。
①Line :刀具轴的矢量方向平行于空间的某条直线形成的固定角度方式；
②Pattern Surface:曲面法向式为刀具轴的矢量时刻指向曲面的法线方向；
③From point：点位控制刀具轴的矢量远离空间某点；To point：刀具轴的矢量指向空间某点；
④Swarf Driver：刀具轴的矢量沿着空间曲面（曲面具有直纹性）的直纹方向发生变化；
⑤刀具轴矢量连续插补控制。从上述刀具轴的矢量控制方式来看，五轴数控铣削加工的切削方式可以根据实际产品的加工来进行合理的刀具轨迹设计规划。
UGII/Contour Milling三轴高速等高分层粗铣削时，刀具轨迹之间的圆弧过渡。高速铣削加工的支持：系统提供的等高分层加工应用于高速铣削场合，在转角处以圆角的形式过渡，避免90度急转（高速场合对导轨和电机容易损坏），同时采用螺旋进退刀，系统还提供环绕等多种方式支持高速加工刀具轨迹的生成策略。 UGII/Variable Axis Milling可变轴铣削模块支持定轴和多轴铣削功能，可加工UGII造型模块中生成的任何几何体，并保持主模型相关性。该模块提供多年工程使用验证的 3~5轴铣削功能，提供刀轴控制、走刀方式选择和刀具路径生成功能。刀具轴矢量控制方式、加工策略。
UGII/Sequential Milling顺序铣模块可实现控制刀具路径生成过程中的每一步骤的情况、支持2~5轴的铣削编程、和UGII主模型完全相关，以自动化的方式，获得类似 APT直接编程一样的绝对控制、允许用户交互式地一段一段地生成刀具路径，并保持对过程中每一步的控制、提供的循环功能使用户可以仅定义某个曲面上最内和最外的刀具路径，由该模块自动生成中间的步骤、该模块是UGII数控加工模块中如自动清根等功能一样的UGII特有模块，适合于高难度的数控程序编制。
2.整体叶轮加工数控编程
在进行五坐标加工编程时，加工策略划分对于产品质量是很重要的，尤其是复杂产品的数控编程时，要求更高。整体叶轮进行五坐标高速铣削加工，其粗精加工铣削方式和刀具轨迹策略、粗精加工工序余量的合理安排、切削工艺参数加工步距、加工深度、主轴转速、机床进给等的选择对于提高产品的加工效率和质量是至关重要的。五坐标切削工艺参数的在经验基础上，针对不同的加工产品对象，对不同材料、刀柄刀具、切削方式可通过正交试验等方法进行科学试验、归纳总结选用。
整体叶轮在FIDIA KR215五坐标高速铣削中心上，分别按照三轴铣削粗加工排量、五轴流道排量、五轴叶片精铣削、五轴流道精加工铣削的加工顺序对该产品进行切削及其产品加工实例。
四、五坐标高速铣削后处理程序开发
1.五轴机床旋转刀具中心编程RTCP(Rotation Tool Centre Point)
五坐标机床及其加工编程，常用RTCP功能对机床的运动精度和数控编程进行简化，下面对RTCP（ Rotation Tool Centre Point 旋转刀具中心）编程进行简要说明。
非RTCP模式编程：为了编程五坐标的曲面加工，必须知道刀具中心与旋转主轴头中心的距离：这个距离我们称为转轴中心(pivot)。根据转轴中心和坐标转动值计算出X、Y、Z 的直线补偿，以保证刀具中心处于所期望的位置。运行一个这样得出的程序必须要求机床的转轴中心长度正好等于在书写程序时所考虑的数值。任何修改都要求重新书写程序。对于FIDIA C20数控系统G96 激活RTCP，G97 禁止RTCP
RTCP模式编程：选件RTCP 的运行原理是当存在此选项时，控制系统会保持刀具中心始终在被编程的XYZ位置上。为了保持住这个位置，转动坐标的每一个运动都会被XYZ 坐标的一个直线位移所补偿。因此，对于其它传统的数控系统而言，一个或多个转动坐标的运动会引起刀具中心的位移；而对于FIDIA 数控系统（当RTCP 选件起作用时），是坐标旋转中心的位移，保持刀具中心始终处于同一个位置上。在这种情况下，可以直接编程刀具中心的轨迹，而不需考虑转轴中心，这个转轴中心是独立于编程的，是在执行程序前由显示终端输入的，与程序无关。通过计算机编程或通过PLP 选件被记录的三坐标程序，可以通过RTCP 逻辑，以五坐标方式被执行。对于这种特殊的应用方法，必须要求使用球形刀具。这些转动坐标的运动，可以通过JOG 方式或通过手轮来完成，所以在某些加工条件下，允许所使用的刀具，其长度值小于用于三坐标加工的刀具。
2.基于UGNX平台后处理程序的开发
后置处理最重要的是将CAM软件生成的刀位轨迹转化为适合数控系统加工的NC程序，通过读取刀位文件，根据机床运动结构及控制指令格式，进行坐标运动变换和指令格式转换。通用后置处理程序是在标准的刀位轨迹以及通用的CNC系统的运动配置及控制指令的基础上进行处理。它包含机床坐标运动变换、非线性运动误差校验、进给速度校验、数控程序格式变换及数控程序输出等方面的内容。只有采用正确的后置处理系统才能将刀位轨迹输出为相应数控系统机床能正确进行加工的数控程序，因此编制正确的后置处理系统模板是数控编程与加工的前提条件之一。后处理的主要内容包括三个方面的内容：
①数控系统控制指令的输出：主要包括机床种类及机床配置、机床的定位、插补、主轴、进给、暂停、冷却、刀具补偿、固定循环、程序头尾输出等方面的控制。
②格式转换：数据类型转换与圆整、字符串处理等：主要针对数控系统的输出格式如单位、输出地址字符等方面的控制。
③算法处理：主要针对多坐标加工时的坐标变换、跨象限处理、进给速度控制。
五轴数控机床的配置形式多样，典型配置有绕X轴和Y轴旋转的两个摆动工作台，其二为主轴绕X轴或Y轴摆动，另外的工作台则相应绕Y轴或X轴摆动来构造空间的五轴联动加工。对于主轴不摆动的五轴数控机床，其摆动轴存在主次依赖关系，即主摆动轴（Primary Table）的运动影响次摆动轴（Secondary Table）的空间位置，而次摆动轴的运动则不影响主摆动轴的空间位置状态。
FIDIA KR214为带旋转工作台的六轴五联动高速铣削加工中心，其中C轴为主动轴、A轴为从动依附轴、旋转工作台为W轴；由于现有的CAM软件大多不支持六轴联动的数控程序后处理，且实际加工中，一般的五轴联动足够满足生成的需要。针对该机床加工的特性，根据需要可编制三个线性轴X、Y、Z、A、C五个轴联动后处理程序以及包括三个线性轴及A/W的五轴后处理程序。这两种后处理程序方案即可满足工程需求，修改适合KR214(或K211)数控机床的后处理程序。
五、基于Vericut五坐标高速铣削机床运动模拟
由于五坐标高速铣削加工时，刀具轨迹比较复杂，且加工过程中刀具轴矢量变化控制频繁，尤其是在进行高速切削时，刀具运动速度非常快，因此在进行实际产品加工前，进行数控程序的校对审核是非常必要的。由于五坐标联动高速切削其程序量大，许多程序采用手工的方法或者在CAM软件里进行模拟是难以有效的检查数控程序和机床的实际输出是否存在问题。采用Vericut软可以很好的节省校对时间，进行真实的模拟加工，Vericut软件非常真实的模拟机床加工过程中的干涉、过切、进退刀等状况，尤其能很好的模拟五轴加工及其RTCP功能。Vericut提供了许多功能，其中有对毛坯尺寸、位置和方位的完全图形显示，可模拟2～5轴联动的铣削和钻削加工.
UGII/Vericut 切削仿真模块是集成在UGII软件中的第三方模块，它采用人机交互方式模拟、检验和显示NC加工程序，是一种方便的验证数控程序的方法。由于省去了试切样件，可节省机床调试时间，减少刀具磨损和机床清理工作。通过定义被切零件的毛坯形状，调用NC刀位文件数据，就可检验由NC生成的刀具路径的正确性。 UGII/Vericut可以显示出加工后并着色的零件模型，用户可以容易的检查出不正确的加工情况。作为检验的另一部分，该模块还能计算出加工后零件的体积和毛坯的切除量。UGII中的数字模型可直接传输到Vericut软件中，进行模拟，包括毛坯、产品、数控刀具轨迹与刀具等数字信息。图9为UGNX 环境下提供的Vericut接口界面，进行某整体叶轮机床加工时在Vericut软件中的模拟情况，为保证该产品的质量提供了较好的检测过程。
六、小结
本文从高速铣削加工中心的刀柄系统、五坐标高速铣削的刀具轨迹设计、数控编程后处理程序开发、高速铣削切削工艺参数的合理选择、五坐标高速铣削机床加工运动模拟等方面的关键技术及其应用进行了简单介绍，希望对读者有所借鉴作用。
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深小孔镗削在线补偿方法的研究www.tool-tool.com
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在线误差补偿技术在精密车削加工中得到了广泛的应用，但在镗孔中的应用还是很少，特别是在深小孔的镗削加工中更是少见。与车削等外表面加工方法相比，镗孔时镗杆的外径尺寸受到被镗孔的严格限制，那些安装在车床刀架上的误差检测传感器和用来对加工误差进行补偿的执行元件，由于其体积较大，不便或不能安装在镗杆上。为此，本文提出一种新型结构的微调镗杆，使在线误差补偿技术能在镗削加工中得到应用。
车削加工中的微进给机构
图1a所示为日本大阪大学研制的微动刀架的结构示意图，该刀架中采用压电陶瓷传感器做微进给驱动元件。图1b是哈尔滨工业大学研制的压电陶瓷传感器驱动的微进给刀架的结构示意图。
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图1 压电陶瓷驱动的微进给刀架
上述两种微量进给刀架都是用在外表面车削加工中的误差补偿装置上，压电陶瓷(PZT)传感器和刀具装在同一条直线上，由于压电陶瓷传感器较长，使得这些微进给装置在刀具进给方向的尺寸都比较大。
镗杆的结构设计
在镗削小而深的孔时，要求镗杆的直径小而长度较长。如图2所示，设计了一种由两个同轴的内外杆组成的微调镗杆。其中，外杆做控制用，称为控制杆，控制杆做成以柔性铰链为支点的杠杆结构，镗刀和压电陶瓷传感器分别安装在控制杆的两端。内杆用来测试镗刀的微位移误差，称为测试杆，测试杆设计成悬臂形式，测试杆的一端固定在刀架座上，另一端以柔性铰链的方式与镗刀和控制杆连结在一起，通过贴在固定端的应变片测试内杆的变形来监测镗刀的径向位移误差。这种双杆形式的镗杆可以不受压电陶瓷传感器和微位移测试传感器的影响而使镗杆直径做得较小，并且长度也能做得较长，以便于加工深小孔。
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图2 双杆微调镗杆结构示意图 图3 微调镗杆在线补偿系统
微调镗杆在线补偿系统
1.主要组成及工作原理
采用闭环补偿控制的方式来提高镗削加工精度。如图3所示，微调镗杆控制系统主要由以下几部分组成: (1) 微调镗杆 (包括控制杆和测试杆)，(2) 应变测试仪部分，(3) PZT传感器及驱动电源部分，(4)控制计算机。在图2中，当镗削力FC变小时，镗刀将向下偏转，测试杆也向下偏转。由应变测试仪测的信号减小，这时计算机输出一个增大的信号给PZT传感器驱动系统，PZT传感器伸长推动控制杆绕柔性铰链支点顺时针方向旋转，这样镗刀向下的偏转就被补偿了。同样，当镗削力 FC变大镗刀向上偏转时，PZT传感器的输入电压减小而缩短，控制杆逆时针方向旋转而补偿镗刀向上的偏转。于是在精密镗孔加工过程中，就能够通过微调镗杆系统的PZT传感器的补偿作用有效提高加工精度。
2.补偿控制模型
为了对加工误差有效地进行闭环补偿控制，必须对加工误差进行在线检测和实时补偿，而且所采用的补偿控制方法不仅要能够补偿系统误差，而且还要能够补偿随机误差。预报补偿控制技术(FCC)是一种非常有效的控制法，这种控制法将加工误差当做是一组时间序列来分析，不仅能够补偿重复性的误差而且还能够补偿随机误差。预报补偿控制技术的主要优点是不必研究各式各样复杂的误差源对加工误差的影响，而且可以直接利用误差序列自身的相关性，根据已测得的误差值来有效预报下一时刻的误差值。为了对镗削加工误差进行实时补偿，镗刀的微位移误差可以用下列的AR(autoregressive)模型来表示：
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其中yt 表示镗刀在t时刻的微位移误差，fj (j= 1,2, ......)是自回归参数，d是白噪声，代表了误差序列中的不回归的随机部分(这里也包含了测试误差)。随着加工的进行，AR模型中的模型参数不断被新采集的信息所修正，这样就使随机模型能始终正确表达镗削加工误差。
预报补偿控制技术的一个主要特点是能对加工误差进行实时的预报，根据前面时刻和现在时刻测得的误差值以及所建立的AR模型来预报将来时刻的误差。这样提前预报误差后，就为实时补偿加工误差赢得了时间。根据公式(1)可以得到提前q步预报的误差值如下：
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图4 加工误差预报效果图
该系统采用的是提前一步的AR(3)模型。 图4给出了采用这种模型进行预报的效果示意图，从图中可以看出加工误差的预报值与实际值非常接近，能够满足精密镗削加工中误差补偿的要求。
实验研究
1.仿真实验
为了确定微调镗杆系统的动态补偿性能，用仿真实验的方法对镗杆系统进行了研究。用一个振动器推动镗刀来模拟切削过程。当振动器产生一组变化频率的振动时，测试微调镗杆系统的动态补偿性能。如图5所示，当振动频率由5Hz变化到40Hz时，用示波器观测到的镗刀在有补偿和没有补偿条件下的位移情况，其中1表示没有补偿条件下的镗刀位移情况，2表示有补偿条件下的镗刀位移情况。从图中可以看出微调镗杆系统能有效的补偿频率为40Hz或以下的动态误差。
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图5 加工误差预报效果图 图6 加工结果
2.镗削实验
在数控车床(MAZAK QUICK TURN 8N)上对微调镗杆在线补偿系统进行了实验研究。实验中加工一个内径为35mm，深度为160mm的孔，工件材料是Al，车床转速为500r/min。在同样的切削条件下对采用补偿和不采用补偿的情况进行了试验，并用圆度仪测试了这两种情况下加工出来的孔的圆度(如图6所示)。从图中可以看出微调镗杆在线补偿系统能有效的提高工件的加工精度。
结论
1.研制了新型双杆结构的微调镗杆补偿系统，实现了对小而深的孔进行误差在线检测和补偿的精密加工。
2.采用时间序列分析的方法对镗削加工误差进行建模和预报，试验表明这种预报补偿方法能有效提高镗削加工精度。
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车削加工中的微进给机构
图1a所示为日本大阪大学研制的微动刀架的结构示意图，该刀架中采用压电陶瓷传感器做微进给驱动元件。图1b是哈尔滨工业大学研制的压电陶瓷传感器驱动的微进给刀架的结构示意图。
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图1 压电陶瓷驱动的微进给刀架
上述两种微量进给刀架都是用在外表面车削加工中的误差补偿装置上，压电陶瓷(PZT)传感器和刀具装在同一条直线上，由于压电陶瓷传感器较长，使得这些微进给装置在刀具进给方向的尺寸都比较大。
镗杆的结构设计
在镗削小而深的孔时，要求镗杆的直径小而长度较长。如图2所示，设计了一种由两个同轴的内外杆组成的微调镗杆。其中，外杆做控制用，称为控制杆，控制杆做成以柔性铰链为支点的杠杆结构，镗刀和压电陶瓷传感器分别安装在控制杆的两端。内杆用来测试镗刀的微位移误差，称为测试杆，测试杆设计成悬臂形式，测试杆的一端固定在刀架座上，另一端以柔性铰链的方式与镗刀和控制杆连结在一起，通过贴在固定端的应变片测试内杆的变形来监测镗刀的径向位移误差。这种双杆形式的镗杆可以不受压电陶瓷传感器和微位移测试传感器的影响而使镗杆直径做得较小，并且长度也能做得较长，以便于加工深小孔。
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图2 双杆微调镗杆结构示意图 图3 微调镗杆在线补偿系统
微调镗杆在线补偿系统
1.主要组成及工作原理
采用闭环补偿控制的方式来提高镗削加工精度。如图3所示，微调镗杆控制系统主要由以下几部分组成: (1) 微调镗杆 (包括控制杆和测试杆)，(2) 应变测试仪部分，(3) PZT传感器及驱动电源部分，(4)控制计算机。在图2中，当镗削力FC变小时，镗刀将向下偏转，测试杆也向下偏转。由应变测试仪测的信号减小，这时计算机输出一个增大的信号给PZT传感器驱动系统，PZT传感器伸长推动控制杆绕柔性铰链支点顺时针方向旋转，这样镗刀向下的偏转就被补偿了。同样，当镗削力 FC变大镗刀向上偏转时，PZT传感器的输入电压减小而缩短，控制杆逆时针方向旋转而补偿镗刀向上的偏转。于是在精密镗孔加工过程中，就能够通过微调镗杆系统的PZT传感器的补偿作用有效提高加工精度。
2.补偿控制模型
为了对加工误差有效地进行闭环补偿控制，必须对加工误差进行在线检测和实时补偿，而且所采用的补偿控制方法不仅要能够补偿系统误差，而且还要能够补偿随机误差。预报补偿控制技术(FCC)是一种非常有效的控制法，这种控制法将加工误差当做是一组时间序列来分析，不仅能够补偿重复性的误差而且还能够补偿随机误差。预报补偿控制技术的主要优点是不必研究各式各样复杂的误差源对加工误差的影响，而且可以直接利用误差序列自身的相关性，根据已测得的误差值来有效预报下一时刻的误差值。为了对镗削加工误差进行实时补偿，镗刀的微位移误差可以用下列的AR(autoregressive)模型来表示：
1
其中yt 表示镗刀在t时刻的微位移误差，fj (j= 1,2, ......)是自回归参数，d是白噪声，代表了误差序列中的不回归的随机部分(这里也包含了测试误差)。随着加工的进行，AR模型中的模型参数不断被新采集的信息所修正，这样就使随机模型能始终正确表达镗削加工误差。
预报补偿控制技术的一个主要特点是能对加工误差进行实时的预报，根据前面时刻和现在时刻测得的误差值以及所建立的AR模型来预报将来时刻的误差。这样提前预报误差后，就为实时补偿加工误差赢得了时间。根据公式(1)可以得到提前q步预报的误差值如下：
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图4 加工误差预报效果图
该系统采用的是提前一步的AR(3)模型。 图4给出了采用这种模型进行预报的效果示意图，从图中可以看出加工误差的预报值与实际值非常接近，能够满足精密镗削加工中误差补偿的要求。
实验研究
1.仿真实验
为了确定微调镗杆系统的动态补偿性能，用仿真实验的方法对镗杆系统进行了研究。用一个振动器推动镗刀来模拟切削过程。当振动器产生一组变化频率的振动时，测试微调镗杆系统的动态补偿性能。如图5所示，当振动频率由5Hz变化到40Hz时，用示波器观测到的镗刀在有补偿和没有补偿条件下的位移情况，其中1表示没有补偿条件下的镗刀位移情况，2表示有补偿条件下的镗刀位移情况。从图中可以看出微调镗杆系统能有效的补偿频率为40Hz或以下的动态误差。
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图5 加工误差预报效果图 图6 加工结果
2.镗削实验
在数控车床(MAZAK QUICK TURN 8N)上对微调镗杆在线补偿系统进行了实验研究。实验中加工一个内径为35mm，深度为160mm的孔，工件材料是Al，车床转速为500r/min。在同样的切削条件下对采用补偿和不采用补偿的情况进行了试验，并用圆度仪测试了这两种情况下加工出来的孔的圆度(如图6所示)。从图中可以看出微调镗杆在线补偿系统能有效的提高工件的加工精度。
结论
1.研制了新型双杆结构的微调镗杆补偿系统，实现了对小而深的孔进行误差在线检测和补偿的精密加工。
2.采用时间序列分析的方法对镗削加工误差进行建模和预报，试验表明这种预报补偿方法能有效提高镗削加工精度。
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线路板数控铣床的铣技术分析www.tool-tool.com
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线路板数控铣床的铣技术包括选择走刀方向、补偿方法、定位方法、框架的结构、下刀点。都是保证铣加工精度的重要方面。
走刀方向、补偿方法
当铣刀切入板材时，有一个被切削面总是迎着铣刀的切削刃，而另一面总是逆着铣刀的切削刃。前者，被加工面光洁，尺寸精度高。主轴总是顺时针方向转动。所以不论是主轴固定工作台运动或是工作台固定主轴运动的数控铣床，在铣印制板的外部轮廓时，要采用逆时针方向走刀。这就是通常所说的逆铣。而在线路板内部铣框或槽时采用顺铣方式。铣板补偿是在铣板时机床自动安照设定值让铣刀自动以铣切线路的中心偏移所设定的铣刀直径的一半，即半径距离，使铣切的外形与程序设定保持一致。同时如机床有补偿的功能必需注意补偿的方向和使用程序的命令，如使用补偿命令错误会使线路板的外形多或少了相当于铣刀直径的长度和宽度的尺寸。
定位方法和下刀点
定位方法可分为两种；一是内定位，二是外定位。定位对于工艺制定人员也十分重要，一般在线路板前期制作时就应确定定位的方案。
内定位是通用的方法。所谓内定位是选择印制板内的安装孔，插拨孔或其它非金属化孔作为定位孔。孔的相对位置力求在对角线上并尽可能挑选大直径的孔。不能使用金属化孔。因为孔内镀层厚度的差异会影响你所选定位孔的一致性，同时在取板时很容易造成孔内和孔表面边缘的镀层损坏，在保证印制板定位的条件下，销钉数量愈少愈好。一般小的板使用2枚销钉，大板使用3枚销钉，其优点是定位准确，板外形变形小精确度高外形好，铣切速度快。其缺点板内各种孔径种类多需备齐各种直径的销钉，如板内没有可用的定位孔，在先期制作时需要与客户商讨在板内加定位孔较，较为烦琐。同时每一种板的铣板模板不同管理较为麻烦，费用较高。
外定位是另一种定位方法，是采用在板子外部加定位孔作为铣板的定位孔。其优点是便于管理，如果先期制作规范好的话，铣板模板一般在十五种左右。由于使用外定位所以不能一次将板铣切下来，否则线路板十分容易损坏，特别是拼板，因铣刀和吸尘装置会将板子带出造成线路板损坏和铣刀折断。而采用分段铣切留结合点的方法，先铣板当铣板完了以后程序暂停然后将板用胶带固定，执行程序的第二段，使用3mm至4mm的钻头将结合点钻掉。其优点是模板少费用小易于管理，可铣切所有板内无安装孔和定位孔的线路板，小工艺人员管理方便，特别是CAM等先期制作人员的制作可简单化，同时可优化基材的利用率。缺点是由于使用钻头，线路板外形留有至少2－3个凸起点不美观，可能不符合客户要求，铣切时间长，工人劳动强度稍大。
框架及下刀点
框架的制作是属于线路板先期的制作，框架设计不但对电镀的均匀性等有影响，同时对铣板也有影响，如设计不好框架易变形或在铣板时产生部份小的块装的小废块，产生的废块会堵塞吸尘管或碰断高速旋转的铣刀，框架变形特别是对外定位铣板时造成成品板变形，另外下刀点和加工顺序选择的好，能使框架保持最大的强度最快的速度。选择的不好，框架容易变形而使印制板报废。
BW碧威股份有限公司針對客戶端改善切削方式、提供專業切削CNC數控刀具專業能力、製造客戶需求如：Cutting tool、切削刀具、HSS Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、Carbide end mill、Aerospace cutting tool、Carbide drill、High speed steel、Milling cutter、Core drill、鎢鋼銑刀、航太刀具、鎢鋼鑽頭、高速剛、鉸刀、中心鑽頭、Taperd end mills、斜度銑刀、Metric end mills、公制銑刀、Miniature end mills、微小徑銑刀、鎢鋼切削刀具、Pilot reamer、領先鉸刀、Electronics cutter、電子用切削刀具、Step drill、階梯鑽頭、Metal cutting saw、金屬圓鋸片、Double margin drill、領先階梯鑽頭、Gun barrel、Angle milling cutter、角度銑刀、Carbide burrs、滾磨刀、Carbide tipped cutter、銲刃刀具、Chamfering tool、倒角銑刀、IC card engraving cutter、IC晶片卡刀、Side cutter、側銑刀、NAS tool、DIN tool、德國規範切削刀具、Special tool、特殊刀具、Metal slitting saws、Shell end mills、滾筒銑刀、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、交叉齒側銑刀、Long end mills、長刃銑刀、Stub roughing end mills、粗齒銑刀、Dovetail milling cutters、鳩尾刀具、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、鎢鋼圓鼻銑刀、Angeled carbide end mills、角度鎢鋼銑刀、Carbide torus cutters、短刃平銑刀、Carbide ball-noseed slot drills、鎢鋼球頭銑刀、Mould cutter、模具用刀具、BW微型渦流管槍、Tool manufacturer、刀具製造商等相關切削刀具、以服務客戶改善工廠加工條件、爭加競爭力。歡迎尋購～～～碧威股份有限公司www.tool-tool.com
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走刀方向、补偿方法
当铣刀切入板材时，有一个被切削面总是迎着铣刀的切削刃，而另一面总是逆着铣刀的切削刃。前者，被加工面光洁，尺寸精度高。主轴总是顺时针方向转动。所以不论是主轴固定工作台运动或是工作台固定主轴运动的数控铣床，在铣印制板的外部轮廓时，要采用逆时针方向走刀。这就是通常所说的逆铣。而在线路板内部铣框或槽时采用顺铣方式。铣板补偿是在铣板时机床自动安照设定值让铣刀自动以铣切线路的中心偏移所设定的铣刀直径的一半，即半径距离，使铣切的外形与程序设定保持一致。同时如机床有补偿的功能必需注意补偿的方向和使用程序的命令，如使用补偿命令错误会使线路板的外形多或少了相当于铣刀直径的长度和宽度的尺寸。
定位方法和下刀点
定位方法可分为两种；一是内定位，二是外定位。定位对于工艺制定人员也十分重要，一般在线路板前期制作时就应确定定位的方案。
内定位是通用的方法。所谓内定位是选择印制板内的安装孔，插拨孔或其它非金属化孔作为定位孔。孔的相对位置力求在对角线上并尽可能挑选大直径的孔。不能使用金属化孔。因为孔内镀层厚度的差异会影响你所选定位孔的一致性，同时在取板时很容易造成孔内和孔表面边缘的镀层损坏，在保证印制板定位的条件下，销钉数量愈少愈好。一般小的板使用2枚销钉，大板使用3枚销钉，其优点是定位准确，板外形变形小精确度高外形好，铣切速度快。其缺点板内各种孔径种类多需备齐各种直径的销钉，如板内没有可用的定位孔，在先期制作时需要与客户商讨在板内加定位孔较，较为烦琐。同时每一种板的铣板模板不同管理较为麻烦，费用较高。
外定位是另一种定位方法，是采用在板子外部加定位孔作为铣板的定位孔。其优点是便于管理，如果先期制作规范好的话，铣板模板一般在十五种左右。由于使用外定位所以不能一次将板铣切下来，否则线路板十分容易损坏，特别是拼板，因铣刀和吸尘装置会将板子带出造成线路板损坏和铣刀折断。而采用分段铣切留结合点的方法，先铣板当铣板完了以后程序暂停然后将板用胶带固定，执行程序的第二段，使用3mm至4mm的钻头将结合点钻掉。其优点是模板少费用小易于管理，可铣切所有板内无安装孔和定位孔的线路板，小工艺人员管理方便，特别是CAM等先期制作人员的制作可简单化，同时可优化基材的利用率。缺点是由于使用钻头，线路板外形留有至少2－3个凸起点不美观，可能不符合客户要求，铣切时间长，工人劳动强度稍大。
框架及下刀点
框架的制作是属于线路板先期的制作，框架设计不但对电镀的均匀性等有影响，同时对铣板也有影响，如设计不好框架易变形或在铣板时产生部份小的块装的小废块，产生的废块会堵塞吸尘管或碰断高速旋转的铣刀，框架变形特别是对外定位铣板时造成成品板变形，另外下刀点和加工顺序选择的好，能使框架保持最大的强度最快的速度。选择的不好，框架容易变形而使印制板报废。
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螺纹超高速旋风铣削www.tool-tool.com
Bewise Inc. www.tool-tool.com
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在2003 年北京国际机床展览会上，德国一家公司展出了一台超高速螺纹CNC旋风铣床，相对以往滚压(rolling)、滚齿加工(gear hobbing)和铣削加工(milling) ，这种旋风铣削加工是一种较新的加工方法。
该方法具有的特点是：①可重力切削，可以加工硬度58HRC以上的材料；②不用冷却液，环保、经济；③效率是普通铣削的3倍；④表面粗糙度值可达Ra0.4µm ，能减少或免去磨削和抛光工序；⑤形成C型短切屑，易于处理。
单就加工效率和加工质量的同时提高，就值得我们研究学习。
1 旋风铣削原理
1
图1 旋风铣削运动原理
旋风铣削加工螺纹的原理如图1所示，加工运动有：刀盘的高速旋转运动R；工件的进给旋转运动C；刀盘相对工件的轴向进给运动W；刀盘相对工件的径向切深运动X。调整参数有刀盘轴线同工件轴线的夹角b、偏心量H。
在加工螺纹时，刀盘高速旋转，转速高达8000r/min，切削速度达到40Om/min 。工件缓慢转动。根据螺纹的螺旋参数，调整刀盘偏转角b，同时使刀盘沿工件轴线移动。刀盘偏转角b等于螺纹的螺旋角。工件转动速度与刀盘的移动速度有下列关系：
VT=nwdwcotb
式中VT——刀盘的移动速度，mm/min
nw——工件的转动速度，r/min
dw——螺纹中径；mm
b——螺纹的螺旋角，rad
旋风铣削的铣削如图2所示，当铣削深度为P时，每齿切削量如图中隐影部分所示。
1
图2 旋风铣削图
切屑沿工件外径尺寸为：
aw=(d1nwp)/(znr)
式中d1——未切工件直径，mm
Z——刀盘上布置的刀齿数
由图不难看出，在旋风铣削过程中，每齿的切削厚度都是由小变大，再由大变小。切出时切削厚度由大变小，切削最终表面时切削厚度很小，所以加工表面质量比普通铣削质量高。切人时切削厚度由小变大，因此这种铣削可重力切削。
2 技术关键和难点
利用旋风铣削加工丝杠螺纹，实际上还属范成加工。加工精度影响因素较多，要保证精度，必须保证：
①刀盘要高精度平稳旋转；②刀盘头架运行导轨与工件轴线要有较高的平行度；③工件卡盘轴要有较高的精度；④工艺系统要有较高的动刚度；⑤切削刀头要有较高的成型精度；⑥多刀头的位置精度；⑦刀盘偏转角的调整精度。
3 小结
旋风铣削可以实现干切削、重载切削、难加工材料切削和超高速切削(速度达到400m/min)，加工效率高，表面粗糙度能达Ra0.4µm，是一种先进的加工方法，但刀具材料是关键。旋风铣削机床有4个加工运动，还有一角度调整自由度，结构较复杂。要达到其加工精度和效率，机床的运动精度、动态稳定性、控制精度、刀具的成型精度和耐用度都要达到很高的要求。
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1 旋风铣削原理
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图1 旋风铣削运动原理
旋风铣削加工螺纹的原理如图1所示，加工运动有：刀盘的高速旋转运动R；工件的进给旋转运动C；刀盘相对工件的轴向进给运动W；刀盘相对工件的径向切深运动X。调整参数有刀盘轴线同工件轴线的夹角b、偏心量H。
在加工螺纹时，刀盘高速旋转，转速高达8000r/min，切削速度达到40Om/min 。工件缓慢转动。根据螺纹的螺旋参数，调整刀盘偏转角b，同时使刀盘沿工件轴线移动。刀盘偏转角b等于螺纹的螺旋角。工件转动速度与刀盘的移动速度有下列关系：
VT=nwdwcotb
式中VT——刀盘的移动速度，mm/min
nw——工件的转动速度，r/min
dw——螺纹中径；mm
b——螺纹的螺旋角，rad
旋风铣削的铣削如图2所示，当铣削深度为P时，每齿切削量如图中隐影部分所示。
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图2 旋风铣削图
切屑沿工件外径尺寸为：
aw=(d1nwp)/(znr)
式中d1——未切工件直径，mm
Z——刀盘上布置的刀齿数
由图不难看出，在旋风铣削过程中，每齿的切削厚度都是由小变大，再由大变小。切出时切削厚度由大变小，切削最终表面时切削厚度很小，所以加工表面质量比普通铣削质量高。切人时切削厚度由小变大，因此这种铣削可重力切削。
2 技术关键和难点
利用旋风铣削加工丝杠螺纹，实际上还属范成加工。加工精度影响因素较多，要保证精度，必须保证：
①刀盘要高精度平稳旋转；②刀盘头架运行导轨与工件轴线要有较高的平行度；③工件卡盘轴要有较高的精度；④工艺系统要有较高的动刚度；⑤切削刀头要有较高的成型精度；⑥多刀头的位置精度；⑦刀盘偏转角的调整精度。
3 小结
旋风铣削可以实现干切削、重载切削、难加工材料切削和超高速切削(速度达到400m/min)，加工效率高，表面粗糙度能达Ra0.4µm，是一种先进的加工方法，但刀具材料是关键。旋风铣削机床有4个加工运动，还有一角度调整自由度，结构较复杂。要达到其加工精度和效率，机床的运动精度、动态稳定性、控制精度、刀具的成型精度和耐用度都要达到很高的要求。
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多件铣夹具的设计与应用www.tool-tool.com
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1引言
在铣床上铣削扁榫和直槽时，大部分夹具均采用V形块夹紧装置，但对一些形状、尺寸比较特殊的零件，如图1,若采用V形块夹紧，则会给铣削加工带来困难。
1
图1 零件图
由图1知，用V形块夹紧铣削零件两侧面时，以10外圆定位夹紧，由于其长度太短，只有5mm，虽可以夹持，但远离夹紧点中心，夹紧力不够。铣削时工件易被铣刀打飞。若加大夹紧力，又容易将其夹紧表面夹成三角形而报废。若以18的外圆加工表面夹入V形块内加工，工件端面则无法定位，造成加工误差。
为此，我们设计了用圆弧面夹紧的多件铣夹具。如图2所示。既满足了工件夹紧、定位的要求，也简化了夹具的制造工艺，使用这套夹具不但减少了废品率，同时也大大地提高了生产率。
11
图2 多件铣夹具
1.特形堵头 2.圆柱头螺钉 3.特形定位块 4.定位块 5.夹具体 6.夹紧块
7.夹紧螺钉 8.定向键 9.沉头螺钉 10.左右盖板 11.圆柱销
2多件铣夹具的结构及技术要求
2.1多件铣夹具结构如图2所示。它由特形堵头1、定位块3、4、夹具体5、夹紧块6、夹紧螺钉7及定向键8等组成。夹具定向键8安装在X62W铣床工作台面上，并使A面与其工作台面平行，安装后，拧紧夹紧螺钉7即可。
2.2多件铣夹具的技术要求
(1)保证各定位块在一条直线上。
(2)保证各定位块均可在槽内灵活移动。
(3)定位块中心孔与零件外圆18选取18H/j56的过渡配合。
(4)各定位块中心孔整体加工后需沿中心孔中心纵向切开。
2.3多件铣夹具的定位与夹紧方法
将一组待加工的零件定位于各定位块间中心孔内，由于各定位块在槽内可自由移动，定位后扭紧夹紧螺钉，使各定位块产生挤压，从而实现夹紧的目的。
2.4铣刀的选择
在多件铣夹具上可进行端面、侧面及对称平面的加工，加工表面确定后，可根据相应的平面选择不同类型的刀具。图2为采用组合铣刀在X62W铣床上铣削两对称平面。
3结语
多件铣夹具具有以下特点：
(1)可对一组零件进行加工，显著地提高了生产率。
(2)用圆弧面夹紧代替了V形块的三点夹紧方式，保证了产品质量，降低了废品率。
(3)可以进行大进给量的铣削，工件稳如“泰山”。保证了加工时的位置精度。
(4)实际生产中，若增加多件铣夹具的定位块数目，其生产率还可进一步提高。
(5)夹具制作工艺简单，实际操作也较方便。
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1引言
在铣床上铣削扁榫和直槽时，大部分夹具均采用V形块夹紧装置，但对一些形状、尺寸比较特殊的零件，如图1,若采用V形块夹紧，则会给铣削加工带来困难。
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图1 零件图
由图1知，用V形块夹紧铣削零件两侧面时，以10外圆定位夹紧，由于其长度太短，只有5mm，虽可以夹持，但远离夹紧点中心，夹紧力不够。铣削时工件易被铣刀打飞。若加大夹紧力，又容易将其夹紧表面夹成三角形而报废。若以18的外圆加工表面夹入V形块内加工，工件端面则无法定位，造成加工误差。
为此，我们设计了用圆弧面夹紧的多件铣夹具。如图2所示。既满足了工件夹紧、定位的要求，也简化了夹具的制造工艺，使用这套夹具不但减少了废品率，同时也大大地提高了生产率。
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图2 多件铣夹具
1.特形堵头 2.圆柱头螺钉 3.特形定位块 4.定位块 5.夹具体 6.夹紧块
7.夹紧螺钉 8.定向键 9.沉头螺钉 10.左右盖板 11.圆柱销
2多件铣夹具的结构及技术要求
2.1多件铣夹具结构如图2所示。它由特形堵头1、定位块3、4、夹具体5、夹紧块6、夹紧螺钉7及定向键8等组成。夹具定向键8安装在X62W铣床工作台面上，并使A面与其工作台面平行，安装后，拧紧夹紧螺钉7即可。
2.2多件铣夹具的技术要求
(1)保证各定位块在一条直线上。
(2)保证各定位块均可在槽内灵活移动。
(3)定位块中心孔与零件外圆18选取18H/j56的过渡配合。
(4)各定位块中心孔整体加工后需沿中心孔中心纵向切开。
2.3多件铣夹具的定位与夹紧方法
将一组待加工的零件定位于各定位块间中心孔内，由于各定位块在槽内可自由移动，定位后扭紧夹紧螺钉，使各定位块产生挤压，从而实现夹紧的目的。
2.4铣刀的选择
在多件铣夹具上可进行端面、侧面及对称平面的加工，加工表面确定后，可根据相应的平面选择不同类型的刀具。图2为采用组合铣刀在X62W铣床上铣削两对称平面。
3结语
多件铣夹具具有以下特点：
(1)可对一组零件进行加工，显著地提高了生产率。
(2)用圆弧面夹紧代替了V形块的三点夹紧方式，保证了产品质量，降低了废品率。
(3)可以进行大进给量的铣削，工件稳如“泰山”。保证了加工时的位置精度。
(4)实际生产中，若增加多件铣夹具的定位块数目，其生产率还可进一步提高。
(5)夹具制作工艺简单，实际操作也较方便。
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在铣床上铣削扁榫和直槽时，大部分夹具均采用V形块夹紧装置，但对一些形状、尺寸比较特殊的零件，如图1,若采用V形块夹紧，则会给铣削加工带来困难。
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图1 零件图
由图1知，用V形块夹紧铣削零件两侧面时，以10外圆定位夹紧，由于其长度太短，只有5mm，虽可以夹持，但远离夹紧点中心，夹紧力不够。铣削时工件易被铣刀打飞。若加大夹紧力，又容易将其夹紧表面夹成三角形而报废。若以18的外圆加工表面夹入V形块内加工，工件端面则无法定位，造成加工误差。
为此，我们设计了用圆弧面夹紧的多件铣夹具。如图2所示。既满足了工件夹紧、定位的要求，也简化了夹具的制造工艺，使用这套夹具不但减少了废品率，同时也大大地提高了生产率。
11
图2 多件铣夹具
1.特形堵头 2.圆柱头螺钉 3.特形定位块 4.定位块 5.夹具体 6.夹紧块
7.夹紧螺钉 8.定向键 9.沉头螺钉 10.左右盖板 11.圆柱销
2多件铣夹具的结构及技术要求
2.1多件铣夹具结构如图2所示。它由特形堵头1、定位块3、4、夹具体5、夹紧块6、夹紧螺钉7及定向键8等组成。夹具定向键8安装在X62W铣床工作台面上，并使A面与其工作台面平行，安装后，拧紧夹紧螺钉7即可。
2.2多件铣夹具的技术要求
(1)保证各定位块在一条直线上。
(2)保证各定位块均可在槽内灵活移动。
(3)定位块中心孔与零件外圆18选取18H/j56的过渡配合。
(4)各定位块中心孔整体加工后需沿中心孔中心纵向切开。
2.3多件铣夹具的定位与夹紧方法
将一组待加工的零件定位于各定位块间中心孔内，由于各定位块在槽内可自由移动，定位后扭紧夹紧螺钉，使各定位块产生挤压，从而实现夹紧的目的。
2.4铣刀的选择
在多件铣夹具上可进行端面、侧面及对称平面的加工，加工表面确定后，可根据相应的平面选择不同类型的刀具。图2为采用组合铣刀在X62W铣床上铣削两对称平面。
3结语
多件铣夹具具有以下特点：
(1)可对一组零件进行加工，显著地提高了生产率。
(2)用圆弧面夹紧代替了V形块的三点夹紧方式，保证了产品质量，降低了废品率。
(3)可以进行大进给量的铣削，工件稳如“泰山”。保证了加工时的位置精度。
(4)实际生产中，若增加多件铣夹具的定位块数目，其生产率还可进一步提高。
(5)夹具制作工艺简单，实际操作也较方便。
BW碧威股份有限公司針對客戶端改善切削方式、提供專業切削CNC數控刀具專業能力、製造客戶需求如：Cutting tool、切削刀具、HSS Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、Carbide end mill、Aerospace cutting tool、Carbide drill、High speed steel、Milling cutter、Core drill、鎢鋼銑刀、航太刀具、鎢鋼鑽頭、高速剛、鉸刀、中心鑽頭、Taperd end mills、斜度銑刀、Metric end mills、公制銑刀、Miniature end mills、微小徑銑刀、鎢鋼切削刀具、Pilot reamer、領先鉸刀、Electronics cutter、電子用切削刀具、Step drill、階梯鑽頭、Metal cutting saw、金屬圓鋸片、Double margin drill、領先階梯鑽頭、Gun barrel、Angle milling cutter、角度銑刀、Carbide burrs、滾磨刀、Carbide tipped cutter、銲刃刀具、Chamfering tool、倒角銑刀、IC card engraving cutter、IC晶片卡刀、Side cutter、側銑刀、NAS tool、DIN tool、德國規範切削刀具、Special tool、特殊刀具、Metal slitting saws、Shell end mills、滾筒銑刀、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、交叉齒側銑刀、Long end mills、長刃銑刀、Stub roughing end mills、粗齒銑刀、Dovetail milling cutters、鳩尾刀具、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、鎢鋼圓鼻銑刀、Angeled carbide end mills、角度鎢鋼銑刀、Carbide torus cutters、短刃平銑刀、Carbide ball-noseed slot drills、鎢鋼球頭銑刀、Mould cutter、模具用刀具、BW微型渦流管槍、Tool manufacturer、刀具製造商等相關切削刀具、以服務客戶改善工廠加工條件、爭加競爭力。歡迎尋購～～～碧威股份有限公司www.tool-tool.com
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1引言
在铣床上铣削扁榫和直槽时，大部分夹具均采用V形块夹紧装置，但对一些形状、尺寸比较特殊的零件，如图1,若采用V形块夹紧，则会给铣削加工带来困难。
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图1 零件图
由图1知，用V形块夹紧铣削零件两侧面时，以10外圆定位夹紧，由于其长度太短，只有5mm，虽可以夹持，但远离夹紧点中心，夹紧力不够。铣削时工件易被铣刀打飞。若加大夹紧力，又容易将其夹紧表面夹成三角形而报废。若以18的外圆加工表面夹入V形块内加工，工件端面则无法定位，造成加工误差。
为此，我们设计了用圆弧面夹紧的多件铣夹具。如图2所示。既满足了工件夹紧、定位的要求，也简化了夹具的制造工艺，使用这套夹具不但减少了废品率，同时也大大地提高了生产率。
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图2 多件铣夹具
1.特形堵头 2.圆柱头螺钉 3.特形定位块 4.定位块 5.夹具体 6.夹紧块
7.夹紧螺钉 8.定向键 9.沉头螺钉 10.左右盖板 11.圆柱销
2多件铣夹具的结构及技术要求
2.1多件铣夹具结构如图2所示。它由特形堵头1、定位块3、4、夹具体5、夹紧块6、夹紧螺钉7及定向键8等组成。夹具定向键8安装在X62W铣床工作台面上，并使A面与其工作台面平行，安装后，拧紧夹紧螺钉7即可。
2.2多件铣夹具的技术要求
(1)保证各定位块在一条直线上。
(2)保证各定位块均可在槽内灵活移动。
(3)定位块中心孔与零件外圆18选取18H/j56的过渡配合。
(4)各定位块中心孔整体加工后需沿中心孔中心纵向切开。
2.3多件铣夹具的定位与夹紧方法
将一组待加工的零件定位于各定位块间中心孔内，由于各定位块在槽内可自由移动，定位后扭紧夹紧螺钉，使各定位块产生挤压，从而实现夹紧的目的。
2.4铣刀的选择
在多件铣夹具上可进行端面、侧面及对称平面的加工，加工表面确定后，可根据相应的平面选择不同类型的刀具。图2为采用组合铣刀在X62W铣床上铣削两对称平面。
3结语
多件铣夹具具有以下特点：
(1)可对一组零件进行加工，显著地提高了生产率。
(2)用圆弧面夹紧代替了V形块的三点夹紧方式，保证了产品质量，降低了废品率。
(3)可以进行大进给量的铣削，工件稳如“泰山”。保证了加工时的位置精度。
(4)实际生产中，若增加多件铣夹具的定位块数目，其生产率还可进一步提高。
(5)夹具制作工艺简单，实际操作也较方便。
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UG的等弧长投影曲线及其在表面图样铣削加工中的应用www.tool-tool.com
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一、引言
采用数控铣在模腔上加工阳纹或阴纹的文字、标记、图案等图样，首先需要在模腔的CAD模型表面上建立图样的几何特征。在平面上建立图样特征是容易的，但是，如何在形状复杂的曲面上建立图样特征，比如塑料照相机外壳表面的皮革纹，使其形状顺应曲面的形状，保持合理的视觉效果则是一个值得探讨的技术问题。本文从实际应用出发，介绍基于UG的“等弧长投影曲线”功能的原理，探讨其创建曲面图样的方法，以便为在复杂曲面上铣削加工图样创造条件。
二、等弧长投影曲线的原理
一般的曲线投影方式不能在大起伏的曲面上产生符合形状要求的投影曲线，UG的“等弧长投影”功能（Equal Arclength）获得的投影曲线可以解决这个问题。图1显示，在等弧长”投影功能中，UG的CAD系统在平面曲线所在的平面内在用户指定的位置建立一个笛卡儿坐标系，Z轴指向投影的目标曲面， XY轴顺目标曲面的UV参数曲线的方向建立，Z轴与目标曲面的交点成为UV坐标的原点，在此原点上依曲面的U参数曲线和V参数曲线方向建立UV“曲面坐标系”，系统映射平面曲线的XY坐标到 “曲面坐标系”的 UV坐标，平面曲线的XY坐标值转化为沿“曲面坐标系”的 U和V参数曲线测量的弧长值。这样实际也就保证了投影后的曲线顺应曲面的U和V参数曲线的形状而变形。比如，一条平行于XY平面坐标系X轴的直线，其投影曲线将刚好吻合曲面的一条U参数曲线。这种投影方式类似陶瓷帖花工艺将平面的图案帖附于曲面。可见，不管目标曲面多么复杂“等弧长投影”都可以解决曲线图样的投影问题。
1
图 1
三、等弧长投影曲线在实体模型表面建立和加工图样特征的应用
运用UG的“等弧长投影曲线”功能可以将图2所示平面曲线构成的狗头图案象陶瓷帖花工艺一样“缠绕” 在花瓶表面上。
1
图 2
根据需要安排狗头图案和旋转体花瓶之间的相对空间方位，投影参考点以及投影方向，由这些条件，系统自动决定的X-Y坐标和U-V坐标轴如图2所示，投影获得的投影曲线如图4所示。这种投影原理的结果类似陶瓷帖花工艺的原理，狗头图案被“转印”到花瓶的旋转面上。
1
图 3
对于图3所示旋转体，在加工阶段，使用UG的曲线驱动加工方法，以投影曲线作为刀具的驱动几何对象，生成四轴或五轴铣加工刀轨便可以在花瓶表面上铣削加工阴纹图样的狗头图案。
四、结语
“等弧长投影曲线”功能在三维设计中可以灵活地满足不同的需要，本文就复杂曲面上铣削加工阳纹或阴纹的文字、标记、图案等图样的难题提出解决办法，以满足生产实际的需要。
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采用数控铣在模腔上加工阳纹或阴纹的文字、标记、图案等图样，首先需要在模腔的CAD模型表面上建立图样的几何特征。在平面上建立图样特征是容易的，但是，如何在形状复杂的曲面上建立图样特征，比如塑料照相机外壳表面的皮革纹，使其形状顺应曲面的形状，保持合理的视觉效果则是一个值得探讨的技术问题。本文从实际应用出发，介绍基于UG的“等弧长投影曲线”功能的原理，探讨其创建曲面图样的方法，以便为在复杂曲面上铣削加工图样创造条件。
二、等弧长投影曲线的原理
一般的曲线投影方式不能在大起伏的曲面上产生符合形状要求的投影曲线，UG的“等弧长投影”功能（Equal Arclength）获得的投影曲线可以解决这个问题。图1显示，在等弧长”投影功能中，UG的CAD系统在平面曲线所在的平面内在用户指定的位置建立一个笛卡儿坐标系，Z轴指向投影的目标曲面， XY轴顺目标曲面的UV参数曲线的方向建立，Z轴与目标曲面的交点成为UV坐标的原点，在此原点上依曲面的U参数曲线和V参数曲线方向建立UV“曲面坐标系”，系统映射平面曲线的XY坐标到 “曲面坐标系”的 UV坐标，平面曲线的XY坐标值转化为沿“曲面坐标系”的 U和V参数曲线测量的弧长值。这样实际也就保证了投影后的曲线顺应曲面的U和V参数曲线的形状而变形。比如，一条平行于XY平面坐标系X轴的直线，其投影曲线将刚好吻合曲面的一条U参数曲线。这种投影方式类似陶瓷帖花工艺将平面的图案帖附于曲面。可见，不管目标曲面多么复杂“等弧长投影”都可以解决曲线图样的投影问题。
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图 1
三、等弧长投影曲线在实体模型表面建立和加工图样特征的应用
运用UG的“等弧长投影曲线”功能可以将图2所示平面曲线构成的狗头图案象陶瓷帖花工艺一样“缠绕” 在花瓶表面上。
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图 2
根据需要安排狗头图案和旋转体花瓶之间的相对空间方位，投影参考点以及投影方向，由这些条件，系统自动决定的X-Y坐标和U-V坐标轴如图2所示，投影获得的投影曲线如图4所示。这种投影原理的结果类似陶瓷帖花工艺的原理，狗头图案被“转印”到花瓶的旋转面上。
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图 3
对于图3所示旋转体，在加工阶段，使用UG的曲线驱动加工方法，以投影曲线作为刀具的驱动几何对象，生成四轴或五轴铣加工刀轨便可以在花瓶表面上铣削加工阴纹图样的狗头图案。
四、结语
“等弧长投影曲线”功能在三维设计中可以灵活地满足不同的需要，本文就复杂曲面上铣削加工阳纹或阴纹的文字、标记、图案等图样的难题提出解决办法，以满足生产实际的需要。
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单圆弧线形叶片铣削工艺www.tool-tool.com
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引言
单圆弧线形叶轮叶片是鼓风机中的关键零件，它的制造方法有焊接、铆接及硬铝压制等。本文介绍一种利用立式铣床工作台面的平移及工件轴心回转的复合运动铣削大直径单圆弧线形叶轮叶片的加工方法。推导出了有关加工参数的计算公式，并进行了实例计算和轮廓加工误差分析。
1 铣制原理及结构
单圆弧线形叶轮叶片的铣削装置示意图见图1，是由立式铣床经过改装而成。铣制原理见图2，将被加工的工件叶轮安装在铣床附加的等分盘上，等分盘固定在回转工作台上，使工件与回转工作台同心，并紧固在一起，将铣床的工作台丝杆接长，使丝杆与挂轮系统的万向连轴节作同步转动。只要合适地选择挂轮比，可使铣床工作台移动和回转工作台的回转运动复合成一条轨迹曲线，即可近似加工出所要求的单圆弧线形叶轮叶片。
1
1、 铣刀 2、工件 3、等分盘 4、回转工作台 5、万向连轴节 6、挂轮架
图1 铣削装置示意图
1
图2 铣削原理图
运动分析与挂轮比的确定见图2，叶轮上单圆弧线形的二个端点分别为A、B，弧1即是要求的单圆弧，过B点作圆弧1的切线交圆于F点，过A点作BF平行线交内圆于C点。在切削开始时，使切线BF平行线交内圆于C点。在切削开始时，使切线BF平行于台面的纵向运动方向，于是铣刀从A点开始切削（偏心距为e）由于台面的纵向运动加上叶轮的旋转运动，使得铣刀在叶轮上加工出一条近似的单圆弧1曲线。当台面移动1距离时，叶轮旋转角度∠BOC=θ0，铣刀至B点。因此工作台的纵向移动速度v和叶轮的转动角速度ω之间的关系是1。则挂轮比是：
1
式中：S——丝杆的螺距，mm；
θ0——工件转角，度；
Zi——配制挂轮系统齿数。
2 参数计算
由上可知，加工单圆弧线形叶轮叶片的主要参数是：铣刀A点的位置，即偏心距e，1的长度，叶轮的旋转角度θ0，以上参数均可由图2几何算出。
已知叶轮叶片的设计参数，进口角β1，出口角β2，进口圆半径r1=D1/2，出口圆半径r2=D2/2，由图2可几何算出或由［1］得1圆弧的半径R为
R=(r22-R21)/［2(r2cosβ2-r1cosβ1)］ （1）
1 （2）
(1) 偏心距的计算
在ΔBOG中：
1 （3）
在ΔGOO1中：
1 （4）
在ΔAOO1中，由正弦定理可得，
1或
1 （5）
又有∠AOL=∠AOO1-∠GOO1
∴ 1 （6）
（2）叶轮转角θ0的计算
在ΔBOG中：∠BOG=90°-β1
在ΔCOH中：∠COH=arcsin(e/r1)
∴ 1 （7）
（3）工作台移动距离1的计算
∵ 1
而1
∴1 （8）
3 实例计算
已知：一台离心鼓风机的单圆弧线形叶片叶轮的设计参数为：进口角β1=278°，出口角β2=50°，进口圆半径r1=150mm，出口圆半径r2=250mm。
（1） 参数计算
由（1）式可得R=714mm，将R值代入（2）式可得R0=585.5mm。
由（3）式可得1，将1，R0值代入（4）式可得∠GOO1=83.1°，由（5）式可得∠AOO1==1，则由（6）式可得偏心距e=116.6mm。
由（7）式θ0=90°-β1-arcsin(e/r1)=11.18°
由（8）式 1
速比计算，1
实际调整后的挂轮比为：1
（2） 误差分析
由图2可知，当叶轮纵向运动距离为1时，叶轮转过角度为θ，此时铣刀至M点，由此可得：
11，式中： 1?，所以1 （9）
令1，则在ΔMOO1中，由余弦定理可得：
R2=ρ2+R20-2ρR0cos∠MOO1
令 1
则 y=∠MOO1=∠GOO1+x+θ (10)
所以 R2=ρ2+R02-2ρR0cosy （11）
由（9）（10）（11）式可知ρ、y、R均为θ的函数，当θ为不同值时，可求得相应的ρ、y、R值，设轮廓误差为ΔR，则SΔR=R-R。
由上例中，取一系列的θ值（0≤θ≤11.18°），将对应分别求出的ρ、y、R和SΔR值列于下表。
θ值与SΔR值等对应表
θ ρ(mm) y R(mm) ΔR(mm)
0° 250 110.9° 714.04 0.00
1° 240.02 113.16° 714.83 0.79
2° 230.18 115.54° 715.53 1.49
3° 220.48 118.03° 716.06 2.02
4° 210.94 120.66° 716.43 2.39
5° 201.58 123.44° 716.61 2.57
6° 192.45 126.39° 716.62 2.58
7° 183.35 129.54° 716.47 2.43
8° 174.94 132.9° 716.14 2.10
9° 166.16 136.5° 715.65 1.61
10° 158.76 140.36° 714.95 0.91
11° 151.29 144.52° 714.12 0.08
11.18° 150 145.3° 714.04 0.00
由表可知，实际廓线比理论廓线稍凸，当θ=6°时，ΔR=2.58mm，误差最大。
4 结论
利用立式铣床改装，配制挂轮，加工设备简单，工艺成本低。当调试完成后，由于单向转动进给，因而质量稳定。
该方法可以铣削各种单圆弧线形叶片及其它类偏心圆弧的线形，不受偏心尺寸限制，对于单圆弧直径及偏心尺寸的各种变化只需调整转动比，即调整配换挂轮就可满足，不需其他附加设备，扩大了铣床加工偏心圆弧的范围，同时加工受力情况较好。
单圆弧线形直径与叶片直径比值愈大，则轮廓精度越高，因而铣削大直径单圆弧曲线更显其优越性。
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引言
单圆弧线形叶轮叶片是鼓风机中的关键零件，它的制造方法有焊接、铆接及硬铝压制等。本文介绍一种利用立式铣床工作台面的平移及工件轴心回转的复合运动铣削大直径单圆弧线形叶轮叶片的加工方法。推导出了有关加工参数的计算公式，并进行了实例计算和轮廓加工误差分析。
1 铣制原理及结构
单圆弧线形叶轮叶片的铣削装置示意图见图1，是由立式铣床经过改装而成。铣制原理见图2，将被加工的工件叶轮安装在铣床附加的等分盘上，等分盘固定在回转工作台上，使工件与回转工作台同心，并紧固在一起，将铣床的工作台丝杆接长，使丝杆与挂轮系统的万向连轴节作同步转动。只要合适地选择挂轮比，可使铣床工作台移动和回转工作台的回转运动复合成一条轨迹曲线，即可近似加工出所要求的单圆弧线形叶轮叶片。
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1、 铣刀 2、工件 3、等分盘 4、回转工作台 5、万向连轴节 6、挂轮架
图1 铣削装置示意图
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图2 铣削原理图
运动分析与挂轮比的确定见图2，叶轮上单圆弧线形的二个端点分别为A、B，弧1即是要求的单圆弧，过B点作圆弧1的切线交圆于F点，过A点作BF平行线交内圆于C点。在切削开始时，使切线BF平行线交内圆于C点。在切削开始时，使切线BF平行于台面的纵向运动方向，于是铣刀从A点开始切削（偏心距为e）由于台面的纵向运动加上叶轮的旋转运动，使得铣刀在叶轮上加工出一条近似的单圆弧1曲线。当台面移动1距离时，叶轮旋转角度∠BOC=θ0，铣刀至B点。因此工作台的纵向移动速度v和叶轮的转动角速度ω之间的关系是1。则挂轮比是：
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式中：S——丝杆的螺距，mm；
θ0——工件转角，度；
Zi——配制挂轮系统齿数。
2 参数计算
由上可知，加工单圆弧线形叶轮叶片的主要参数是：铣刀A点的位置，即偏心距e，1的长度，叶轮的旋转角度θ0，以上参数均可由图2几何算出。
已知叶轮叶片的设计参数，进口角β1，出口角β2，进口圆半径r1=D1/2，出口圆半径r2=D2/2，由图2可几何算出或由［1］得1圆弧的半径R为
R=(r22-R21)/［2(r2cosβ2-r1cosβ1)］ （1）
1 （2）
(1) 偏心距的计算
在ΔBOG中：
1 （3）
在ΔGOO1中：
1 （4）
在ΔAOO1中，由正弦定理可得，
1或
1 （5）
又有∠AOL=∠AOO1-∠GOO1
∴ 1 （6）
（2）叶轮转角θ0的计算
在ΔBOG中：∠BOG=90°-β1
在ΔCOH中：∠COH=arcsin(e/r1)
∴ 1 （7）
（3）工作台移动距离1的计算
∵ 1
而1
∴1 （8）
3 实例计算
已知：一台离心鼓风机的单圆弧线形叶片叶轮的设计参数为：进口角β1=278°，出口角β2=50°，进口圆半径r1=150mm，出口圆半径r2=250mm。
（1） 参数计算
由（1）式可得R=714mm，将R值代入（2）式可得R0=585.5mm。
由（3）式可得1，将1，R0值代入（4）式可得∠GOO1=83.1°，由（5）式可得∠AOO1==1，则由（6）式可得偏心距e=116.6mm。
由（7）式θ0=90°-β1-arcsin(e/r1)=11.18°
由（8）式 1
速比计算，1
实际调整后的挂轮比为：1
（2） 误差分析
由图2可知，当叶轮纵向运动距离为1时，叶轮转过角度为θ，此时铣刀至M点，由此可得：
11，式中： 1?，所以1 （9）
令1，则在ΔMOO1中，由余弦定理可得：
R2=ρ2+R20-2ρR0cos∠MOO1
令 1
则 y=∠MOO1=∠GOO1+x+θ (10)
所以 R2=ρ2+R02-2ρR0cosy （11）
由（9）（10）（11）式可知ρ、y、R均为θ的函数，当θ为不同值时，可求得相应的ρ、y、R值，设轮廓误差为ΔR，则SΔR=R-R。
由上例中，取一系列的θ值（0≤θ≤11.18°），将对应分别求出的ρ、y、R和SΔR值列于下表。
θ值与SΔR值等对应表
θ ρ(mm) y R(mm) ΔR(mm)
0° 250 110.9° 714.04 0.00
1° 240.02 113.16° 714.83 0.79
2° 230.18 115.54° 715.53 1.49
3° 220.48 118.03° 716.06 2.02
4° 210.94 120.66° 716.43 2.39
5° 201.58 123.44° 716.61 2.57
6° 192.45 126.39° 716.62 2.58
7° 183.35 129.54° 716.47 2.43
8° 174.94 132.9° 716.14 2.10
9° 166.16 136.5° 715.65 1.61
10° 158.76 140.36° 714.95 0.91
11° 151.29 144.52° 714.12 0.08
11.18° 150 145.3° 714.04 0.00
由表可知，实际廓线比理论廓线稍凸，当θ=6°时，ΔR=2.58mm，误差最大。
4 结论
利用立式铣床改装，配制挂轮，加工设备简单，工艺成本低。当调试完成后，由于单向转动进给，因而质量稳定。
该方法可以铣削各种单圆弧线形叶片及其它类偏心圆弧的线形，不受偏心尺寸限制，对于单圆弧直径及偏心尺寸的各种变化只需调整转动比，即调整配换挂轮就可满足，不需其他附加设备，扩大了铣床加工偏心圆弧的范围，同时加工受力情况较好。
单圆弧线形直径与叶片直径比值愈大，则轮廓精度越高，因而铣削大直径单圆弧曲线更显其优越性。
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重型车床增加数控花纹轧辊铣削的改造www.tool-tool.com
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C61160×12重型车床床身工作面总长12m，增加的数控花纹轧辊铣削装置和原车床部分各占6m。通过3年多的使用表明，提高了生产率和质量，收到了较好的经济效益和社会效益。
1
图1 两种花纹孔型展开图
1 数控花纹轧辊铣削装置的用途
铣削轧辊圆柱表面花纹孔型，适用于加工图1所示两种花纹孔型，通过选配挂轮，也可加工其它类型的轧辊孔型。
2 数控花纹轧辊铣削装置组成与技术参数
本装置由分度床头箱、铣头架及尾座等组成。铣头架X、Z坐标移动由FANUC 0—TD数控系统控制，与分度床头箱的分度运动配合，完成同一方向、圆柱外表面上花纹孔型自动循环加工(图2)。主要技术参数如下：
1
图2 数控花纹轧辊铣削装置传动图
铣削花纹轧辊孔型范围(直径×长度)750mm×1900mm，工件最大重量10.5t，主轴中心高500mm，主轴分度转速范围 0.1～0.29r/min，分度角3°3′3″，铣头架Z及X坐标移动速度0.1～2000mm/min及0.1～2700mm/min，铣头转位角度 ±47.5°，尾座套筒行程300mm，分度床头箱及铣头架伺服电动机功率为3kW及X1.0kW,Z1.5kW。
3 数控花纹轧辊铣削装置主要结构
1. 分度床头箱
分度床头箱位于床身右端，用途是使工件装卡在其花盘上进行分度，每次旋转一个角度(工件上同方向相邻孔型所占的圆周角)。基本转角设置了两种：(1/59)×2p及(1/41)×2p，这两种转角与前述图1形状相对应，变换孔型方向转角为(1/118)×2p及(1/82)×2p两种，并与前述图1花纹形状相对应。当两种转角与工件要求转角不同时，可利用图2中Ⅱ、Ⅳ轴右端悬伸部分加挂轮来解决。其分度原理如下：每次分度Ⅱ轴只转一圈就停止，工件不同转角是依据接通不同传动比齿轮副来达到的。如(1/59)×2p的转角是通过1/59转=(1/59)×2p弧度。
2. 铣头架
铣头架能完成铣刀的旋转运动、X轴及Z轴的数控直线运动(进给及快速)，还具有供机床调整用的铣头主轴绕X轴转位运动和铣刀主轴套筒的微量移动运动(对刀用)。
3. 尾座
尾座位于床身的左端，尾座可以沿床身纵向移动，工件的松卡及顶紧靠移动尾座上体中的套筒来完成。
1
图3 铣削起始对刀位置
1
图4 铣头架移动程序关系
4 铣削花纹孔型的动作循环
1. 首先根据工件要求及花纹孔型选择转换开关的置放位置即1/41、1/59或挂轮选配出的其中一个位置，将自动与手动转换开关扳至自动循环位置。
2. 按花纹孔型方向调整铣头角度，并将铣头架移至右端的第一个孔型的位置(图3)。
3. 输入程序(按孔型Z坐标编程并输入)。
4. 选择铣刀主轴转速(通过挂轮选定)及选定进给速度(一般进给速度选在20mm/min)。
5. 动作循环(图4)。
* 第1个加工循环
起动铣刀旋转，铣头架沿X坐标快速移动AB距离趋近工件至B点，然后以进给速度移动BC距离至C点，铣头架延迟瞬间后快速退回，移动CA距离至A点。第1个孔型加工完毕后，为了加工第2个孔型，首先铣头架沿Z轴向左移动1个孔型节距OD(图3)，然后沿X轴重复第1个孔型的加工顺序，继而再向左移动1个Z轴 (轴向)节距加工第3个孔型……直至加工完本行中最左边一个孔型之后，分度床头箱进行分度，进行第2行最左端一个孔型的加工，铣头架向右移位加工第2个孔型……至第2行最右端一个孔型加工完后分度，加工第3行，如此继续下去(图5a)直至最后一行的最后一个孔型加工完毕，退刀，至此同一个方向的孔型全部加工完毕(第1个加工循环完毕)。铣刀停转。
1
图5 孔型加工
* 第2个加工循环
将铣头架铣刀轴线(图3)扳成与第1种孔型方向成90°(据孔型方向要求)的位置，将分度转换开关(实现前述图1中两种花纹轧辊孔型的开关，亦通过图2中电磁离合器YC1～YC4得电与否使传动链中不同齿轮啮合)扳成1/118或1/82的位置。然后进行一次手动分度。铣头架向右移位，移位距离为孔型轴向节距的1/2，起动自动循环，铣刀旋转并依照图5b所示步骤进行加工，直至第2种孔型方向的最后一个孔型铣削完毕(第2个加工循环完毕)。退刀、铣刀停转。至此一根花纹轧辊外圆柱面的交错的花纹孔型加工结束。
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图1 两种花纹孔型展开图
1 数控花纹轧辊铣削装置的用途
铣削轧辊圆柱表面花纹孔型，适用于加工图1所示两种花纹孔型，通过选配挂轮，也可加工其它类型的轧辊孔型。
2 数控花纹轧辊铣削装置组成与技术参数
本装置由分度床头箱、铣头架及尾座等组成。铣头架X、Z坐标移动由FANUC 0—TD数控系统控制，与分度床头箱的分度运动配合，完成同一方向、圆柱外表面上花纹孔型自动循环加工(图2)。主要技术参数如下：
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图2 数控花纹轧辊铣削装置传动图
铣削花纹轧辊孔型范围(直径×长度)750mm×1900mm，工件最大重量10.5t，主轴中心高500mm，主轴分度转速范围 0.1～0.29r/min，分度角3°3′3″，铣头架Z及X坐标移动速度0.1～2000mm/min及0.1～2700mm/min，铣头转位角度 ±47.5°，尾座套筒行程300mm，分度床头箱及铣头架伺服电动机功率为3kW及X1.0kW,Z1.5kW。
3 数控花纹轧辊铣削装置主要结构
1. 分度床头箱
分度床头箱位于床身右端，用途是使工件装卡在其花盘上进行分度，每次旋转一个角度(工件上同方向相邻孔型所占的圆周角)。基本转角设置了两种：(1/59)×2p及(1/41)×2p，这两种转角与前述图1形状相对应，变换孔型方向转角为(1/118)×2p及(1/82)×2p两种，并与前述图1花纹形状相对应。当两种转角与工件要求转角不同时，可利用图2中Ⅱ、Ⅳ轴右端悬伸部分加挂轮来解决。其分度原理如下：每次分度Ⅱ轴只转一圈就停止，工件不同转角是依据接通不同传动比齿轮副来达到的。如(1/59)×2p的转角是通过1/59转=(1/59)×2p弧度。
2. 铣头架
铣头架能完成铣刀的旋转运动、X轴及Z轴的数控直线运动(进给及快速)，还具有供机床调整用的铣头主轴绕X轴转位运动和铣刀主轴套筒的微量移动运动(对刀用)。
3. 尾座
尾座位于床身的左端，尾座可以沿床身纵向移动，工件的松卡及顶紧靠移动尾座上体中的套筒来完成。
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图3 铣削起始对刀位置
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图4 铣头架移动程序关系
4 铣削花纹孔型的动作循环
1. 首先根据工件要求及花纹孔型选择转换开关的置放位置即1/41、1/59或挂轮选配出的其中一个位置，将自动与手动转换开关扳至自动循环位置。
2. 按花纹孔型方向调整铣头角度，并将铣头架移至右端的第一个孔型的位置(图3)。
3. 输入程序(按孔型Z坐标编程并输入)。
4. 选择铣刀主轴转速(通过挂轮选定)及选定进给速度(一般进给速度选在20mm/min)。
5. 动作循环(图4)。
* 第1个加工循环
起动铣刀旋转，铣头架沿X坐标快速移动AB距离趋近工件至B点，然后以进给速度移动BC距离至C点，铣头架延迟瞬间后快速退回，移动CA距离至A点。第1个孔型加工完毕后，为了加工第2个孔型，首先铣头架沿Z轴向左移动1个孔型节距OD(图3)，然后沿X轴重复第1个孔型的加工顺序，继而再向左移动1个Z轴 (轴向)节距加工第3个孔型……直至加工完本行中最左边一个孔型之后，分度床头箱进行分度，进行第2行最左端一个孔型的加工，铣头架向右移位加工第2个孔型……至第2行最右端一个孔型加工完后分度，加工第3行，如此继续下去(图5a)直至最后一行的最后一个孔型加工完毕，退刀，至此同一个方向的孔型全部加工完毕(第1个加工循环完毕)。铣刀停转。
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图5 孔型加工
* 第2个加工循环
将铣头架铣刀轴线(图3)扳成与第1种孔型方向成90°(据孔型方向要求)的位置，将分度转换开关(实现前述图1中两种花纹轧辊孔型的开关，亦通过图2中电磁离合器YC1～YC4得电与否使传动链中不同齿轮啮合)扳成1/118或1/82的位置。然后进行一次手动分度。铣头架向右移位，移位距离为孔型轴向节距的1/2，起动自动循环，铣刀旋转并依照图5b所示步骤进行加工，直至第2种孔型方向的最后一个孔型铣削完毕(第2个加工循环完毕)。退刀、铣刀停转。至此一根花纹轧辊外圆柱面的交错的花纹孔型加工结束。
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“R”参数编程在数控铣削加中的运用工序www.tool-tool.com
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摘 要 数控机床是先进制造技术的基础设备，是典型的机电一体化产品。掌握数控编程技术是充分利用好这类装备关键，也是我们提高数控铣削工程训练教学水平的重要标志。
关键词 数控机床 数控铣削加工 数控编程 “R”参数编程
“数控铣削技术训练”是我中心新近开设的一门理论性较强的工程训练科目。在教学形式上，它不同于过去传统的、机械的“金工实习”。其训练目的是：了解当今先进的机械制造方法，充分发挥当今大学生知识新、反应快、创造力强的特点，结合具体的实践教学，广泛培养学生的动手能力、综合应用能力和创新能力。
由于受客观条件和教学时间的限制，自动编程（计算机编程）在目前各高校的工程训练中还未被普及，为了了解编程的基本原理及方法，手工编程仍为最常用的基本训练内容之一。
对于加工形状简单的零件，计算比较简单，程序不多，采用手工编程较容易完成，因此在点定位加工及由直线与圆弧组成的轮廓加工中，手工编程仍广泛应用。但对于形状复杂的零件，特别是具有非圆曲线、列表曲线及曲面的零件，用一般的手工编程就有一定的困难，且出错机率大，有的甚至无法编出程序。而采用“R”参数编程则可很好地解决这一问题。
非圆曲线轮廓零件的种类很多，但不管是哪一种类型的非圆曲线零件，编程时所做的数学处理是相同的。一是选择插补方式，即首先应决定是采用直线段逼近非圆曲线，还是采用圆弧段逼近非圆曲线；二是插补节点坐标计算。采用直线段逼近零件轮廓曲线，一般数学处理较简单，但计算的坐标数据较多。
等间距法是使一坐标的增量相等，然后求出曲线上相应的节点，将相邻节点连成直线，用这些直线段组成的折线代替原来的轮廓曲线（见图 1 ）。其特点是计算简单，坐标增量的选取可大可小，选得越小则加工精度越高，同时节点会增多，相应的编程费也将增加，而采用“R”参数编程正好可以弥补这一缺点。
1
现今数控铣床一般都具备“R”参数编程功能，如西门子802D数控系统，这给手工编写某些复杂图形的程序带来了方便。如图 2、3 所示，当要加工一个周期的正弦线时，通常的方法是采用自动编程，若用手工编程，则可用“R”参数编程较简单。曲线上坐标点选取的多少，可视加工精度而定。
1
1
“R”参数编程的实质，就是用变量“R”编写出“子程序”，并根据“R”数值的条件，
多次调用“子程序”，以简化编程。如：用变量R1表示上图中从0到2л各点弧度值；用[ X=100*R1/2л，Y=25*SIN（R1）]表示一个子程序，若要在正弦线上选取1000个坐标点，只可将子程序调用1000次即可。
合理的选用“R”参数编程，可以提高某些零件的加工精度（多选节点）和编程效率，它也是手工编制复杂零件程序的主要方法之一，在不具备计算机自动编程的情况下一般常采用这种办法。
编程举例：（西门子802D系统）
试用“R”参数编程的方法编制整圆的程序（如图4 ）。
1
分析：若不用圆弧插补，可将圆均分成360份，再用直线插补连接。变量R1=50表示半径，R2=360表示共分了360份，R3=1表示间隔1份，R4=0表示初始角度。
程序如下：
O0001
N10 G54 G42 G90 G00 X50 Y0 Z100
N20 G01 F20 S600 M03 Z-10
N30 R1=50 R2=360 R3=1 R4=0
N40 AA：X=R1*COS（R4） Y=R1*SIN（R4）
N50 R4=R4+1 R2=R2-R3
N60 IF R2＞＝0 GOTOB AA
N70 G00 Z50
N80 G40 M2
注解：程序中，N30程序段为条件设定；N40程序段即为程序名为AA的子程序；N50 中R4、R3是参数变量，每调用一次，R4将增加1度，R2减少1份；N60中 IF为有条件的，GOTOB 表示向前跳转，就是只有当R2大于等于零时才向前跳转到子程序AA处。
以上程序可以看出，用“R”参数编程，不管选取的节点是多少，其程序段不会增加，这就是“R”参数编程的主要特点。
“R”参数编程千变万化，掌握它的关键就在于抓住图形轮廓规律，灵活地运用好变量“R”，结合其他科目知识，开发自己的思维空间，这一点也是被实践教学所证实的。 “R”参数编程对大学生有着较强的吸引力，它是展示自己数控编程技巧的体现。例如，我校化工学院2002级封振宇同学在一天半的数控铣削加工训练中，就是充分利用了“R”参数编程功能，设计、编制、加工了如图 5 的工件，得到了各方面的好评。
1
编程思路：图中的三个风帆用了“R”参数编程，它们水平方向的间隔为30毫米，高度两端相同，中间一个高10毫米。由于三个风帆大小相同，因此，X方向的数值用实际值加R1表示，Y方向的数值也要再加上一个R6。参数条件：R1=0；R1=R1+30；R5=90*R3；
R3=0；R3=R3+1；R6=10*SIN（R5）。即加工第一个风帆时，R1、R6都为0，加工第二个风帆时则R1变为30+0，R6为10*SIN（90）。最后R3<3为跳转的条件，即共跳转两次。
主要程序：
------
N80 R1=0 R2=30 R3=0 R4=10
N90 AAA： R5=90*R3
N100 R6=R4*SIN（R5）
N110 X=35+R1 Y0
N120 G01 Z-1
N130 Y=15+R6
N140 X=17+R1
N150 G02 X=28.5+R1 Y=60+R6 CR=40
N160 G01 X39+R1 Y60+R6
N170 G03 X=X41+R1 Y=15+R6 CR=38
N180 G01 X=35+R1 Y=15+R6
N190 G00 Z20
N200 R1=R1+R2 R3=R3+1
N210 IF R3<3 GOTOB AAA
N220 G00 Z50 M2
单从图形上看，封振宇同学的设计并不复杂，但其精华之处就在于合理运用了“R”参数编程，并通过正弦线的最大值、最小值使风帆高度有所变化。即使增加风帆数量，程序段的总量也没有任何变化。例如：要将风帆改为10个，只需将程序中R3<3改为R3<10即可。
典型零件编程：
生产中常用的零件，如凸轮、齿轮、离合器、螺旋线等都可用“R”参数编程。等速凸轮由于其轮廓线为阿基米德螺旋线，所以编程比较简单，如图 6所示。
1
已知：半径R=40；OD=60；角BOD为90度。
分析：先将工作曲线分成90份，R1=90；再算
出90份中的升高量，R2=（60-40）/90；B点的起始角为
零度，R3=0；半径R4=40；间隔R5=1。起始增量R6=0。
主要程序：
------
N100 G90 G1 F20 X40 Y0
N110 R1=90 R2=20/90 R3=0 R4=40 R5=1 R6=0
N120 ABC：X=（R4+R6）*COS（R3）
Y=（R4+R6）*SIN（R3）
N130 R6=R6+R2 R3=R3+1 R1=R1-1
N140 IF R1>=0 GOTOB ABC
N150 G0 Z50 M2
三轴联动的“R”参数编程
一般的模具加工多为三维立体加工，掌握好参数变量“R”的规律，同样可进行“R”参数编程，实际上，在原两维平面加工的基础上再加上垂向的变量“R”，即可实现三维立体加工。应值得注意的是，垂向变量Δ垂的取值大小将影响平面尺寸，所以必须精心计算。如图7 所示：已知高60（R1=60），宽40，上底与下底单面差（100-80）/2=10。
1
分析：取R3=1000（1000份）；X方向每次单边缩小R2=10/1000，开始点的单边缩小量为R4=0，垂向每次提高R5=60/1000，开始点的提高量是R6=0。
主要程序：
------
N100 R1=60 R2=10/1000 R3=1000 R4=0 R5=60/1000 R6=0
N110 XYZ：Z=R6
N115 X=R4 Y0
N120 X=100-R4
N130 Y40
N140 X=R4
N150 Y0
N160 R6=R6+R5 R4=R4+R2
N170 IF R6<=R1 GOTOB XYZ
N180 G00 Z100 M2
总之，“R”参数编程简单易学、实用，趣味性大，在编程中它可以将数学公式、微分方程等有关知识结合到程序中，它也是利用基本计算方法解决工程实际问题的有效方法。
BW碧威股份有限公司針對客戶端改善切削方式、提供專業切削CNC數控刀具專業能力、製造客戶需求如：Cutting tool、切削刀具、HSS Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、Carbide end mill、Aerospace cutting tool、Carbide drill、High speed steel、Milling cutter、Core drill、鎢鋼銑刀、航太刀具、鎢鋼鑽頭、高速剛、鉸刀、中心鑽頭、Taperd end mills、斜度銑刀、Metric end mills、公制銑刀、Miniature end mills、微小徑銑刀、鎢鋼切削刀具、Pilot reamer、領先鉸刀、Electronics cutter、電子用切削刀具、Step drill、階梯鑽頭、Metal cutting saw、金屬圓鋸片、Double margin drill、領先階梯鑽頭、Gun barrel、Angle milling cutter、角度銑刀、Carbide burrs、滾磨刀、Carbide tipped cutter、銲刃刀具、Chamfering tool、倒角銑刀、IC card engraving cutter、IC晶片卡刀、Side cutter、側銑刀、NAS tool、DIN tool、德國規範切削刀具、Special tool、特殊刀具、Metal slitting saws、Shell end mills、滾筒銑刀、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、交叉齒側銑刀、Long end mills、長刃銑刀、Stub roughing end mills、粗齒銑刀、Dovetail milling cutters、鳩尾刀具、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、鎢鋼圓鼻銑刀、Angeled carbide end mills、角度鎢鋼銑刀、Carbide torus cutters、短刃平銑刀、Carbide ball-noseed slot drills、鎢鋼球頭銑刀、Mould cutter、模具用刀具、BW微型渦流管槍、Tool manufacturer、刀具製造商等相關切削刀具、以服務客戶改善工廠加工條件、爭加競爭力。歡迎尋購～～～碧威股份有限公司www.tool-tool.com
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摘 要 数控机床是先进制造技术的基础设备，是典型的机电一体化产品。掌握数控编程技术是充分利用好这类装备关键，也是我们提高数控铣削工程训练教学水平的重要标志。
关键词 数控机床 数控铣削加工 数控编程 “R”参数编程
“数控铣削技术训练”是我中心新近开设的一门理论性较强的工程训练科目。在教学形式上，它不同于过去传统的、机械的“金工实习”。其训练目的是：了解当今先进的机械制造方法，充分发挥当今大学生知识新、反应快、创造力强的特点，结合具体的实践教学，广泛培养学生的动手能力、综合应用能力和创新能力。
由于受客观条件和教学时间的限制，自动编程（计算机编程）在目前各高校的工程训练中还未被普及，为了了解编程的基本原理及方法，手工编程仍为最常用的基本训练内容之一。
对于加工形状简单的零件，计算比较简单，程序不多，采用手工编程较容易完成，因此在点定位加工及由直线与圆弧组成的轮廓加工中，手工编程仍广泛应用。但对于形状复杂的零件，特别是具有非圆曲线、列表曲线及曲面的零件，用一般的手工编程就有一定的困难，且出错机率大，有的甚至无法编出程序。而采用“R”参数编程则可很好地解决这一问题。
非圆曲线轮廓零件的种类很多，但不管是哪一种类型的非圆曲线零件，编程时所做的数学处理是相同的。一是选择插补方式，即首先应决定是采用直线段逼近非圆曲线，还是采用圆弧段逼近非圆曲线；二是插补节点坐标计算。采用直线段逼近零件轮廓曲线，一般数学处理较简单，但计算的坐标数据较多。
等间距法是使一坐标的增量相等，然后求出曲线上相应的节点，将相邻节点连成直线，用这些直线段组成的折线代替原来的轮廓曲线（见图 1 ）。其特点是计算简单，坐标增量的选取可大可小，选得越小则加工精度越高，同时节点会增多，相应的编程费也将增加，而采用“R”参数编程正好可以弥补这一缺点。
1
现今数控铣床一般都具备“R”参数编程功能，如西门子802D数控系统，这给手工编写某些复杂图形的程序带来了方便。如图 2、3 所示，当要加工一个周期的正弦线时，通常的方法是采用自动编程，若用手工编程，则可用“R”参数编程较简单。曲线上坐标点选取的多少，可视加工精度而定。
1
1
“R”参数编程的实质，就是用变量“R”编写出“子程序”，并根据“R”数值的条件，
多次调用“子程序”，以简化编程。如：用变量R1表示上图中从0到2л各点弧度值；用[ X=100*R1/2л，Y=25*SIN（R1）]表示一个子程序，若要在正弦线上选取1000个坐标点，只可将子程序调用1000次即可。
合理的选用“R”参数编程，可以提高某些零件的加工精度（多选节点）和编程效率，它也是手工编制复杂零件程序的主要方法之一，在不具备计算机自动编程的情况下一般常采用这种办法。
编程举例：（西门子802D系统）
试用“R”参数编程的方法编制整圆的程序（如图4 ）。
1
分析：若不用圆弧插补，可将圆均分成360份，再用直线插补连接。变量R1=50表示半径，R2=360表示共分了360份，R3=1表示间隔1份，R4=0表示初始角度。
程序如下：
O0001
N10 G54 G42 G90 G00 X50 Y0 Z100
N20 G01 F20 S600 M03 Z-10
N30 R1=50 R2=360 R3=1 R4=0
N40 AA：X=R1*COS（R4） Y=R1*SIN（R4）
N50 R4=R4+1 R2=R2-R3
N60 IF R2＞＝0 GOTOB AA
N70 G00 Z50
N80 G40 M2
注解：程序中，N30程序段为条件设定；N40程序段即为程序名为AA的子程序；N50 中R4、R3是参数变量，每调用一次，R4将增加1度，R2减少1份；N60中 IF为有条件的，GOTOB 表示向前跳转，就是只有当R2大于等于零时才向前跳转到子程序AA处。
以上程序可以看出，用“R”参数编程，不管选取的节点是多少，其程序段不会增加，这就是“R”参数编程的主要特点。
“R”参数编程千变万化，掌握它的关键就在于抓住图形轮廓规律，灵活地运用好变量“R”，结合其他科目知识，开发自己的思维空间，这一点也是被实践教学所证实的。 “R”参数编程对大学生有着较强的吸引力，它是展示自己数控编程技巧的体现。例如，我校化工学院2002级封振宇同学在一天半的数控铣削加工训练中，就是充分利用了“R”参数编程功能，设计、编制、加工了如图 5 的工件，得到了各方面的好评。
1
编程思路：图中的三个风帆用了“R”参数编程，它们水平方向的间隔为30毫米，高度两端相同，中间一个高10毫米。由于三个风帆大小相同，因此，X方向的数值用实际值加R1表示，Y方向的数值也要再加上一个R6。参数条件：R1=0；R1=R1+30；R5=90*R3；
R3=0；R3=R3+1；R6=10*SIN（R5）。即加工第一个风帆时，R1、R6都为0，加工第二个风帆时则R1变为30+0，R6为10*SIN（90）。最后R3<3为跳转的条件，即共跳转两次。
主要程序：
------
N80 R1=0 R2=30 R3=0 R4=10
N90 AAA： R5=90*R3
N100 R6=R4*SIN（R5）
N110 X=35+R1 Y0
N120 G01 Z-1
N130 Y=15+R6
N140 X=17+R1
N150 G02 X=28.5+R1 Y=60+R6 CR=40
N160 G01 X39+R1 Y60+R6
N170 G03 X=X41+R1 Y=15+R6 CR=38
N180 G01 X=35+R1 Y=15+R6
N190 G00 Z20
N200 R1=R1+R2 R3=R3+1
N210 IF R3<3 GOTOB AAA
N220 G00 Z50 M2
单从图形上看，封振宇同学的设计并不复杂，但其精华之处就在于合理运用了“R”参数编程，并通过正弦线的最大值、最小值使风帆高度有所变化。即使增加风帆数量，程序段的总量也没有任何变化。例如：要将风帆改为10个，只需将程序中R3<3改为R3<10即可。
典型零件编程：
生产中常用的零件，如凸轮、齿轮、离合器、螺旋线等都可用“R”参数编程。等速凸轮由于其轮廓线为阿基米德螺旋线，所以编程比较简单，如图 6所示。
1
已知：半径R=40；OD=60；角BOD为90度。
分析：先将工作曲线分成90份，R1=90；再算
出90份中的升高量，R2=（60-40）/90；B点的起始角为
零度，R3=0；半径R4=40；间隔R5=1。起始增量R6=0。
主要程序：
------
N100 G90 G1 F20 X40 Y0
N110 R1=90 R2=20/90 R3=0 R4=40 R5=1 R6=0
N120 ABC：X=（R4+R6）*COS（R3）
Y=（R4+R6）*SIN（R3）
N130 R6=R6+R2 R3=R3+1 R1=R1-1
N140 IF R1>=0 GOTOB ABC
N150 G0 Z50 M2
三轴联动的“R”参数编程
一般的模具加工多为三维立体加工，掌握好参数变量“R”的规律，同样可进行“R”参数编程，实际上，在原两维平面加工的基础上再加上垂向的变量“R”，即可实现三维立体加工。应值得注意的是，垂向变量Δ垂的取值大小将影响平面尺寸，所以必须精心计算。如图7 所示：已知高60（R1=60），宽40，上底与下底单面差（100-80）/2=10。
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分析：取R3=1000（1000份）；X方向每次单边缩小R2=10/1000，开始点的单边缩小量为R4=0，垂向每次提高R5=60/1000，开始点的提高量是R6=0。
主要程序：
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N100 R1=60 R2=10/1000 R3=1000 R4=0 R5=60/1000 R6=0
N110 XYZ：Z=R6
N115 X=R4 Y0
N120 X=100-R4
N130 Y40
N140 X=R4
N150 Y0
N160 R6=R6+R5 R4=R4+R2
N170 IF R6<=R1 GOTOB XYZ
N180 G00 Z100 M2
总之，“R”参数编程简单易学、实用，趣味性大，在编程中它可以将数学公式、微分方程等有关知识结合到程序中，它也是利用基本计算方法解决工程实际问题的有效方法。
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Vericut在少齿转子四轴精铣加工仿真中的应用www.tool-tool.com
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一、Vericut的工作流程
Vericut是美国CGTech公司开发的一款集数控加工仿真、干涉校验、工时工况分析、代码优化等多种功能于一体的软件。该系统可以以虚拟现实的方式建立数控机床、刀具、夹具和毛坯模型，在刀位数据或NC代码的驱动下模仿金属切削加工中走刀轨迹和材料被切除的过程，使用户以直观的方式对工艺规划的合理性进行评估，对是否存在干涉进行校验，并优化走刀轨迹和NC代码。Vericut的工作流程如图1所示。
1
图1 Vericut的加工仿真流程
二、少齿转子的特点和编程方法
1.转子的特点
在油量计、气量计或塑料机械进给机构中，广泛使用一种螺旋齿轮。该齿轮的特点是模数较大，且属于非标准模数。若采用齿轮滚刀加工，为减小根切，必须采用特定的工艺方法才可生产出合格产品。另一方面，它的齿数较少（常为3齿或4齿），故精加工时采用铣削方法生产，其效率和精度均是可以接受的。例如，图2是一转子齿轮，它是由4齿渐开线剖面绕z轴作螺旋运动而形成的。该剖面由齿顶圆、渐开线和摆线连接而成，其外形如图2所示。齿轮参数列于表1，齿面粗糙度Ra 为1.6。
表1 转子齿轮参数
1
1
图2 转子齿轮
2.转子的NC编程方法
由转子的形成过程可知，该工件应采用四轴加工：工件沿z轴负方向作匀速进给，同时绕z轴作匀速旋转运动，这样刀具在空间切削出一条螺旋线；每完成一个切削行程，工件快速复位，然后刀具在xOy平面上作渐开线插补运动（x、y联动），再进行第二个行程。反复执行该过程，直到整个齿面铣削完毕。这实质上仍是展成法加工。
转子NC编程时的已知条件为：（1）转子端面轮廓线。设计者通常把该轮廓离散为上千个数据点给NC编程者。（2）转子的齿数、模数、压力角、螺旋角、导程等参数。编程的具体方法如下：
（1）将端面轮廓点拟合成为光滑曲线，如图3a 所示。
1
图3 转子数据处理与建模
（2）建立转子的三维模型，如图3b所示。建模方法有很多，可在Pro/ENGINEER、AlphaCAM等平台上建立。建模时，轮廓线上任一点P(xi, yi)处的螺旋导动线方程为（坐标系参见
图2）：1
式中，q为转子长度，h为导程，为P点矢径，1，t为参变量，0≤t≤1。
（3）将端面轮廓按弧长平均打断为若干子段（图3c、图3d为局部放大图），子段数目按照表面粗糙度的要求确定。
（4）求出每个子段端点的坐标及该点处螺旋曲面的法矢量n。设球头刀半径为r，按公式P=P0＋nr计算得到刀位数据，并据此编制NC程序（按刀心编程）。
三、用Vericut对铣削过程进行仿真
1.建立毛坯模型
对精加工进行切削仿真，理论上应该建立半成品模型作为精加工前的毛坯。但是，由于转子的端面齿廓是一单值曲线，故可以把粗加工前的圆柱形毛坯作为精加工前的毛坯，如图4所示。这样，在仿真中系统可能会提示每刀切深过大，但并不影响轨迹模拟和干涉校验。
1
图4 毛坯定义
2.机床定义
机床定义的内容包括*.mch文件（定义机床、夹具）和*.usr（CNC定义）两方面。由于机床的结构千变万化，CNC类型繁多，所以通常采用基于 Vericut内嵌的机床定义文件结合具体的机床结构与CNC编程规则来定义。主要内容包括：（1）确定机床坐标系；（2）确定编程坐标系；（3）定义运动轴运动关系；（4）G代码和M代码定义。转子编程原点位于右端面中心，所以机床原点与编程原点不重合。以KAFO，某四轴立式加工中心为例，其CNC为 FANUC 0M，机床原点位于z轴与工作台面的交点。这些均可在“Component Tree”中进行设置.
3.刀具定义
转子加工时采用球头铣刀。应根据NC程序中的刀号和选定的球头刀半径定义刀具，如图6所示。
1
a)
1
图6 刀具定义
4.加工过程仿真
在定义好毛坯、机床和刀具的基础上，设置好仿真动画显示参数，就可以进行切削过程仿真了。如果需要，还可以对夹具、材料、视窗等辅助内容进行定义。图7a 是左旋转子铣削仿真中的一个场景。切削过程和切削结果均显示在图形窗口中，干涉与否可通过日志文件和提示行查看。图7b则是由机床加工出的转子成品，它与仿真加工的结果完全一致。
1
a)
1
b)
图7 仿真加工的转子与实际加工的转子
四、结束语
Vericut是集多种功能于一体的切削仿真系统。本文阐述了基于Vericut少齿转子的NC铣削仿真的实现方法。利用该平台可以以形象直观的方式实现对数控代码的校验，对于保证数控程序的正确性具有重要意义，可以将过切与干涉等不安全因素消除在机床加工之前。
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一、Vericut的工作流程
Vericut是美国CGTech公司开发的一款集数控加工仿真、干涉校验、工时工况分析、代码优化等多种功能于一体的软件。该系统可以以虚拟现实的方式建立数控机床、刀具、夹具和毛坯模型，在刀位数据或NC代码的驱动下模仿金属切削加工中走刀轨迹和材料被切除的过程，使用户以直观的方式对工艺规划的合理性进行评估，对是否存在干涉进行校验，并优化走刀轨迹和NC代码。Vericut的工作流程如图1所示。
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图1 Vericut的加工仿真流程
二、少齿转子的特点和编程方法
1.转子的特点
在油量计、气量计或塑料机械进给机构中，广泛使用一种螺旋齿轮。该齿轮的特点是模数较大，且属于非标准模数。若采用齿轮滚刀加工，为减小根切，必须采用特定的工艺方法才可生产出合格产品。另一方面，它的齿数较少（常为3齿或4齿），故精加工时采用铣削方法生产，其效率和精度均是可以接受的。例如，图2是一转子齿轮，它是由4齿渐开线剖面绕z轴作螺旋运动而形成的。该剖面由齿顶圆、渐开线和摆线连接而成，其外形如图2所示。齿轮参数列于表1，齿面粗糙度Ra 为1.6。
表1 转子齿轮参数
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图2 转子齿轮
2.转子的NC编程方法
由转子的形成过程可知，该工件应采用四轴加工：工件沿z轴负方向作匀速进给，同时绕z轴作匀速旋转运动，这样刀具在空间切削出一条螺旋线；每完成一个切削行程，工件快速复位，然后刀具在xOy平面上作渐开线插补运动（x、y联动），再进行第二个行程。反复执行该过程，直到整个齿面铣削完毕。这实质上仍是展成法加工。
转子NC编程时的已知条件为：（1）转子端面轮廓线。设计者通常把该轮廓离散为上千个数据点给NC编程者。（2）转子的齿数、模数、压力角、螺旋角、导程等参数。编程的具体方法如下：
（1）将端面轮廓点拟合成为光滑曲线，如图3a 所示。
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图3 转子数据处理与建模
（2）建立转子的三维模型，如图3b所示。建模方法有很多，可在Pro/ENGINEER、AlphaCAM等平台上建立。建模时，轮廓线上任一点P(xi, yi)处的螺旋导动线方程为（坐标系参见
图2）：1
式中，q为转子长度，h为导程，为P点矢径，1，t为参变量，0≤t≤1。
（3）将端面轮廓按弧长平均打断为若干子段（图3c、图3d为局部放大图），子段数目按照表面粗糙度的要求确定。
（4）求出每个子段端点的坐标及该点处螺旋曲面的法矢量n。设球头刀半径为r，按公式P=P0＋nr计算得到刀位数据，并据此编制NC程序（按刀心编程）。
三、用Vericut对铣削过程进行仿真
1.建立毛坯模型
对精加工进行切削仿真，理论上应该建立半成品模型作为精加工前的毛坯。但是，由于转子的端面齿廓是一单值曲线，故可以把粗加工前的圆柱形毛坯作为精加工前的毛坯，如图4所示。这样，在仿真中系统可能会提示每刀切深过大，但并不影响轨迹模拟和干涉校验。
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图4 毛坯定义
2.机床定义
机床定义的内容包括*.mch文件（定义机床、夹具）和*.usr（CNC定义）两方面。由于机床的结构千变万化，CNC类型繁多，所以通常采用基于 Vericut内嵌的机床定义文件结合具体的机床结构与CNC编程规则来定义。主要内容包括：（1）确定机床坐标系；（2）确定编程坐标系；（3）定义运动轴运动关系；（4）G代码和M代码定义。转子编程原点位于右端面中心，所以机床原点与编程原点不重合。以KAFO，某四轴立式加工中心为例，其CNC为 FANUC 0M，机床原点位于z轴与工作台面的交点。这些均可在“Component Tree”中进行设置.
3.刀具定义
转子加工时采用球头铣刀。应根据NC程序中的刀号和选定的球头刀半径定义刀具，如图6所示。
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图6 刀具定义
4.加工过程仿真
在定义好毛坯、机床和刀具的基础上，设置好仿真动画显示参数，就可以进行切削过程仿真了。如果需要，还可以对夹具、材料、视窗等辅助内容进行定义。图7a 是左旋转子铣削仿真中的一个场景。切削过程和切削结果均显示在图形窗口中，干涉与否可通过日志文件和提示行查看。图7b则是由机床加工出的转子成品，它与仿真加工的结果完全一致。
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a)
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图7 仿真加工的转子与实际加工的转子
四、结束语
Vericut是集多种功能于一体的切削仿真系统。本文阐述了基于Vericut少齿转子的NC铣削仿真的实现方法。利用该平台可以以形象直观的方式实现对数控代码的校验，对于保证数控程序的正确性具有重要意义，可以将过切与干涉等不安全因素消除在机床加工之前。
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凸轮的数控铣削工艺分析及程序编制www.tool-tool.com
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平面凸轮如图1所示。
1
图1 平面凸轮
1．工艺分析
从图上要求看出，凸轮曲线分别由几段圆弧组成，φ30孔为设计基准，其余表面包括4-φ13H7孔均已加工。故取φ30孔和一个端面作为主要定位面，在联接孔φ13的一个孔内增加削边销，在端面上用螺母垫圈压紧。因为孔是设计和定位的基准，所以对刀点选在孔中心线与端面的交点上，这样很容易确定刀具中心与零件的相对位置。
2．加工调整
加工坐标系在X和Y方向上的位置设在工作台中间，在G53坐标系中取X＝-400， Y＝-100。Z坐标可以按刀具长度和夹具、零件高度决定，如选用φ20的立铣刀，零件上端面为Z向坐标零点，该点在G53坐标系中的位置为Z＝-80 处，将上述三个数值设置到G54加工坐标系中。加工工序卡如表1所示。
表1 数控加工工序卡
数控加工工序卡
零件图号
零件名称
文件编号
第 页
NC 01
凸轮
1
工序号
工序名称
材料
50
铣周边轮廓
45#
加工车间
设备型号
XK5032
主程序名
子程序名
加工原点
O100
G54
刀具半径补偿
刀具长度补偿
H01＝10
0
工步号
工步内容
工 装
1
数控铣周边轮廓
夹具
刀具
定心夹具
立铣刀φ20
更改标记
更改单号
更改者/日期
工艺员
校对
审定
批准
3．数学处理
该凸轮加工的轮廓均为圆弧组成，因而只要计算出基点坐标，就可编制程序。在加工坐标系中，各点的坐标计算如下：
BC弧的中心O1点：X＝-(175＋63．8)sin8°59′＝-37．28
Y＝-(175＋63．8)cos8°59′＝-235．86
EF弧的中心O2点：X2＋Y2＝692 } 联立
(X-64)2＋Y2＝212
解之得 X＝65．75，Y＝20．93
HI弧的中心O4点：X＝-(175＋61)cos24°15′＝-215.18
Y＝(175＋61)sin 24°15′＝96．93
DE弧的中心O5点：X2＋Y2＝63．72 } 联立
(X-65．75)2＋(Y-20．93)2＝21．302
解之得 X＝63．70，Y＝-0．27
B点： X＝-63．8sin8°59′＝-9．96
Y＝-63．8cos8°59′＝-63．02
C点： X2＋Y2＝642 } 联立
(X＋37．28)2＋(Y＋235．86)2＝1752
解之得 X＝-5．57，Y＝-63．76
D点： (X-63．70)2＋(Y＋0．27)2＝0．32 } 联立
X2＋Y2＝642
解之得 X＝63．99，Y＝-0．28
E点： (X-63．7)2＋(Y＋0．27)2＝0．32 } 联立
(X-65．75)2＋(Y-20．93)2＝212
解之得 X＝63．72，Y＝0．03
F点： (X＋1．07)2＋(Y-16)2＝462 } 联立
(X-65．75)2＋(Y-20．93)2＝212
解之得 X＝44．79，Y＝19．60
G点： (X＋1．07)2＋(Y-16)2＝462 } 联立
X2＋Y2＝612
解之得 X＝14．79，Y＝59．18
H点： X＝-61cos24°15′＝-55．62
Y＝61sin 24°15′＝25．05
I点： X2＋Y2＝63．802 } 联立
(X＋215．18)2＋(Y-96．93)2＝1752
解之得 X＝-63．02，Y＝9．97
根据上面的数值计算，可画出凸轮加工走刀路线图。如表2所示。
表2 数控加工走刀路线图
数控加工走刀路线图
零件图号
NC01
工序号
工步号
程序号
O100
机床型号
XK5032
程序段号
<, P class=MsoNormal style="LINE-HEIGHT: 150%">N10～N170
加工内容
铣周边轮廓
共1页
第 页
1
编程
校对
审批
符号
⊙
→
含义
抬刀
下刀
编程原点
起刀点
走刀方向
走刀线相交
爬斜坡
铰孔
行切
4．编写加工程序
凸轮加工的程序及程序说明如下：
N10 G54 X0 Y0 Z40 //进入加工坐标系
N20 G90 G00 G17 X-73．8 Y20 //由起刀点到加工开始点
N30 G00 Z0 //下刀至零件上表面
N40 G01 Z-16 F200 //下刀至零件下表面以下1mm
N50 G42 G01 X-63．8Y10 F80 H01 //开始刀具半径补偿
N60 G01 X-63．8 Y0 //切入零件至A点
N70 G03 X-9．96 Y-63．02 R63．8 //切削AB
N80 G02 X-5．57 Y-63．76 R175 //切削BC
N90 G03 X63．99 Y-0．28 R64 //切削CD
N100 G03 X63．72 Y0．03 R0．3 //切削DE
N110 G02 X44．79 Y19．6 R21 //切削EF
N120 G03 X14．79 Y59．18 R46 //切削FG
N130 G03 X-55．26 Y25．05 R61 //切削GH
N140 G02 X-63．02 Y9．97 R175 //切削HI
N150 G03 X-63．80 Y0 R63．8 //切削IA
N160 G01 X-63．80 Y-10 //切削零件
N170 G01 G40 X-73．8 Y-20 //取消刀具补偿
N180 G00 Z40 //Z向抬刀
N190 G00 X0 Y0 M02 //返回加工坐标系原点，结束
参数设置：H01＝10；
G54：X＝-400，Y＝-100，Z＝-80。
BW碧威股份有限公司針對客戶端改善切削方式、提供專業切削CNC數控刀具專業能力、製造客戶需求如：Cutting tool、切削刀具、HSS Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、Carbide end mill、Aerospace cutting tool、Carbide drill、High speed steel、Milling cutter、Core drill、鎢鋼銑刀、航太刀具、鎢鋼鑽頭、高速剛、鉸刀、中心鑽頭、Taperd end mills、斜度銑刀、Metric end mills、公制銑刀、Miniature end mills、微小徑銑刀、鎢鋼切削刀具、Pilot reamer、領先鉸刀、Electronics cutter、電子用切削刀具、Step drill、階梯鑽頭、Metal cutting saw、金屬圓鋸片、Double margin drill、領先階梯鑽頭、Gun barrel、Angle milling cutter、角度銑刀、Carbide burrs、滾磨刀、Carbide tipped cutter、銲刃刀具、Chamfering tool、倒角銑刀、IC card engraving cutter、IC晶片卡刀、Side cutter、側銑刀、NAS tool、DIN tool、德國規範切削刀具、Special tool、特殊刀具、Metal slitting saws、Shell end mills、滾筒銑刀、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、交叉齒側銑刀、Long end mills、長刃銑刀、Stub roughing end mills、粗齒銑刀、Dovetail milling cutters、鳩尾刀具、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、鎢鋼圓鼻銑刀、Angeled carbide end mills、角度鎢鋼銑刀、Carbide torus cutters、短刃平銑刀、Carbide ball-noseed slot drills、鎢鋼球頭銑刀、Mould cutter、模具用刀具、BW微型渦流管槍、Tool manufacturer、刀具製造商等相關切削刀具、以服務客戶改善工廠加工條件、爭加競爭力。歡迎尋購～～～碧威股份有限公司www.tool-tool.com
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平面凸轮如图1所示。
1
图1 平面凸轮
1．工艺分析
从图上要求看出，凸轮曲线分别由几段圆弧组成，φ30孔为设计基准，其余表面包括4-φ13H7孔均已加工。故取φ30孔和一个端面作为主要定位面，在联接孔φ13的一个孔内增加削边销，在端面上用螺母垫圈压紧。因为孔是设计和定位的基准，所以对刀点选在孔中心线与端面的交点上，这样很容易确定刀具中心与零件的相对位置。
2．加工调整
加工坐标系在X和Y方向上的位置设在工作台中间，在G53坐标系中取X＝-400， Y＝-100。Z坐标可以按刀具长度和夹具、零件高度决定，如选用φ20的立铣刀，零件上端面为Z向坐标零点，该点在G53坐标系中的位置为Z＝-80 处，将上述三个数值设置到G54加工坐标系中。加工工序卡如表1所示。
表1 数控加工工序卡
数控加工工序卡
零件图号
零件名称
文件编号
第 页
NC 01
凸轮
1
工序号
工序名称
材料
50
铣周边轮廓
45#
加工车间
设备型号
XK5032
主程序名
子程序名
加工原点
O100
G54
刀具半径补偿
刀具长度补偿
H01＝10
0
工步号
工步内容
工 装
1
数控铣周边轮廓
夹具
刀具
定心夹具
立铣刀φ20
更改标记
更改单号
更改者/日期
工艺员
校对
审定
批准
3．数学处理
该凸轮加工的轮廓均为圆弧组成，因而只要计算出基点坐标，就可编制程序。在加工坐标系中，各点的坐标计算如下：
BC弧的中心O1点：X＝-(175＋63．8)sin8°59′＝-37．28
Y＝-(175＋63．8)cos8°59′＝-235．86
EF弧的中心O2点：X2＋Y2＝692 } 联立
(X-64)2＋Y2＝212
解之得 X＝65．75，Y＝20．93
HI弧的中心O4点：X＝-(175＋61)cos24°15′＝-215.18
Y＝(175＋61)sin 24°15′＝96．93
DE弧的中心O5点：X2＋Y2＝63．72 } 联立
(X-65．75)2＋(Y-20．93)2＝21．302
解之得 X＝63．70，Y＝-0．27
B点： X＝-63．8sin8°59′＝-9．96
Y＝-63．8cos8°59′＝-63．02
C点： X2＋Y2＝642 } 联立
(X＋37．28)2＋(Y＋235．86)2＝1752
解之得 X＝-5．57，Y＝-63．76
D点： (X-63．70)2＋(Y＋0．27)2＝0．32 } 联立
X2＋Y2＝642
解之得 X＝63．99，Y＝-0．28
E点： (X-63．7)2＋(Y＋0．27)2＝0．32 } 联立
(X-65．75)2＋(Y-20．93)2＝212
解之得 X＝63．72，Y＝0．03
F点： (X＋1．07)2＋(Y-16)2＝462 } 联立
(X-65．75)2＋(Y-20．93)2＝212
解之得 X＝44．79，Y＝19．60
G点： (X＋1．07)2＋(Y-16)2＝462 } 联立
X2＋Y2＝612
解之得 X＝14．79，Y＝59．18
H点： X＝-61cos24°15′＝-55．62
Y＝61sin 24°15′＝25．05
I点： X2＋Y2＝63．802 } 联立
(X＋215．18)2＋(Y-96．93)2＝1752
解之得 X＝-63．02，Y＝9．97
根据上面的数值计算，可画出凸轮加工走刀路线图。如表2所示。
表2 数控加工走刀路线图
数控加工走刀路线图
零件图号
NC01
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工步号
程序号
O100
机床型号
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加工内容
铣周边轮廓
共1页
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1
编程
校对
审批
符号
⊙
→
含义
抬刀
下刀
编程原点
起刀点
走刀方向
走刀线相交
爬斜坡
铰孔
行切
4．编写加工程序
凸轮加工的程序及程序说明如下：
N10 G54 X0 Y0 Z40 //进入加工坐标系
N20 G90 G00 G17 X-73．8 Y20 //由起刀点到加工开始点
N30 G00 Z0 //下刀至零件上表面
N40 G01 Z-16 F200 //下刀至零件下表面以下1mm
N50 G42 G01 X-63．8Y10 F80 H01 //开始刀具半径补偿
N60 G01 X-63．8 Y0 //切入零件至A点
N70 G03 X-9．96 Y-63．02 R63．8 //切削AB
N80 G02 X-5．57 Y-63．76 R175 //切削BC
N90 G03 X63．99 Y-0．28 R64 //切削CD
N100 G03 X63．72 Y0．03 R0．3 //切削DE
N110 G02 X44．79 Y19．6 R21 //切削EF
N120 G03 X14．79 Y59．18 R46 //切削FG
N130 G03 X-55．26 Y25．05 R61 //切削GH
N140 G02 X-63．02 Y9．97 R175 //切削HI
N150 G03 X-63．80 Y0 R63．8 //切削IA
N160 G01 X-63．80 Y-10 //切削零件
N170 G01 G40 X-73．8 Y-20 //取消刀具补偿
N180 G00 Z40 //Z向抬刀
N190 G00 X0 Y0 M02 //返回加工坐标系原点，结束
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数控铣削加工路线的确定(三种典型零件举例)www.tool-tool.com
Bewise Inc. www.tool-tool.com
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摘要:数控铣削加工路线的确定(三种典型零件举例) 在数控加工中，刀具(严格说是刀位点)相对于工件的运动轨迹和方向称为加工路线。即刀具从对刀点开始运动起，直至结束加工所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具引入、返回等非切削空行程。加工路线的确定首先必须保证被加工零件的尺寸精度和表面质量
数控铣削加工路线的确定(三种典型零件举例)
在数控加工中，刀具(严格说是刀位点)相对于工件的运动轨迹和方向称为加工路线。即刀具从对刀点开始运动起，直至结束加工所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具引入、返回等非切削空行程。加工路线的确定首先必须保证被加工零件的尺寸精度和表面质量，其次考虑数值计算简单，走刀路线尽量短，效率较高等。
下面举例分析数控机床加工零件时常用的加工路线。
（1）轮廓铣削加工路线的分析
对于连续铣削轮廓，特别是加工圆弧时，要注意安排好刀具的切入、切出，要尽量避免交接处重复加工，否则会出现明显的界限痕迹。如图a所示，用圆弧插补方式铣削外整圆时，要安排刀具从切向进入圆周铣削加工，当整圆加工完毕后，不要在切点处直接退刀，而让刀具多运动一段距离，最好沿切线方向退出，以免取消刀具补偿时，刀具与工件表面相碰撞，造成工件报废。铣削内圆弧时，也要遵守从切向切入的原则，安排切入、切出过渡圆弧，如图b所示。
2
a)
1
b)
（2）曲面的加工路线的分析
对于边界敞开的直纹曲面，加工时常采用球头刀进行“行切法”加工，即刀具与零件轮廓的切点轨迹是一行一行，行间距按零件加工精度要求而确定，如图所示的发动机大叶片，可采用两种加工路线。采用图a的加工方案时，每次沿直线加工，刀位点计算简单，程序少，加工过程符合直纹面的形成，可以准确保证母线的直线度。当采用图b所示的加工方案时，符合这类零件数据给出情况，便于加工后检验，叶形的准确度高，但程序较多。由于曲面零件的边界是敞开的，没有其它表面限制，所以曲面边界可以延伸，球头刀应由边界外开始加工。
1
（3）孔系加工的路线
对于位置精度要求精度较高的孔系加工，特别要注意孔的加工顺序的安排，安排不当时，就有可能将沿坐标轴的反向间隙带入，直接影响位置精度。如图所示，图 (a)为零件图，在该零件上加工六个尺寸相同的孔，有两种加工路线。当按(b)图所示路线加工时，由于5、6孔与1、2、3、4孔定位方向相反，Y方向反向间隙会使定位误差增加，而影响5、6孔与其他孔的位置精度。按图(c)所示路线，加工完4孔后，往上移动一段距离到P点，然后再折回来加工5、6孔，这样方向一致，可避免反向间隙的引入，提高5、6孔与其他孔的位置精度。
1
BW碧威股份有限公司針對客戶端改善切削方式、提供專業切削CNC數控刀具專業能力、製造客戶需求如：Cutting tool、切削刀具、HSS Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、Carbide end mill、Aerospace cutting tool、Carbide drill、High speed steel、Milling cutter、Core drill、鎢鋼銑刀、航太刀具、鎢鋼鑽頭、高速剛、鉸刀、中心鑽頭、Taperd end mills、斜度銑刀、Metric end mills、公制銑刀、Miniature end mills、微小徑銑刀、鎢鋼切削刀具、Pilot reamer、領先鉸刀、Electronics cutter、電子用切削刀具、Step drill、階梯鑽頭、Metal cutting saw、金屬圓鋸片、Double margin drill、領先階梯鑽頭、Gun barrel、Angle milling cutter、角度銑刀、Carbide burrs、滾磨刀、Carbide tipped cutter、銲刃刀具、Chamfering tool、倒角銑刀、IC card engraving cutter、IC晶片卡刀、Side cutter、側銑刀、NAS tool、DIN tool、德國規範切削刀具、Special tool、特殊刀具、Metal slitting saws、Shell end mills、滾筒銑刀、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、交叉齒側銑刀、Long end mills、長刃銑刀、Stub roughing end mills、粗齒銑刀、Dovetail milling cutters、鳩尾刀具、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、鎢鋼圓鼻銑刀、Angeled carbide end mills、角度鎢鋼銑刀、Carbide torus cutters、短刃平銑刀、Carbide ball-noseed slot drills、鎢鋼球頭銑刀、Mould cutter、模具用刀具、BW微型渦流管槍、Tool manufacturer、刀具製造商等相關切削刀具、以服務客戶改善工廠加工條件、爭加競爭力。歡迎尋購～～～碧威股份有限公司www.tool-tool.com
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摘要:数控铣削加工路线的确定(三种典型零件举例) 在数控加工中，刀具(严格说是刀位点)相对于工件的运动轨迹和方向称为加工路线。即刀具从对刀点开始运动起，直至结束加工所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具引入、返回等非切削空行程。加工路线的确定首先必须保证被加工零件的尺寸精度和表面质量
数控铣削加工路线的确定(三种典型零件举例)
在数控加工中，刀具(严格说是刀位点)相对于工件的运动轨迹和方向称为加工路线。即刀具从对刀点开始运动起，直至结束加工所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具引入、返回等非切削空行程。加工路线的确定首先必须保证被加工零件的尺寸精度和表面质量，其次考虑数值计算简单，走刀路线尽量短，效率较高等。
下面举例分析数控机床加工零件时常用的加工路线。
（1）轮廓铣削加工路线的分析
对于连续铣削轮廓，特别是加工圆弧时，要注意安排好刀具的切入、切出，要尽量避免交接处重复加工，否则会出现明显的界限痕迹。如图a所示，用圆弧插补方式铣削外整圆时，要安排刀具从切向进入圆周铣削加工，当整圆加工完毕后，不要在切点处直接退刀，而让刀具多运动一段距离，最好沿切线方向退出，以免取消刀具补偿时，刀具与工件表面相碰撞，造成工件报废。铣削内圆弧时，也要遵守从切向切入的原则，安排切入、切出过渡圆弧，如图b所示。
2
a)
1
b)
（2）曲面的加工路线的分析
对于边界敞开的直纹曲面，加工时常采用球头刀进行“行切法”加工，即刀具与零件轮廓的切点轨迹是一行一行，行间距按零件加工精度要求而确定，如图所示的发动机大叶片，可采用两种加工路线。采用图a的加工方案时，每次沿直线加工，刀位点计算简单，程序少，加工过程符合直纹面的形成，可以准确保证母线的直线度。当采用图b所示的加工方案时，符合这类零件数据给出情况，便于加工后检验，叶形的准确度高，但程序较多。由于曲面零件的边界是敞开的，没有其它表面限制，所以曲面边界可以延伸，球头刀应由边界外开始加工。
1
（3）孔系加工的路线
对于位置精度要求精度较高的孔系加工，特别要注意孔的加工顺序的安排，安排不当时，就有可能将沿坐标轴的反向间隙带入，直接影响位置精度。如图所示，图 (a)为零件图，在该零件上加工六个尺寸相同的孔，有两种加工路线。当按(b)图所示路线加工时，由于5、6孔与1、2、3、4孔定位方向相反，Y方向反向间隙会使定位误差增加，而影响5、6孔与其他孔的位置精度。按图(c)所示路线，加工完4孔后，往上移动一段距离到P点，然后再折回来加工5、6孔，这样方向一致，可避免反向间隙的引入，提高5、6孔与其他孔的位置精度。
1
BW碧威股份有限公司針對客戶端改善切削方式、提供專業切削CNC數控刀具專業能力、製造客戶需求如：Cutting tool、切削刀具、HSS Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、Carbide end mill、Aerospace cutting tool、Carbide drill、High speed steel、Milling cutter、Core drill、鎢鋼銑刀、航太刀具、鎢鋼鑽頭、高速剛、鉸刀、中心鑽頭、Taperd end mills、斜度銑刀、Metric end mills、公制銑刀、Miniature end mills、微小徑銑刀、鎢鋼切削刀具、Pilot reamer、領先鉸刀、Electronics cutter、電子用切削刀具、Step drill、階梯鑽頭、Metal cutting saw、金屬圓鋸片、Double margin drill、領先階梯鑽頭、Gun barrel、Angle milling cutter、角度銑刀、Carbide burrs、滾磨刀、Carbide tipped cutter、銲刃刀具、Chamfering tool、倒角銑刀、IC card engraving cutter、IC晶片卡刀、Side cutter、側銑刀、NAS tool、DIN tool、德國規範切削刀具、Special tool、特殊刀具、Metal slitting saws、Shell end mills、滾筒銑刀、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、交叉齒側銑刀、Long end mills、長刃銑刀、Stub roughing end mills、粗齒銑刀、Dovetail milling cutters、鳩尾刀具、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、鎢鋼圓鼻銑刀、Angeled carbide end mills、角度鎢鋼銑刀、Carbide torus cutters、短刃平銑刀、Carbide ball-noseed slot drills、鎢鋼球頭銑刀、Mould cutter、模具用刀具、BW微型渦流管槍、Tool manufacturer、刀具製造商等相關切削刀具、以服務客戶改善工廠加工條件、爭加競爭力。歡迎尋購～～～碧威股份有限公司www.tool-tool.com
轴向超声波振动钻削微小孔的研究www.tool-tool.com
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1 引言
普通钻削加工孔的质量一般较差，比较突出的问题是孔表面质量低、出口毛刺较大。在微小孔加工中，由于刀具制造困难等原因不便采用钻、扩、铰等多工序加工，当孔的一端在开口较小的腔内时，机械去除毛刺也比较困难；当在塑性较大的材料上加工微小孔时，孔的质量问题将更加突出，必须采用新技术、新工艺，以便使微小孔的加工质量有较大提高。
轴向超声波振动钻削是一种新的孔加工工艺，具有优良的工艺效果。在钻削过程中使钻头相对于工件沿钻头轴线方向超声波振动，刀具实际切削角度、刀刃与工件的相对运动速度都呈周期性变化，实际切削厚度一般也呈周期性变化，钻头主切削刃和横刃的切削条件得到改善，平均轴向钻削力降低。将轴向超声波振动钻削方法用于微小孔加工，可使孔的表面粗糙度降低，表面质量得到改善，出口毛刺的高度和厚度均较普通钻削小得多。
2 振幅对表面粗糙度的影响
分别采用普通钻削及不同振幅的轴向超声波振动钻削加工微小孔，然后将孔剖开，用光切法对孔壁表面粗糙度进行测量。发现振动钻削加工的孔的表面粗糙度Rz与普通钻削有很大差异，且Rz与振幅关系密切。图1为测量结果，a=0为普通钻削。试验条件：HSS直柄麻花钻直径f0.32mm,转速n=7100r/min,进给量f0=0.003mm/r,振动频率F0=20kHz, 工件材料为18Cr2Ni4WA低碳合金钢；当振幅a选择在0.5 m～1 m范围内时，表面粗糙度RZ值最低，振幅选择适当，表面粗糙度可比普通钻削下降50%。一般来说，钻头磨损越剧烈,孔表面粗糙度Rz越大。普通钻削时，孔表面粗糙度随钻头累计钻削长度的增加而增大，而在轴向超声波振动钻削中，孔表面粗糙度的增大趋势十分缓慢,如图2所示，试验条件同图1。
1
图1 振幅对表面粗糙度的影响
1
图3 振幅对平均轴向力、毛刺高度毛刺厚度的影响
1
图2 累计钻削长度对表面粗糙度的影响
3 振幅对出口毛刺的影响
在18Cr2Ni4WA 低碳合金钢微小孔钻削试验中，振动钻削振幅对出口毛刺高度H和厚度B的影响见图3。图中曲线F为平均轴向钻削力曲线，斜线区域分别为毛刺高度H和厚度B变化范围。试验条件：孔深2.2mm,其余同图1。可以看出，毛刺厚度B随振幅a而变化，变化趋势与平均轴向钻削力F的变化趋势十分接近，两者同是在a= 0.5 m时最小。普通钻削时毛刺厚度差别较大，振动钻削时差别较小，a=0.5 m时毛刺厚度可比普通钻削减小50%以上。毛刺高度H的变化趋势与平均轴向力曲线基本接近，当振幅a=1 m时毛刺高度最小，约为普通钻削的25%左右。
4 试验结果讨论
在微小孔钻削中，进给速度一般较低，极易出现爬行现象，切削速度恰好在钻削积屑瘤生成范围内，经显微放大观察发现，刀刃及刀刃转角处都有积屑瘤生成，使普通钻削微小孔时，孔表面粗糙度较大，孔表面上分布有许多撕裂痕迹。而在超声波振动钻削微小孔中，由于切削力、切削角度、切削厚度等的周期性变化，消除了进给爬行，抑制了积屑瘤的产生，相对于工件超声频振动的钻头对孔壁具有往复熨压作用，使孔的表面粗糙度降低，表面质量明显提高。测量结果表明，表面粗糙度Rz 可比普通钻削降低50%左右。微观显微观察发现，振动钻削的孔壁上切削痕迹细微、整齐、均匀，没有金属撕裂痕迹，表面完整性好。普通钻削中钻头磨损较快，寿命较低。钻头磨钝后，钻削质量下降，孔的表面粗糙度明显增大。而在超声波振动钻削中，因钻头周期性微弱冲击作用，钻削力降低，钻头磨损速度减慢，寿命提高，表面粗糙度随累计钻削长度增加而增大的趋势减缓。
在孔加工中，一般轴向钻削力越大，出口毛刺体积越大。而超声波振动钻削微小孔时，平均轴向力可比普通钻削降低30%以上，钻头从工件底部钻出时发生剧烈塑性变形和位移的材料较少，使毛刺的体积和重量都小于普通钻削。试验结果表明，振动钻削时振幅不宜过大，对于直径在(0.3～0.4)mm范围内的微小孔，采用振幅a=(0.5～1) m为最好，毛刺高度H可减小至普通钻削的1/4,毛刺厚度B可减小至/普通钻削的1/2。
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1 引言
普通钻削加工孔的质量一般较差，比较突出的问题是孔表面质量低、出口毛刺较大。在微小孔加工中，由于刀具制造困难等原因不便采用钻、扩、铰等多工序加工，当孔的一端在开口较小的腔内时，机械去除毛刺也比较困难；当在塑性较大的材料上加工微小孔时，孔的质量问题将更加突出，必须采用新技术、新工艺，以便使微小孔的加工质量有较大提高。
轴向超声波振动钻削是一种新的孔加工工艺，具有优良的工艺效果。在钻削过程中使钻头相对于工件沿钻头轴线方向超声波振动，刀具实际切削角度、刀刃与工件的相对运动速度都呈周期性变化，实际切削厚度一般也呈周期性变化，钻头主切削刃和横刃的切削条件得到改善，平均轴向钻削力降低。将轴向超声波振动钻削方法用于微小孔加工，可使孔的表面粗糙度降低，表面质量得到改善，出口毛刺的高度和厚度均较普通钻削小得多。
2 振幅对表面粗糙度的影响
分别采用普通钻削及不同振幅的轴向超声波振动钻削加工微小孔，然后将孔剖开，用光切法对孔壁表面粗糙度进行测量。发现振动钻削加工的孔的表面粗糙度Rz与普通钻削有很大差异，且Rz与振幅关系密切。图1为测量结果，a=0为普通钻削。试验条件：HSS直柄麻花钻直径f0.32mm,转速n=7100r/min,进给量f0=0.003mm/r,振动频率F0=20kHz, 工件材料为18Cr2Ni4WA低碳合金钢；当振幅a选择在0.5 m～1 m范围内时，表面粗糙度RZ值最低，振幅选择适当，表面粗糙度可比普通钻削下降50%。一般来说，钻头磨损越剧烈,孔表面粗糙度Rz越大。普通钻削时，孔表面粗糙度随钻头累计钻削长度的增加而增大，而在轴向超声波振动钻削中，孔表面粗糙度的增大趋势十分缓慢,如图2所示，试验条件同图1。
1
图1 振幅对表面粗糙度的影响
1
图3 振幅对平均轴向力、毛刺高度毛刺厚度的影响
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图2 累计钻削长度对表面粗糙度的影响
3 振幅对出口毛刺的影响
在18Cr2Ni4WA 低碳合金钢微小孔钻削试验中，振动钻削振幅对出口毛刺高度H和厚度B的影响见图3。图中曲线F为平均轴向钻削力曲线，斜线区域分别为毛刺高度H和厚度B变化范围。试验条件：孔深2.2mm,其余同图1。可以看出，毛刺厚度B随振幅a而变化，变化趋势与平均轴向钻削力F的变化趋势十分接近，两者同是在a= 0.5 m时最小。普通钻削时毛刺厚度差别较大，振动钻削时差别较小，a=0.5 m时毛刺厚度可比普通钻削减小50%以上。毛刺高度H的变化趋势与平均轴向力曲线基本接近，当振幅a=1 m时毛刺高度最小，约为普通钻削的25%左右。
4 试验结果讨论
在微小孔钻削中，进给速度一般较低，极易出现爬行现象，切削速度恰好在钻削积屑瘤生成范围内，经显微放大观察发现，刀刃及刀刃转角处都有积屑瘤生成，使普通钻削微小孔时，孔表面粗糙度较大，孔表面上分布有许多撕裂痕迹。而在超声波振动钻削微小孔中，由于切削力、切削角度、切削厚度等的周期性变化，消除了进给爬行，抑制了积屑瘤的产生，相对于工件超声频振动的钻头对孔壁具有往复熨压作用，使孔的表面粗糙度降低，表面质量明显提高。测量结果表明，表面粗糙度Rz 可比普通钻削降低50%左右。微观显微观察发现，振动钻削的孔壁上切削痕迹细微、整齐、均匀，没有金属撕裂痕迹，表面完整性好。普通钻削中钻头磨损较快，寿命较低。钻头磨钝后，钻削质量下降，孔的表面粗糙度明显增大。而在超声波振动钻削中，因钻头周期性微弱冲击作用，钻削力降低，钻头磨损速度减慢，寿命提高，表面粗糙度随累计钻削长度增加而增大的趋势减缓。
在孔加工中，一般轴向钻削力越大，出口毛刺体积越大。而超声波振动钻削微小孔时，平均轴向力可比普通钻削降低30%以上，钻头从工件底部钻出时发生剧烈塑性变形和位移的材料较少，使毛刺的体积和重量都小于普通钻削。试验结果表明，振动钻削时振幅不宜过大，对于直径在(0.3～0.4)mm范围内的微小孔，采用振幅a=(0.5～1) m为最好，毛刺高度H可减小至普通钻削的1/4,毛刺厚度B可减小至/普通钻削的1/2。
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高速铣削加工效率的计算与分析简介www.tool-tool.com
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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
按照传统切削理论，切削加工效率ZW(cm3/min)可通过下列公式计算：
ZW=v·f·ap (1)
式中v---切削速度；f---进给量；ap---切削深度
根据分析与研究，我们认为式(1)不适用于高速铣削加工效率的计算，原因主要有两点：
1）高速铣床的主轴转速相当高(如HSM-700型高速铣床最高转速达42000r/min,，加工平面时转速也在35000r/min,以上)，如此高的转速使刀具并非每一转都在切削金属；
2）在实际加工中，设定的转速和进给量只是最大转速和最大进给量，实际的刀具转速和进给量时刻都在变化(HSM-700机床的自测功能可以显示整个切削过程中的变化情况)，切削过程中的实际转速和进给量总是从较低值迅速达到较高值又很快降到较低值，如此反复变化，这是铣削过程的客观反映，而不像车削过程中可以保持转速和进给量恒定不变。
因此，我们提出用单位时间内的金属去除量Z(cm3/min)表示加工效率，即
1 (2)
式中W---切削过程总的金属去除量(cm3)
t---切削时间(<0,)
式(2)更符合高速铣削的实际情况，用式(2)很容易实现对高速铣削加工效率的计算，同时也便于不同铣床加工效率的比较。
例如，原来在普通铣床上加工图1所示零件，为了缩短生产周期，一部分零件现采用高速铣床加工。这样，可通过该零件的加工来比较两种加工设备的加工效率。由于该零件的表面质量要求不高，高速铣削和普通铣削均能达到要求。事实上，高速铣削加工出的零件表面粗糙度要比普通铣削加工低1~2个等级。
1
图1 零件示意图
用单位时间内的金属去除量Z=W/t(cm3/min) 表示加工效率。试验中取铣削加工过程中的几个时间段，记录加工时间，测量在各个时间段零件加工前后的体积差，通过式(2)计算得到Z值。通过多次测量计算取Z的平均值，该平均值即可视为较准确的Z值。对于图1所示零件的高速铣削过程，由式(2)算得的Z值为
1
按照传统切削理论即按式(1)计算得
1
比较Z高速和ZW，显然ZW与该零件实际的高速铣削加工效率相差很大。
2、不同铣床加工效率的比较
某研究所目前用于生产的铣 床除HSM-700型高速铣床外，还有国产的立式铣床和进口的铣削中心。国产铣床是二十世纪九十年代初购进的北京第一机床厂生产的XK5040-1型立式升降台铣床(以下简称国产普通铣床)，目前主要用于零件粗加工及少量铸铁件和钢件的加工；进口铣削中心是美国产VF- 0 HAAS型铣削中心(以下简称进口普通铣床)，可用于粗加工和精加工。
对于图1所示零件，在国产普通铣床上加工的切削效率为
1
在进口普通铣床上加工的切削效率为
1
将Z高速分别与Z国普和Z进普进行比较，有
1
由上述计算和比较可以看出，在高速铣床上加工该零件的金属去除率相当高，与国产普通铣床相比其优势更为明显(据操作工人反映，甚至出现过高速铣床加工效率比国产普通铣床快10倍以上的情况)。当然，对于不同材质、不同形状和不同加工要求的零件，不同铣床的加工效率并不相同。对于加工面积较大的大型零件或形状特别复杂的零件，高速铣床具有更为显著的加工效率优势。高速铣床的效率优势主要体现为高的刀具转速n和高的进给速度Vf。在实际加工中，进给速度Vf 对加工效率的影响往往更大。
3、考虑成本因素的加工效率比较
比较加工效率必须带有一定的约束条件，应结合企业的实际情况，考虑加工效率与生产成本的关系。用式(2)求得的加工效率Z除以加工成本C来表示考虑了成本因素的加工效率E(cm3/min•万元)，即
1
式(3)中，为计算简便，设加工成本C 主要为制造费用(包括设备成本、设备维护费用、刀具损耗费用等)，并假设高速铣床、国产普通铣床、进口普通铣床的日常维护费用相等。为了能客观地反映实际加工效率，对2001年1月到2002年5月这一较长时间段内的机床使用情况进行比较：
瑞士MICRON HSM-700型高速铣床每台价值人民币C0高速=200万元；由于机床零部件价格昂贵，用于机床非日常维护的费用(包括故障检修、更换零部件等)为C2高速=9.5万元；在高速铣床上使用的刀具均为进口铣刀，价格较为昂贵，再加上缺少针对不同刀具和零件材料的切削用量规范，使得高速铣刀的使用成本较高，因此，从去年初至今，高速铣刀损耗费用为C3高速=14,548.13元。
美国产VF-0 HAAS型铣削中心是1998年进口的普通铣削中心，当时价值人民币C0进普=80万元 ；机床使用性能较好，除日常维护外，至今没有出现需要维修的故障，C2进普=0.45万元；与高速铣床一样，所使用的刀具均为进口铣刀，除正常的刀具磨损外，很少出现刀具非正常损耗，铣刀损耗费用为 C3进普=2,195.26元。
1992年从北京第一机床厂购进的XK5040-1型立式升降台铣床，当时价值人民币C0国普=60万元 ；目前主要用于零件粗加工，虽然精度不高，但性能还比较稳定，除日常维护外，未出现大故障。2000年对其操作系统进行了改造(换装了西门子操作系统)，改造和检修的费用为C2国普=6.45万元；在 此机床上既使用进口刀具也使用国产刀具，铣刀损耗费用为C3国普=1,377.62元。
设机床的使用年限为20年，按照直线折旧法，机床每年折旧5%，则到2002年，三种铣床的当前成本分别为：
1
由式(3)可求得考虑成本时三种不同铣床 的加工效率分别为 E高速= Z高速 =0.1291cm3/min•万元
1
由计算结果可以看出，考虑成本 因素后，高速铣削不再具有显著的效率优势(与进口普通铣削中心的加工效率接近)。这一比较结果说明，目前高速铣削的使用成本还比较高(其设备成本、维护费用和刀具损耗费用都比普通机床高出很多)。
尽管目前采用高速铣削还达不到经济的切削效率，但并不说明高速铣削不具优势。首先，上文对铣削效率经济性的分析仅考虑了生产成本，并没有考虑时间效益。在技术飞速发展的今天，时间往往是更重要的经济因素。高速铣削加工在缩短加工工时方面的优势是很明显的。其次，上文所作加工效率比较是在高速铣床和普通铣床均能加工同一种零件的前提下进行的，事实上许多不适合(或不能)在普通铣床上加工的零件(如薄壁零件或对加工表面质量要求较高的零件)只能用高速铣床加工。第三，高速铣削技术作为一种新的加工技术在我国正经历不断发展的过程，为了获得高速铣削的经济加工效率，必须深入研究高速铣削机理，加快进行高速铣削工艺的科研开发，同时加强生产管理，提高操作者素质。相信随着对高速铣削技术研究的不断深入，加工的经济性等问题将得到很好解决。
4、 结论
1) 生产实践表明，高速铣床加工零件覆盖面广，特别适用于加工面积较大、形状复杂的精密零部件。零件加工精度高，废品率低。
2) 传统的切削加工效率公 式不适用于高速铣削，用单位时间内的金属去除量来表述高速铣削的加工效率更为准确。
3) 单从机床的切削效率来看，高速铣床 要高出普通铣床好几倍，但目前高速铣床的使用成本较高。在选择工艺方案时，可以考虑用普通铣床进行粗加工，用高速铣床进行半精加工和精加工。
4) 只有深入开展高 速铣削技术的科研开发，才能充分发挥高速铣床的加工效率优势。
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1、加工效率的计算
按照传统切削理论，切削加工效率ZW(cm3/min)可通过下列公式计算：
ZW=v·f·ap (1)
式中v---切削速度；f---进给量；ap---切削深度
根据分析与研究，我们认为式(1)不适用于高速铣削加工效率的计算，原因主要有两点：
1）高速铣床的主轴转速相当高(如HSM-700型高速铣床最高转速达42000r/min,，加工平面时转速也在35000r/min,以上)，如此高的转速使刀具并非每一转都在切削金属；
2）在实际加工中，设定的转速和进给量只是最大转速和最大进给量，实际的刀具转速和进给量时刻都在变化(HSM-700机床的自测功能可以显示整个切削过程中的变化情况)，切削过程中的实际转速和进给量总是从较低值迅速达到较高值又很快降到较低值，如此反复变化，这是铣削过程的客观反映，而不像车削过程中可以保持转速和进给量恒定不变。
因此，我们提出用单位时间内的金属去除量Z(cm3/min)表示加工效率，即
1 (2)
式中W---切削过程总的金属去除量(cm3)
t---切削时间(<0,)
式(2)更符合高速铣削的实际情况，用式(2)很容易实现对高速铣削加工效率的计算，同时也便于不同铣床加工效率的比较。
例如，原来在普通铣床上加工图1所示零件，为了缩短生产周期，一部分零件现采用高速铣床加工。这样，可通过该零件的加工来比较两种加工设备的加工效率。由于该零件的表面质量要求不高，高速铣削和普通铣削均能达到要求。事实上，高速铣削加工出的零件表面粗糙度要比普通铣削加工低1~2个等级。
1
图1 零件示意图
用单位时间内的金属去除量Z=W/t(cm3/min) 表示加工效率。试验中取铣削加工过程中的几个时间段，记录加工时间，测量在各个时间段零件加工前后的体积差，通过式(2)计算得到Z值。通过多次测量计算取Z的平均值，该平均值即可视为较准确的Z值。对于图1所示零件的高速铣削过程，由式(2)算得的Z值为
1
按照传统切削理论即按式(1)计算得
1
比较Z高速和ZW，显然ZW与该零件实际的高速铣削加工效率相差很大。
2、不同铣床加工效率的比较
某研究所目前用于生产的铣 床除HSM-700型高速铣床外，还有国产的立式铣床和进口的铣削中心。国产铣床是二十世纪九十年代初购进的北京第一机床厂生产的XK5040-1型立式升降台铣床(以下简称国产普通铣床)，目前主要用于零件粗加工及少量铸铁件和钢件的加工；进口铣削中心是美国产VF- 0 HAAS型铣削中心(以下简称进口普通铣床)，可用于粗加工和精加工。
对于图1所示零件，在国产普通铣床上加工的切削效率为
1
在进口普通铣床上加工的切削效率为
1
将Z高速分别与Z国普和Z进普进行比较，有
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由上述计算和比较可以看出，在高速铣床上加工该零件的金属去除率相当高，与国产普通铣床相比其优势更为明显(据操作工人反映，甚至出现过高速铣床加工效率比国产普通铣床快10倍以上的情况)。当然，对于不同材质、不同形状和不同加工要求的零件，不同铣床的加工效率并不相同。对于加工面积较大的大型零件或形状特别复杂的零件，高速铣床具有更为显著的加工效率优势。高速铣床的效率优势主要体现为高的刀具转速n和高的进给速度Vf。在实际加工中，进给速度Vf 对加工效率的影响往往更大。
3、考虑成本因素的加工效率比较
比较加工效率必须带有一定的约束条件，应结合企业的实际情况，考虑加工效率与生产成本的关系。用式(2)求得的加工效率Z除以加工成本C来表示考虑了成本因素的加工效率E(cm3/min•万元)，即
1
式(3)中，为计算简便，设加工成本C 主要为制造费用(包括设备成本、设备维护费用、刀具损耗费用等)，并假设高速铣床、国产普通铣床、进口普通铣床的日常维护费用相等。为了能客观地反映实际加工效率，对2001年1月到2002年5月这一较长时间段内的机床使用情况进行比较：
瑞士MICRON HSM-700型高速铣床每台价值人民币C0高速=200万元；由于机床零部件价格昂贵，用于机床非日常维护的费用(包括故障检修、更换零部件等)为C2高速=9.5万元；在高速铣床上使用的刀具均为进口铣刀，价格较为昂贵，再加上缺少针对不同刀具和零件材料的切削用量规范，使得高速铣刀的使用成本较高，因此，从去年初至今，高速铣刀损耗费用为C3高速=14,548.13元。
美国产VF-0 HAAS型铣削中心是1998年进口的普通铣削中心，当时价值人民币C0进普=80万元 ；机床使用性能较好，除日常维护外，至今没有出现需要维修的故障，C2进普=0.45万元；与高速铣床一样，所使用的刀具均为进口铣刀，除正常的刀具磨损外，很少出现刀具非正常损耗，铣刀损耗费用为 C3进普=2,195.26元。
1992年从北京第一机床厂购进的XK5040-1型立式升降台铣床，当时价值人民币C0国普=60万元 ；目前主要用于零件粗加工，虽然精度不高，但性能还比较稳定，除日常维护外，未出现大故障。2000年对其操作系统进行了改造(换装了西门子操作系统)，改造和检修的费用为C2国普=6.45万元；在 此机床上既使用进口刀具也使用国产刀具，铣刀损耗费用为C3国普=1,377.62元。
设机床的使用年限为20年，按照直线折旧法，机床每年折旧5%，则到2002年，三种铣床的当前成本分别为：
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由式(3)可求得考虑成本时三种不同铣床 的加工效率分别为 E高速= Z高速 =0.1291cm3/min•万元
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由计算结果可以看出，考虑成本 因素后，高速铣削不再具有显著的效率优势(与进口普通铣削中心的加工效率接近)。这一比较结果说明，目前高速铣削的使用成本还比较高(其设备成本、维护费用和刀具损耗费用都比普通机床高出很多)。
尽管目前采用高速铣削还达不到经济的切削效率，但并不说明高速铣削不具优势。首先，上文对铣削效率经济性的分析仅考虑了生产成本，并没有考虑时间效益。在技术飞速发展的今天，时间往往是更重要的经济因素。高速铣削加工在缩短加工工时方面的优势是很明显的。其次，上文所作加工效率比较是在高速铣床和普通铣床均能加工同一种零件的前提下进行的，事实上许多不适合(或不能)在普通铣床上加工的零件(如薄壁零件或对加工表面质量要求较高的零件)只能用高速铣床加工。第三，高速铣削技术作为一种新的加工技术在我国正经历不断发展的过程，为了获得高速铣削的经济加工效率，必须深入研究高速铣削机理，加快进行高速铣削工艺的科研开发，同时加强生产管理，提高操作者素质。相信随着对高速铣削技术研究的不断深入，加工的经济性等问题将得到很好解决。
4、 结论
1) 生产实践表明，高速铣床加工零件覆盖面广，特别适用于加工面积较大、形状复杂的精密零部件。零件加工精度高，废品率低。
2) 传统的切削加工效率公 式不适用于高速铣削，用单位时间内的金属去除量来表述高速铣削的加工效率更为准确。
3) 单从机床的切削效率来看，高速铣床 要高出普通铣床好几倍，但目前高速铣床的使用成本较高。在选择工艺方案时，可以考虑用普通铣床进行粗加工，用高速铣床进行半精加工和精加工。
4) 只有深入开展高 速铣削技术的科研开发，才能充分发挥高速铣床的加工效率优势。
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