本文從機床結構、切削刀柄和刀具、加工工藝、數控編程等方面較為詳盡地講述了高速銑削的技術特點以及在模具加工行業的應用。雖然文章寫得較為宏觀， 但內容較為全面，對模具領域的讀者全面了解和應用高速加工技術，還是有較強的指導意義的。

一、前言

    在現代模具生產中，隨著對塑件的美觀度及功能要求得越來越高，塑件內部結構設計得越來越復雜，模具的外形設計也日趨復雜，自由曲面所占比例不斷增加，相應的模具結構也設計得越來越復雜。這些都對模具加工技術提出了更高要求，不僅應保證高的制造精度和表面質量，而且要追求加工表面的美觀。隨著對高速加工技術研究的不斷深入，尤其在加工機床、數控系統、刀具系統、CAD/CAM軟件等相關技術不斷發展的推動下，高速加工技術已越來越多地應用于模具型腔的加工與制造中。

    數控高速切削加工作為模具制造中最為重要的一項先進制造技術，是集高效、優質、低耗于一身的先進制造技術。相對于傳統的切削加工，其切削速度、進給速度有了很大的提高，而且切削機理也不相同。高速切削使切削加工發生了本質性的飛躍，其單位功率的金屬切除率提高了30%~40%，切削力降低了30%，刀具的切削壽命提高了70%，留于工件的切削熱大幅度降低，低階切削振動幾乎消失。隨著切削速度的提高，單位時間毛坯材料的去除率增加了，切削時間減少了，加工效率提高了，從而縮短了產品的制造周期，提高了產品的市場競爭力。同時，高速加工的小量快進使切削力減少了，切屑的高速排出減少了工件的切削力和熱應力變形，提高了剛性差和薄壁零件切削加工的可能性。由于切削力的降低，轉速的提高使切削系統的工作頻率遠離機床的低階固有頻率，而工件的表面粗糙度對低階頻率最為敏感，由此降低了表面粗糙度。在模具的高淬硬鋼件(HRC45~HRC65)的加工過程中，采用高速切削可以取代電加工和磨削拋光的工序，從而避免了電極的制造和費時的電加工，大幅度減少了鉗工的打磨與拋光量。對于一些市場上越來越需要的薄壁模具工件，高速銑削也可順利完成，而且在高速銑削CNC加工中心上，模具一次裝夾可完成多工步加工。


    高速加工技術對模具加工工藝產生了巨大影響，改變了傳統模具加工采用的"退火→銑削加工→熱處理→磨削"或"電火花加工→手工打磨、拋光"等復雜冗長的工藝流程，甚至可用高速切削加工替代原來的全部工序。高速加工技術除可應用于淬硬模具型腔的直接加工(尤其是半精加工和精加工)外，在EDM電極加工、快速樣件制造等方面也得到了廣泛應用。大量生產實踐表明，應用高速切削技術可節省模具后續加工中約80%的手工研磨時間，節約加工成本費用近30%，模具表面加工精度可達1 m，刀具切削效率可提高1倍。

二、高速銑削加工機床

    高速切削技術是切削加工技術的主要發展方向之一，它隨著CNC技術、微電子技術、新材料和新結構等基礎技術的發展而邁上更高的臺階。由于模具加工的特殊性以及高速加工技術的自身特點，對模具高速加工的相關技術及工藝系統(加工機床、數控系統、刀具等)提出了比傳統模具加工更高的要求。

    1. 高穩定性的機床支撐部件

    高速切削機床的床身等支撐部件應具有很好的動、靜剛度，熱剛度和最佳的阻尼特性。大部分機床都采用高質量、高剛性和高抗張性的灰鑄鐵作為支撐部件材料，有的機床公司還在底座中添加高阻尼特性的聚合物混凝土，以增加其抗振性和熱穩定性，這不但可保證機床精度穩定，也可防止切削時刀具振顫。采用封閉式床身設計，整體鑄造床身，對稱床身結構并配有密布的加強筋等也是提高機床穩定性的重要措施。一些機床公司的研發部門在設計過程中，還采用模態分析和有限元結構計算等，優化了結構，使機床支撐部件更加穩定可靠。

    2. 機床主軸

    高速機床的主軸性能是實現高速切削加工的重要條件。高速切削機床主軸的轉速范圍為10000~100000m/min，主軸功率大于15kW。通過主軸壓縮空氣或冷卻系統控制刀柄和主軸間的軸向間隙不大于0.005mm。還要求主軸具有快速升速、在指定位置快速準停的性能(即具有極高的角加減速度)，因此高速主軸常采用液體靜壓軸承式、空氣靜壓軸承式、熱壓氮化硅（Si3N4）陶瓷軸承磁懸浮軸承式等結構形式。潤滑多采用油氣潤滑、噴射潤滑等技術。主軸冷卻一般采用主軸內部水冷或氣冷。

    3. 機床驅動系統

    為滿足模具高速加工的需要，高速加工機床的驅動系統應具有下列特性：

    (1) 高的進給速度。研究表明，對于小直徑刀具，提高轉速和每齒進給量有利于降低刀具磨損。目前常用的進給速度范圍為20~30m/min，如采用大導程滾珠絲杠傳動，進給速度可達60m/min；采用直線電機則可使進給速度達到120m/min。