高速銑的案例
高速銑在汽車覆蓋件模具加工中的應用
采用高速銑加工模具的優勢如下：
⑴工序減少，一般高速銑后僅需較少工時的手工研磨和拋光。
⑵生產效率高，實現“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，容易實現加工過程的自動化。
⑶產品質量好、加工精度高、表面質量易于保證。切屑瞬間被切離，工件表面殘余應力小；95%切削熱被切屑帶走，工件熱變形小；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能加工硬質零件。高速銑可加工淬硬鋼，鋼硬度可達62HRC左右，甚至不用切削液完成硬切削和干切削。并且切削時橫向切削力很小，刀刃和工件接觸時間短，加工變形小。
大眾某車型翼子板模具實例
圖1是大眾某車型翼子板零件產品圖。該零件為典型的汽車外覆蓋件，外觀質量要求非常高，對模具的加工質量提出了很高的要求，且表面有5條棱線，機加時需按照大眾標準進行銳棱加工。
拉延凸凹模高速銑刀具選擇及切削參數
⑴翼子板模具機加方案。
圖1 翼子板零件產品造型
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。粗加工階段根據檢測的余量選用大直徑球頭刀去除大部分余量，型腔、轉角部分采用小直徑球頭刀進行預清根。半精加工中采用直徑為φ20mm球頭刀進行仿形銑，保證在后續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，主軸平均轉速達到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 高速銑加工的那些錯誤觀念，看完終于明白了！
在制造行業，對高速銑普遍存在以下錯誤觀念：
1）高速銑床只是一臺配了高轉速主軸的銑床
2）主軸轉速越高，加工速度就越快
3）高速銑床只是為了取代一般的傳統銑床
4）20000 轉的主軸已足夠模具生產的需求了
5）高速銑床只是軸向服務器加大加快
6）高速銑床只能加工電極
7）………
事實上，高速銑床是一種新的工藝技術與應用
要想要發揮出高速切削的效能，就必須個個環節的緊密配合，如果有其中一個環節搭配不佳，將無法發揮高速切削的效能。
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
高速切削時的基本情況
隨著轉速增加到一定程度時，則刀具的溫度和切削力反而會逐漸下降。這種現象被用在了高速銑削技術中。
傳統銑削狀態
高速銑削狀態
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
高速銑削的應用范圍
1）為了與主軸規格相匹配，保證加工的穩定性和安全起見，刀具直徑不超過16mm (HSK-E40)。
2）與傳統銑削相比，高速銑削的切削去除率相對比較小，對于小零件和模具加工應用非常適合。
3）可應用于薄片加工、微細加工等新的加工應用。
展開 高速銑加工的那些錯誤觀念，看完終于明白了！
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在制造行業，對高速銑普遍存在以下錯誤觀念：
1）高速銑床只是一臺配了高轉速主軸的銑床
2）主軸轉速越高，加工速度就越快
3）高速銑床只是為了取代一般的傳統銑床
4）20000 轉的主軸已足夠模具生產的需求了
5）高速銑床只是軸向服務器加大加快
6）高速銑床只能加工電極
7）………
事實上，高速銑床是一種新的工藝技術與應用
要想要發揮出高速切削的效能，就必須個個環節的緊密配合，如果有其中一個環節搭配不佳，將無法發揮高速切削的效能。
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
高速切削時的基本情況
隨著轉速增加到一定程度時，則刀具的溫度和切削力反而會逐漸下降。這種現象被用在了高速銑削技術中。
傳統銑削狀態
高速銑削狀態
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
高速銑削的應用范圍
1）為了與主軸規格相匹配，保證加工的穩定性和安全起見，刀具直徑不超過16mm (HSK-E40)。
2）與傳統銑削相比，高速銑削的切削去除率相對比較小，對于小零件和模具加工應用非常適合。
3）可應用于薄片加工、微細加工等新的加工應用。
展開 汽車齒輪的精密鍛造技術
90年代后期，高速銑的出現解決了齒形電極的修鼓問題。現代的高精度數控高速銑加工銅電極時精度達到μ米級（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。在當今，應用高性能的復合涂層刀具和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濟性，特別是對于硬質合金齒輪模，目前齒輪精鍛行業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控加工全面取代的趨勢。對于淬火硬度在洛氏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遠超過放電加工，在模具的使用壽命方面也體現出明顯的優勢。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，國內的教科書和文獻資料上就介紹了園柱齒輪的熱滾軋和冷滾軋工藝(2)。典型的齒輪滾軋原理如（圖17）。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制按一定速比可分為自由滾軋和強制滾軋；按滾輪數量可分為單輪滾軋、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
由于大模數的園柱齒輪很難通過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后，人們已很少使用滾軋齒輪的方法。只有在小規格的漸開線花鍵成形方面，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用的齒輪成形工藝。典型零件是汽車起動電機小齒輪，及齒輪正擠壓模具結構。
展開 
如何合理使用典型的曲軸高效專用機床？
1.當曲軸軸頸有沉割槽時，數控內銑機床不能加工;如果曲軸軸頸軸向有沉割槽時，數控高速外銑機床和數控內銑機床均不能加工，平衡塊但數控車-車拉機床能很方便地加工。
2.當平衡塊側面需要加工時，數控內銑機床應當為首選機床，因為內銑刀盤外圓定位，剛性好，尤其適用于加工大型鍛鋼曲軸;此時不適合用數控車-車拉機床，不銹鋼排氣尾管因為在曲軸的平衡塊側面需要加工的情況下，采用數控車-車拉機床加工，平衡塊側面是斷續切削，且曲軸轉速又很高，在這種工況下，崩刀現象比較嚴重。
3.當曲軸的軸頸無沉割槽，且平衡塊側面不需加工時，原則上幾種機床都能加工。當加工轎車曲軸時，主軸頸采用數控車-車拉機床，不銹鋼沖壓連桿頸采用數控高速外銑機床則應成為最佳高效加工選擇;當加工大型鍛鋼曲軸時，則主軸頸和連桿頸均采用數控內銑機床比較合理。
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沉割槽，且側面需要加工，余量較大;轎車曲軸一般軸頸有沉割槽，且側面不需要加工。因此可以得出結論：加工鍛鋼曲軸采用數控內銑機床，加工轎車曲軸主軸頸采用數控車-車拉機床，輪胎加寬法蘭連桿頸采用數控高速外銑機床是比較合理的高效加工選擇
展開 在模具制造領域的14個常見問題解答
使用高速銑對淬硬模具鋼進行精加工時，一個需遵守的主要因素是采用淺切削。 切削深度應不超過0.2/0.2 mm(ap/ae：軸向切削深度/徑向切削深度)。這是為了避免刀柄/切削刀具的過大彎曲和保持所加工模具擁有小的公差和高精度。 選擇剛性很好的夾緊系統和刀具也非常重要。 當使用整體硬質合金刀具時，采用有最大核心直徑(最大抗彎剛性)的刀具非常重要。 一條經驗法則是，如果將刀具的直徑提高20%，例如從10 mm提高到12 mm，刀具的彎曲將減小50%。 也可以說，如果將刀具懸伸/伸出部分縮短20%，刀具的彎曲將減小50%。 大直徑和錐度的刀柄進一步提高了剛度。 當使用可轉位刀片的球頭立銑刀(見模具制造樣本 C-1102:1)時，如果刀柄用整體硬質合金制造，抗彎剛性可以提高3－4倍。 當用高速銑對淬硬模具鋼進行精加工時，選擇專用槽形和牌號也非常重要。 選擇像TiAlN這樣有高熱硬度的涂層也非常重要。 11) 什么時候應采用順銑，什么時候應采用逆銑？ 主要建議是： 盡可能多使用順銑。 當切削刃剛進行切削時，在順銑中，切屑厚度可達到其最大值。 而在逆銑中，為最小值。 一般來說，在逆銑中刀具壽命比在順銑中短，這是因為在逆銑中產生的熱量比在順銑中明顯地高。 在逆銑中當切屑厚度從零增加到最大時，由于切削刃受到的摩擦比在順銑中強，因此會產生更多的熱量。 逆銑中徑向力也明顯高，這對主軸軸承有不利影響。 在順銑中，切削刃主要受到的是壓縮應力，這與逆銑中產生的拉力相比，對硬質合金刀片或整體硬質合金刀具的影響有利得多。 當然也有例外。 當使用整體硬質合金立銑刀(見模具樣本C- 1102:1中的刀具)進行側銑(精加工)時，特別是在淬硬材料中，逆銑是首選。 這更容易獲得更小公差的壁直線度和更好的90度角。 不同軸向走刀之間如果有不重合的話，接刀痕也非常小。 這主要是因為切削力的方向。
展開 操機仔，起床干活了，不要再做夢了！夢境與現實的差距就是你與編程的區別！
UG CAM是模具數控行業最具代表性的數控編程軟件，其最大的特點就是生成的刀具軌跡合理、切削負載均勻、適合高速加工。另外，在加工過程中的模型、加工工藝和刀具管理，均與主模型相關聯，主模型更改設計后，編程只需重新計算即可，所以UG編程的效率非常高。
UG都有哪些基本特征？
不管怎樣，UG作為一款軟件，它只是一個輔助工具，具體要看使用者是一個什么樣的態度，就好像我們上學時候學英語或者計算機一樣，都是作為工具來使用，UG擁有強大的功能性版塊可以為使用者提供最大的幫助，同時它還可以進行設計，不管是簡單的三維設計還是后期的模具設計都可以，而且UG還可以對復雜曲面以及復雜結構進行編程！
UG編程學會了，都有哪些優點？
1.提供可靠、精確的刀具路徑
2.能直接在曲面及實體上加工
3.良好的使用者界面，客戶也可自行化設計界面
4.多樣的加工方式，便于設計組合高效率的刀具路徑
5.完整的刀具庫
6.加工參數庫管理功能
7.包含二軸到五軸銑削、車床銑削、線切割
8.大型刀具庫管理
9.實體模擬切削
10.泛用型后處理器等功能
11.高速銑功能
12.CAM客戶化模板
學會UG編程都有哪些基本要求呢？
現在很多人都想學門技術，希望即能賺錢又有發展前景， 在眾多的技術當中，模具行業算是門檻不高的一個行業，而且沉淀得久了，還有自己去做老板的可能性。對于學歷不高的人來說，確實是一個比較好的選擇。
為什么越來越多的人開始使用UG軟件呢？
展開 數控常用編程軟件都有哪些，你用哪一種？
UG 優點 :
1.提供可靠、精確的刀具路徑
2.能直接在曲面及實體上加工
3.良好的使用者界面，客戶也可自行化設計界面
4.多樣的加工方式，便于設計組合高效率的刀具路徑
5.完整的刀具庫
6.加工參數庫管理功能
7.包含二軸到五軸銑削、車床銑削、線切割
8.大型刀具庫管理
9.實體模擬切削
10.泛用型后處理器等功能
11.高速銑功能
3）Pro/E
是美國 PTC （參數技術有限公司）開發的軟件，是全世界最普及的三維 CAD/CAM （計算機輔助設計與制造） 系統。廣泛用于電子、機械、模具、工業設計和玩具等民用行業。
具有零件設計、產品裝配、模具開發、數控加工、造型設計等多種功能。
Pro/E在我國南方地區企業中被大量使用，設計建模采用 PRO-E ，編程加工采MASTERCAM 和 CIMATRON 是目前通行的做法。
4）Cimatron CAD/CAM系統
以色列 Cimatron 公司的 CAD/CAM/PDM 產品，是較早在微機平臺上實現三維 CAD/CAM全功能的系統。
該系統提供了比較靈活的用戶界面，優良的三維造型、工程繪圖，全面的數控加工，各種通用、專用數據接口以及集成化的產品數據管理。
展開 給大家介紹一本MasterCAMX6數控加工教程
如清根刀路的優化、增加了型腔粗銑時的擺線走刀控制、多軸增強功能、優化了高速銑中的等表面粗糙度刀路功能、減少了銑削緩坡時的抬刀次數、在所有高速銑削命令中增加了新的選項等。本書是MasterCAM X6數控加工的快速學習指南，其特色如下：
● 內容全面，與其他的同類書籍相比，包括更多的MasterCAM數控加工知識和內容。
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● 寫法獨特，采用MasterCAM X6軟件中真實的對話框、菜單和按鈕等進行講解，使初學者能夠直觀、準確地操作軟件，從而大大提高學習效率。
● 附加值高，本書附帶2張多媒體DVD學習光盤，制作了大量編程技巧和具有針對性實例的教學視頻并進行了詳細的語音講解，時間長達365分鐘，2張DVD光盤教學文件容量共計6.8GB，可以幫助讀者輕松、高效地學習。
本書是根據北京兆迪科技有限公司給國內外一些著名公司（含國外獨資和合資公司）的培訓案例整理而成的，具有很強的實用性，其主編和參編人員主要來自北京兆迪科技有限公司。該公司專門從事CAD/CAM/CAE技術的研究、開發、咨詢及產品設計與制造服務，并提供MasterCAM、UG、CATIA等軟件的專業培訓及技術咨詢，在本書的編寫過程中得到了該公司的大力幫助，在此表示衷心的感謝。讀者在學習本書的過程中如果遇到問題，可通過訪問該公司的網站來獲得幫助。
展開 世界模具強國排名來了，看看中國排第幾？
在意大利模具企業，CAD/CAE/CAM、高速切削加工技術、快速成型技術與快速制模技術已成為普遍應用的技術。
1、CAD/CAE/CAM的廣泛應用顯示了用信息技術帶動和提升模具工業的優越性。
在CAD的應用方面，已經超越了甩掉圖板、二維繪圖的初級階段，目前3D設計已達到了70%～89%。PROE、UG、CIMATRON等軟件的應用很普遍。應用這些軟件不僅可完成2D設計，同時可獲得3D 模型，為NC編程和CAD/CAM的集成提供了保證。應用3D設計，還可以在設計時進行裝配干涉的檢查，保證設計和工藝的合理性。
數控機床的普遍應用，保證了模具零件的加工精度和質量。30～50人的模具企業，一般擁有數控機床十多臺。經過數控機床加工的零件可直接進行裝配，使裝配鉗工的人數大大減少。CAE技術在意大利已經逐漸成熟。在注射模設計中應用CAE分析軟件，模擬塑料的沖模過程，分析冷卻過程，預測成型過程中可能發生的缺陷。在沖模設計中應用CAE軟件，模擬金屬變形過程，分析應力應變的分布，預測破裂、起皺和回彈等缺陷。CAE技術在模具設計中的作用越來越大，意大利COMAU公司應用 CAE技術后，試模時間減少了50%以上。
2、為了縮短制模周期、提高市場競爭力，普遍采用高速切削加工技術。
高速切削是以高切削速度、高進給速度和高加工質量為主要特征的加工技術，其加工效率比傳統的切削工藝要高幾倍，甚至十幾倍。目前，意大利模具企業在生產中廣泛應用數控高速銑，三軸聯動的比較多，也有一些是五軸聯動的，轉數一般在 1.5萬~3萬r/min。
采用高速銑削技術，可大大縮短制模時間。經高速銑削精加工后的模具型面，僅需略加拋光便可使用，節省了大量修磨、拋光的時間。意大利模具企業十分重視技術進步和設備更新。
展開 中間軸數值模擬的過程分析
等溫正火后的機加工主要是加工鍛件右側的三個凹槽和銑兩個端面及中心孔。冷擠壓后鍛件及加工件如圖8所示。
圖5 后處理界面
圖6 模具結構圖
圖7 中間軸采用的工藝流程
圖8 冷擠壓成形鍛件及加工件
表1 冷鍛毛坯與熱鍛毛坯車削性能對比
機械加工性能驗證
冷鍛毛坯與熱鍛毛坯車削性能對比見表1。冷擠壓毛坯車削斷屑性能優于熱鍛毛坯，加工無纏屑，有利于自動化及數控車削中心生產線生產；兩種毛坯的表面質量相近，均滿足工序要求。
冷軋花鍵性能
對精車完的軸齒進行花鍵冷軋試驗，觀察齒面形貌、并統計相關輪齒精度，圖9為冷軋花鍵的齒面狀態。花鍵徑跳Fr對比如圖10所示。冷擠壓毛坯滾軋的花鍵成形性比較好，金屬流動正常；花鍵精度及穩定性方面都優于熱鍛毛坯。
結論
圖9 冷擠壓毛坯花鍵形貌
圖10 冷擠壓與熱鍛毛坯搓齒Fr對比
⑴通過仿真計算、模具開發及工藝試驗研究，成功開發出轎車變速器的軸齒零件冷擠壓成形毛坯。
⑵冷鍛毛坯近凈成形，提升材料利用率，降低切削加工余量，實現材料與工藝降成本。
⑶冷鍛毛坯的熱前加工特性優于“熱鍛+等溫正火”，能夠獲得良好穩定的熱前齒輪精度和花鍵精度。
⑷冷鍛毛坯內在質量適合高速數控銑的應用。
⑸冷鍛毛坯熱處理變形可控及穩定，可以實現熱前反向補償。
本文節選自《鍛造與沖壓》2018年第15期。
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【汽車曲軸知識】2
90年代中期一個新的數控高速曲軸銑床，使曲軸粗加工工藝和新的水平。數控銑床，數控曲軸曲柄的速度進行銑，磨有以下缺點:不容易對刀，切削速度較低(通常不超過160m/min)，非切削時間，機床投資，流程周期時間。和數控高速曲軸銑床，具有以下優點:切削速度高(高達350m/min)，切削短，工藝周期短，切削力小，工件溫度低，高，刀具壽命變化較少的加工精度，更靈活，更好。因此，數控高速曲軸銑床，將是曲軸粗加工的發展方向。據專家介紹，曲軸車車拉機床特別適合于雜志和曲軸加工水槽切割，無槽，平衡塊的一面;和高速銑削的外部接收器是不處理的曲軸軸向切槽。為德國勃林格公司的偏氟乙烯315奧姆- 4高速伺服外部銑床銑床，它是專為德國勃林格公司的汽車發動機曲軸設計和靈活的數控銑床，工件的旋轉裝置的應用和制造銑刀伺服連動控制技術，可以不改變一個夾緊曲軸旋轉中心和伺服跟蹤銑削曲軸連桿雜志。偏氟乙烯高速伺服- 315奧姆- 4采用復合整體銑床，工件旋轉，兩端é同步，干式加工，加工精度驅動，高切削效率高的特點;用西門子840D數控系統銑床，通過輸入基本參數的一部分自動生成加工程序，可以加工長度在450~700毫米，直徑為轉折點，在380毫米的曲軸，連桿作者:外徑公差± 0.02mm的。
從頂部，你可以看出，曲軸粗加工比較流行的工藝是:主要使用汽車拉技術和高速外部銑，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。由于國外此類設備價格昂貴，產品加工的成本非常高，一些機床制造商(如青海第二機床制造有限公司。有限公司)先后開發數控曲軸車床，數控銑床，數控曲軸車拉曲軸轉速機床，專用機床。曲軸磨削加工國產數控磨床已相當普遍，產品加工精度已大大改善。為適應曲軸加工要求的增加，使曲軸磨床很高的要求。現代曲軸磨床，此外還有一個非常高的靜態和動態剛度和精度高的機器，它也需要很高的磨削效率和更靈活。
展開 關于構建新一代航空CAE的基礎平臺
例如，高強易脆材料的大型整體構件的高速數控切銑工藝，機床與構件的顫振問題是首先要解決的工程力學問題；還有：加工過程熱傳導及變形分析與控制；多至數十個壁板槽腔的加工路線的選擇；各種工藝參數的確定與優化；既要研究解決復雜構件的整體分析，又要研究加工部位的細節分析等問題。這些力學數學問題，往往既需要理論創新支撐，也需要試驗與檢驗的實踐創新支撐，才能獲得新突破。
5 結論
總而言之，構建新一代航空CAE基礎平臺，是帶有全局戰略性質的技術目標，值得全行業的同仁們高度關注。
參考文獻：
[1]. 岳中第，“對CAE發展戰略的探討”，數字軍工，2009第8期；香山科學會議論文集，2008/12月。
[2]. 劉看旺，“全三維研制技術推動飛機研制體系變革”，航空制造技術，2011第1/2期，北京。
作者簡介：
岳中第研究員，政府特殊津貼專家。畢業于清華大學工程力學數學系。70年代年在中國飛機結構強度研究所從事航空結構分析系統研制。80年代曾參加中德航空國際科技合作，任CADEMAS專家隊副隊長。90年代，在北京航空制造工程研究所從事CIEM系統及CAD/CAE集成技術研究。曾獲得10項部級與國家級科技成果進步獎。
—文章來自第七屆中國CAE工程技術分析年會論文集
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