高速銑
關(guān)注創(chuàng)建者：化石 創(chuàng)建時(shí)間：2018-11-13
高速銑的實(shí)例教程
采用高速銑加工模具的優(yōu)勢(shì)如下：
⑴工序減少，一般高速銑后僅需較少工時(shí)的手工研磨和拋光。
⑵生產(chǎn)效率高，實(shí)現(xiàn)“一次清”加工。在工件的一次裝夾中可完成型腔的粗、精加工和模具其他部位的加工，容易實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的自動(dòng)化。
⑶產(chǎn)品質(zhì)量好、加工精度高、表面質(zhì)量易于保證。切屑瞬間被切離，工件表面殘余應(yīng)力小；95%切削熱被切屑帶走，工件熱變形??；激振頻率高，工件表面粗糙度小(Ra0.6μm)，可用高速銑代替磨削。
⑷能加工硬質(zhì)零件。高速銑可加工淬硬鋼，鋼硬度可達(dá)62HRC左右，甚至不用切削液完成硬切削和干切削。并且切削時(shí)橫向切削力很小，刀刃和工件接觸時(shí)間短，加工變形小。
大眾某車型翼子板模具實(shí)例
圖1是大眾某車型翼子板零件產(chǎn)品圖。該零件為典型的汽車外覆蓋件，外觀質(zhì)量要求非常高，對(duì)模具的加工質(zhì)量提出了很高的要求，且表面有5條棱線，機(jī)加時(shí)需按照大眾標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行銳棱加工。
拉延凸凹模高速銑刀具選擇及切削參數(shù)
⑴翼子板模具機(jī)加方案。
圖1 翼子板零件產(chǎn)品造型
翼子板拉延模具高速銑加工方案由粗加工、半精加工、精加工工序組成。粗加工階段根據(jù)檢測(cè)的余量選用大直徑球頭刀去除大部分余量，型腔、轉(zhuǎn)角部分采用小直徑球頭刀進(jìn)行預(yù)清根。半精加工中采用直徑為φ20mm球頭刀進(jìn)行仿形銑，保證在后續(xù)高速銑工序中加工余量分布均勻。精加工中采用高速銑工藝，主軸平均轉(zhuǎn)速達(dá)到9000r/min。在高速銑加工中，刀具軌跡切入和切出采用圓弧式，避免了垂直切入和切出。
⑵機(jī)加刀具選擇及夾持方式。
圖2所示翼子板拉延模在半精加工之前已完成淬火，硬度在50～55HRC之間，淬火區(qū)域主要包括拉延筋、制件周圈以及型面凸起處。因此本次高速銑加工方案采用立方氮化硼(CBN)刀具，夾緊刀具的方式采用熱膨脹式，圖3所示為高速銑刀柄和夾頭。
展開(kāi) 在制造行業(yè)，對(duì)高速銑普遍存在以下錯(cuò)誤觀念：
1）高速銑床只是一臺(tái)配了高轉(zhuǎn)速主軸的銑床
2）主軸轉(zhuǎn)速越高，加工速度就越快
3）高速銑床只是為了取代一般的傳統(tǒng)銑床
4）20000 轉(zhuǎn)的主軸已足夠模具生產(chǎn)的需求了
5）高速銑床只是軸向服務(wù)器加大加快
6）高速銑床只能加工電極
7）………
事實(shí)上，高速銑床是一種新的工藝技術(shù)與應(yīng)用
要想要發(fā)揮出高速切削的效能，就必須個(gè)個(gè)環(huán)節(jié)的緊密配合，如果有其中一個(gè)環(huán)節(jié)搭配不佳，將無(wú)法發(fā)揮高速切削的效能。
1）高速的刀桿與刀具
2）高速的主軸
3）高動(dòng)力的XYZ軸
4）高速的CNC控制器
5）高速的程序策略
01
高速切削時(shí)的基本情況
隨著轉(zhuǎn)速增加到一定程度時(shí)，則刀具的溫度和切削力反而會(huì)逐漸下降。這種現(xiàn)象被用在了高速銑削技術(shù)中。
傳統(tǒng)銑削狀態(tài)
高速銑削狀態(tài)
高速切削熱源的分散比率：
02
高速銑削與高速銑削理念的區(qū)別
高速銑削(HSM)和高效能銑削(HPM)的加工理念是不一樣的。舉例：粗加工淬硬鋼，材料硬度大于55HRC，它們的加工理念示意圖如下。
HPM（左）與HSM（右）加工理念示意圖
03
高速銑削的應(yīng)用范圍
1）為了與主軸規(guī)格相匹配，保證加工的穩(wěn)定性和安全起見(jiàn)，刀具直徑不超過(guò)16mm (HSK-E40)。
2）與傳統(tǒng)銑削相比，高速銑削的切削去除率相對(duì)比較小，對(duì)于小零件和模具加工應(yīng)用非常適合。
3）可應(yīng)用于薄片加工、微細(xì)加工等新的加工應(yīng)用。
展開(kāi) 都是我創(chuàng)作的動(dòng)力，期待你的加入
在制造行業(yè)，對(duì)高速銑普遍存在以下錯(cuò)誤觀念：
1）高速銑床只是一臺(tái)配了高轉(zhuǎn)速主軸的銑床
2）主軸轉(zhuǎn)速越高，加工速度就越快
3）高速銑床只是為了取代一般的傳統(tǒng)銑床
4）20000 轉(zhuǎn)的主軸已足夠模具生產(chǎn)的需求了
5）高速銑床只是軸向服務(wù)器加大加快
6）高速銑床只能加工電極
7）………
事實(shí)上，高速銑床是一種新的工藝技術(shù)與應(yīng)用
要想要發(fā)揮出高速切削的效能，就必須個(gè)個(gè)環(huán)節(jié)的緊密配合，如果有其中一個(gè)環(huán)節(jié)搭配不佳，將無(wú)法發(fā)揮高速切削的效能。
1）高速的刀桿與刀具
2）高速的主軸
3）高動(dòng)力的XYZ軸
4）高速的CNC控制器
5）高速的程序策略
01
高速切削時(shí)的基本情況
隨著轉(zhuǎn)速增加到一定程度時(shí)，則刀具的溫度和切削力反而會(huì)逐漸下降。這種現(xiàn)象被用在了高速銑削技術(shù)中。
傳統(tǒng)銑削狀態(tài)
高速銑削狀態(tài)
高速切削熱源的分散比率：
02
高速銑削與高速銑削理念的區(qū)別
高速銑削(HSM)和高效能銑削(HPM)的加工理念是不一樣的。舉例：粗加工淬硬鋼，材料硬度大于55HRC，它們的加工理念示意圖如下。
HPM（左）與HSM（右）加工理念示意圖
03
高速銑削的應(yīng)用范圍
1）為了與主軸規(guī)格相匹配，保證加工的穩(wěn)定性和安全起見(jiàn)，刀具直徑不超過(guò)16mm (HSK-E40)。
2）與傳統(tǒng)銑削相比，高速銑削的切削去除率相對(duì)比較小，對(duì)于小零件和模具加工應(yīng)用非常適合。
3）可應(yīng)用于薄片加工、微細(xì)加工等新的加工應(yīng)用。
展開(kāi) 90年代后期，高速銑的出現(xiàn)解決了齒形電極的修鼓問(wèn)題。現(xiàn)代的高精度數(shù)控高速銑加工銅電極時(shí)精度達(dá)到μ米級(jí)（圖15），只要建模正確，完全有可能加工出任意修鼓量的齒形電極。在當(dāng)今，應(yīng)用高性能的復(fù)合涂層刀具和CBN刀具，甚至能將淬硬到洛氏60度以上的高合金模具鋼直接銑加工成齒輪模具（圖16）。
圖15.精密數(shù)控高速銑加工中心
圖16.高速銑削加工的傘齒輪成形模
考慮到齒輪模具制造的經(jīng)濟(jì)性，特別是對(duì)于硬質(zhì)合金齒輪模，目前齒輪精鍛行業(yè)主要的制模工藝仍然是放電加工，但齒形電極的展成加工已有被高速銑數(shù)控加工全面取代的趨勢(shì)。對(duì)于淬火硬度在洛氏50度左右的溫鍛和熱鍛成形模，高速銑在加工速度和精度方面已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)放電加工，在模具的使用壽命方面也體現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)。只要解決刀具的使用成本，高速銑加工在溫鍛和熱鍛齒輪模方面可完全取代放電加工。
二．園柱齒輪的精密鍛造成形
1．園柱齒輪的滾軋成形
早在50年代，國(guó)內(nèi)的教科書(shū)和文獻(xiàn)資料上就介紹了園柱齒輪的熱滾軋和冷滾軋工藝(2)。典型的齒輪滾軋?jiān)砣纾▓D17）。按毛坯滾軋溫度可分為冷滾軋和熱滾軋；按滾輪和齒坯是否強(qiáng)制按一定速比可分為自由滾軋和強(qiáng)制滾軋；按滾輪數(shù)量可分為單輪滾軋、雙輪滾軋和三輪滾軋和搓齒成形等等。
圖17.兩滾式齒輪滾軋成形
由于大模數(shù)的園柱齒輪很難通過(guò)滾軋加工得到較高精度，因此，在園柱齒輪精密鍛造方法出現(xiàn)后，人們已很少使用滾軋齒輪的方法。只有在小規(guī)格的漸開(kāi)線花鍵成形方面，還在大量使用滾軋成形和搓齒成形的方法（圖18）。
圖18.冷滾軋或搓齒成形的漸開(kāi)線花鍵
2．園柱齒輪的正擠壓成形
（1）齒輪和花鍵的正擠壓成形
園柱齒輪的正擠壓成形是較早得到應(yīng)用的齒輪成形工藝。典型零件是汽車起動(dòng)電機(jī)小齒輪，及齒輪正擠壓模具結(jié)構(gòu)。
展開(kāi) 1.當(dāng)曲軸軸頸有沉割槽時(shí)，數(shù)控內(nèi)銑機(jī)床不能加工;如果曲軸軸頸軸向有沉割槽時(shí)，數(shù)控高速外銑機(jī)床和數(shù)控內(nèi)銑機(jī)床均不能加工，平衡塊但數(shù)控車-車?yán)瓩C(jī)床能很方便地加工。
2.當(dāng)平衡塊側(cè)面需要加工時(shí)，數(shù)控內(nèi)銑機(jī)床應(yīng)當(dāng)為首選機(jī)床，因?yàn)閮?nèi)銑刀盤外圓定位，剛性好，尤其適用于加工大型鍛鋼曲軸;此時(shí)不適合用數(shù)控車-車?yán)瓩C(jī)床，不銹鋼排氣尾管因?yàn)樵谇S的平衡塊側(cè)面需要加工的情況下，采用數(shù)控車-車?yán)瓩C(jī)床加工，平衡塊側(cè)面是斷續(xù)切削，且曲軸轉(zhuǎn)速又很高，在這種工況下，崩刀現(xiàn)象比較嚴(yán)重。
3.當(dāng)曲軸的軸頸無(wú)沉割槽，且平衡塊側(cè)面不需加工時(shí)，原則上幾種機(jī)床都能加工。當(dāng)加工轎車曲軸時(shí)，主軸頸采用數(shù)控車-車?yán)瓩C(jī)床，不銹鋼沖壓連桿頸采用數(shù)控高速外銑機(jī)床則應(yīng)成為最佳高效加工選擇;當(dāng)加工大型鍛鋼曲軸時(shí)，則主軸頸和連桿頸均采用數(shù)控內(nèi)銑機(jī)床比較合理。
曲軸可以分為體形較大的鍛鋼曲軸和輕量化的轎車曲軸，鋅合金鍛鋼曲軸軸頸一般無(wú)沉割槽，且側(cè)面需要加工，余量較大;轎車曲軸一般軸頸有沉割槽，且側(cè)面不需要加工。因此可以得出結(jié)論：加工鍛鋼曲軸采用數(shù)控內(nèi)銑機(jī)床，加工轎車曲軸主軸頸采用數(shù)控車-車?yán)瓩C(jī)床，輪胎加寬法蘭連桿頸采用數(shù)控高速外銑機(jī)床是比較合理的高效加工選擇
展開(kāi) 
高速銑的最新內(nèi)容
在制造行業(yè)，對(duì)高速銑普遍存在以下錯(cuò)誤觀念：
1）高速銑床只是一臺(tái)配了高轉(zhuǎn)速主軸的銑床
2）主軸轉(zhuǎn)速越高，加工速度就越快
3）高速銑床只是為了取代一般的傳統(tǒng)銑床
4）20000 轉(zhuǎn)的主軸已足夠模具生產(chǎn)的需求了
5）高速銑床只是軸向服務(wù)器加大加快
6）高速銑床只能加工電極
7）………
事實(shí)上，高速銑床是一種新的工藝技術(shù)與應(yīng)用
要想要發(fā)揮出高速切削的效能，就必須個(gè)個(gè)環(huán)節(jié)的緊密配合
都是我創(chuàng)作的動(dòng)力，期待你的加入
在制造行業(yè)，對(duì)高速銑普遍存在以下錯(cuò)誤觀念：
1）高速銑床只是一臺(tái)配了高轉(zhuǎn)速主軸的銑床
2）主軸轉(zhuǎn)速越高，加工速度就越快
3）高速銑床只是為了取代一般的傳統(tǒng)銑床
4）20000 轉(zhuǎn)的主軸已足夠模具生產(chǎn)的需求了
5）高速銑床只是軸向服務(wù)器加大加快
6）高速銑床只能加工電極
7）………
事實(shí)上，高速銑床是一種新的工藝技術(shù)與應(yīng)用
從頂部，你可以看出，曲軸粗加工比較流行的工藝是:主要使用汽車?yán)夹g(shù)和高速外部銑，連桿期刊使用高速外部銑削和高速伺服外部往往銑，使用的干式加工。由于國(guó)外此類設(shè)備價(jià)格昂貴，產(chǎn)品加工的成本非常高，一些機(jī)床制造商(如青海第二機(jī)床制造有限公司。有限公司)先后開(kāi)發(fā)數(shù)控曲軸車床，數(shù)控銑床，數(shù)控曲軸車?yán)S轉(zhuǎn)速機(jī)床，專用機(jī)床。曲軸磨削加工國(guó)產(chǎn)數(shù)控磨床已相當(dāng)普遍，產(chǎn)品加工精度已大大改善。
.多樣的加工方式，便于設(shè)計(jì)組合高效率的刀具路徑
5.完整的刀具庫(kù)
6.加工參數(shù)庫(kù)管理功能
7.包含二軸到五軸銑削、車床銑削、線切割
8.大型刀具庫(kù)管理
9.實(shí)體模擬切削
10.泛用型后處理器等功能
11.高速銑功能
目前，意大利模具企業(yè)在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用數(shù)控高速銑，三軸聯(lián)動(dòng)的比較多，也有一些是五軸聯(lián)動(dòng)的，轉(zhuǎn)數(shù)一般在 1.5萬(wàn)~3萬(wàn)r/min。
采用高速銑削技術(shù)，可大大縮短制模時(shí)間。經(jīng)高速銑削精加工后的模具型面，僅需略加拋光便可使用，節(jié)省了大量修磨、拋光的時(shí)間。意大利模具企業(yè)十分重視技術(shù)進(jìn)步和設(shè)備更新。設(shè)備折舊期限一般為4~5年。
1.提供可靠、精確的刀具路徑
2.能直接在曲面及實(shí)體上加工
3.良好的使用者界面，客戶也可自行化設(shè)計(jì)界面
4.多樣的加工方式，便于設(shè)計(jì)組合高效率的刀具路徑
5.完整的刀具庫(kù)
6.加工參數(shù)庫(kù)管理功能
7.包含二軸到五軸銑削、車床銑削、線切割
8.大型刀具庫(kù)管理
9.實(shí)體模擬切削
10.泛用型后處理器等功能
11.高速銑功能
12.CAM客戶化模板
例如，高強(qiáng)易脆材料的大型整體構(gòu)件的高速數(shù)控切銑工藝，機(jī)床與構(gòu)件的顫振問(wèn)題是首先要解決的工程力學(xué)問(wèn)題；還有：加工過(guò)程熱傳導(dǎo)及變形分析與控制；多至數(shù)十個(gè)壁板槽腔的加工路線的選擇；各種工藝參數(shù)的確定與優(yōu)化；既要研究解決復(fù)雜構(gòu)件的整體分析，又要研究加工部位的細(xì)節(jié)分析等問(wèn)題。這些力學(xué)數(shù)學(xué)問(wèn)題，往往既需要理論創(chuàng)新支撐，也需要試驗(yàn)與檢驗(yàn)的實(shí)踐創(chuàng)新支撐，才能獲得新突破。
本次創(chuàng)新性的采用高速銑工藝進(jìn)行拉延模具精加工，加工結(jié)束后從模具表面質(zhì)量、型面精度、制造周期三方面進(jìn)行評(píng)估。
⑴模具表面質(zhì)量。
采用高速銑精加工，刀具步距小(0.025mm)、加工深度淺(＜0.1mm)，且高速銑中切削力要比常規(guī)銑削小，工件發(fā)熱與變形均很小，模具表面光潔度與尺寸精度有了很大提升。
⑷冷鍛毛坯內(nèi)在質(zhì)量適合高速數(shù)控銑的應(yīng)用。
⑸冷鍛毛坯熱處理變形可控及穩(wěn)定，可以實(shí)現(xiàn)熱前反向補(bǔ)償。
本文節(jié)選自《鍛造與沖壓》2018年第15期。
圖15.精密數(shù)控高速銑加工中心
圖16.高速銑削加工的傘齒輪成形模
考慮到齒輪模具制造的經(jīng)濟(jì)性，特別是對(duì)于硬質(zhì)合金齒輪模，目前齒輪精鍛行業(yè)主要的制模工藝仍然是放電加工，但齒形電極的展成加工已有被高速銑數(shù)控加工全面取代的趨勢(shì)。對(duì)于淬火硬度在洛氏50度左右的溫鍛和熱鍛成形模，高速銑在加工速度和精度方面已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)放電加工，在模具的使用壽命方面也體現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)。
