下面是小编给各位读者分享的用于模具工业的高速加工技术，欢迎大家分享。
篇1：用于模具工业的高速加工技术
本文介绍高速加工技术的主要特点，论述用于模具工业的高速机床、高速刀具和高速CAD/CAM系统等关键技术，列举一些应用实例和使用效果，指出高速加工技术在模具工业中广阔的应用前景，
模具是制造业中使用量大、影响面广的工具产品。没有型腔模、压铸模、铸模、深拉模和冲压模，就无法生产出被广泛应用和具有竞争价格的塑料件、合金压铸件、钢板件和锻件。在现代批量生产中，没有高水平的模具，就没有高质量的产品，它对企业提高生产效率、降低生产成本也有重要的作用。据国外最新统计分析，金属零件粗加工的75%、精加工的50%和塑料零件的90%是用模具加工完成的。因此，模具工业也被称为“皇冠工业”。如今，模具制造已成为先进制造技术的一个重要组成部分。
制造模具的材料通常是一类难加工材料，目前国内模具型腔一般都用电火花加工(EDM)成型。但电加工的生产效率很低，不论在模具开发速度方面还是模具制造质量方面，都不能满足现代批量生产的要求。
高速加工技术的出现，为模具制造技术开辟了一条崭新的道路。尽可能用高速加工来代替电加工，是加快模具开发速度、提高模具制造质量的必然趋势。
模具高速加工的优越性
不论是冲压模具还是塑料模具(包括注射模、挤压模、吹塑模等)，为了提高其使用寿命，构成模具型腔的有关零件一般都用高强度的耐磨材料制造(如各种牌号的合金结构钢、合金工具钢和不锈钢等)，这些材料经过热处理後硬度很高，很难用常规的机械加工方法进行加工。几十年来，对付这类难加工材料的最好办法就是用特种加工。
在中国，模具的型腔加工至今仍然是电火花加工一统天下，电火花加工(包括成形加工和线切割)在模具制造中一直起着十分重要的作用。
生产的发展和产品更新换代速度的加快，对模具的生产效率和制造质量提出了越来越高的要求，于是电火花加工存在的问题就逐渐暴露出来。从物理本质上说，电火花加工是一种靠放电烧蚀的“微切削”工艺，加工过程非常之缓慢；在电火花对工件表面进行局部高温放电烧蚀过程中，工件材料表面的物理-机械性能会受到一定程度的损伤，常常会在型腔表面产生微细裂纹，表面粗糙度也达不到模具的要求，因而经过电加工後的型腔类零件一般还要进行费力、费时的手工研磨和抛光。因此，电火花加工的生产效率很低，制造质量不稳定，在许多场合，模具已成为影响新产品开发速度的一个关键因素。
20世纪90年代以来，在国外模具工业中开始逐渐应用高速切削(HSC)方法进行型腔的加工，并且取得了很好的效果。和电火花加工相比，高速加工的主要优点是：
(1)产品质量好—高速切削以高于常规切速10倍左右的切削速度对零件进行高速加工，毛坯材料的馀量还来不及充分变形就在瞬间被切离工件，工件表面的残馀应力非常小；切削过程中产生的绝大多数热量(95%以上)被切屑迅速带走，工件的热变形小；高速加工过程中，机床主轴以极高的转速(10000~80000 r/min)运转，激振频率远远离开了“机床—刀具—工件”系统的固有频率范围，零件加工过程平稳无冲击。因此零件的加工精度高，表面质量好，粗糙度可达Ra 0.6μm以上。经过高速铣削的型腔，表面质量能达到磨削的水平，故常常可省去後续的许多精加工工序。
(2)生产效率高—用高速加工中心或高速铣床加工模具，可以在工件一次装夹中，完成型腔的粗、精加工和模具零件其它部位的机械加工，即所谓“一次过”技术(One Pass Machining)，切削速度很高，加工过程本身的效率比电加工要高出好几倍。除此以外，它既不要做电极，常常也不需要後续的手工研磨与抛光，又容易实现加工过程自动化。因此，高速加工技术的应用，使模具的开发速度大为提高。
(3)能加工形状复杂的硬质零件和薄壁零件—由高速切削机理可知，高速切削时，切削力大为减少，切削过程变得比较轻松。高速切削可以加工淬火钢，材料硬度可高达60HRC以上，加工过程甚至可以不用切削液，这就是所谓的硬切削(Hard Machining)和乾切削(Dry Machining)。尤其可贵的是，在高速加工中，横向切削力(Py)很小，这就有利于加工复杂模具型腔中一些细筋和薄壁，其壁厚甚至可以小于1mm。
高速加工制造薄壁零件
近几年来，高速加工技术在国外已广泛用于模具工业。在工业发达国家，据统计目前有85%左右的模具电火花成形加工工序已被高速加工所替代。高速加工在国际模具制造工艺中的主流地位已经确立。原来一些从事电加工设备制造的着名公司(如瑞士Agie公司)，已敏感地看到这一技术发展趋势，为了不被模具设备场淘汰出局，已取了与高速机床制造厂家(如瑞士Mikron)联手合并的措施。
模具工业中的高速机床
对模具工业中使用的高速机床主要有下列要求：
(1)主轴转速高、功率大—为了适应模具型腔曲面的高速加工，刀具的半径应小于型腔曲面的最小圆角半径，以免加工过程中刀具与工件发生“干涉”(实际上是过
(2)机床刚度好—模具材料的强度和硬度都很高，加上常常用伸长量较大的小直径端铣刀加工模具型腔，因此加工过程容易发生颤振，一般都用精度高、刚度大的高速电主轴。为了确保零件的加工精度和表面质量，用于模具制造的高速机床必须有很高的静、动刚度，以提高机床的定位精度、跟踪精度和抗振能力。
(3)主轴转动和工作台(溜板)直线运动都要有极高的加速度—主轴从启动加速到最高转速(一般高于10000 r/min)，通常只用1~2秒的时间。工作台的加、减速度也从常规数控机床的0.1g?0.2g提高到1~5g(g为重力加速度，g=9.81m/s2)，以便可靠地实现小圆角半径曲面的高速加工，并达到必要的型面几何精度。在模具制造中，对机床的进给速度则不要求太高，一般有30m/min即可。近年来，矢量控制的变频调速永磁式主轴电动机和大推力、大行程直线电动机在高速机床上的应用，为模具制造中广泛用高速加工技术提供了更加有利的条件。
对于一些复杂模具的制造，可以用五轴联动加工中心。这种机床除三个坐标的直线运动外，主轴头上的刀具还可实现两个旋转坐标的圆周进给运动。铣头和工作台可以实现多轴联动，特别适用于加工具有复杂型腔曲面的模具零件。对于大型复杂模具，还可用龙门式五轴加工中心。
瑞士Mikron公司的HSM600U型高速加工中心，机床加工范围800mm×600mm×5000mm，主轴可选用Step-Tec公司最高转速为30000r/min、36000r/min、4r/min或60000r/min的高速电主轴，当用36000r/min电主轴时，功率为32KW(40%ED)/24KW(100%ED)。主轴用氮化硅(Si3N4)陶瓷球轴承，配以油-气润滑。进给速度40m/min，加速度1.7g，刀库容量为15~68把刀，立柱用龙门式框架结构，刚度高，特别适用于模具制造。
模具制造中的高速刀具
在高速切削应用于模具工业的历程中，刀具的地位举足轻重。高速切削时产生的切削热和对刀具的磨损比普通速度切削时要高得多，因此高速切削对刀具材料的性能有更高的要求。要求刀具材料：(1)硬度高、强度高、耐磨性好；(2)韧度高、抗冲击能力强；(3)热硬性和化学稳定性好，抗热冲击能力强。在工程实际中，同时满足这些要求的刀具材料至今还没有找到。目前，一般都在有较高抗冲击能力刀具材料的基体上，覆盖一层或多层具有高热硬性和高耐磨性的涂层，做成高速刀具。另外，也可将CBN或金刚石等超硬材料烧结在硬质合金或陶瓷材料的基体上，形成综合性能非常好的高速加工刀具。刀具材料主要根据工件材料、加工工序、加工精度与表面质量的要求来选择。
除了正确选择刀具材料以外，刀具结构与精度、切削刃的几何参数、排屑与断屑功能、刀具的动平衡等对高速切削的生产效率、表面质量、刀具寿命等也有很大的影响，必须精心设计或选择。至于刀具和机床的连接方式，目前在高速加工中已基本上不用传统的7：24长锥度刀柄，而广泛用锥部与主轴端面同时接触的HSK空心刀柄，其锥度为1：10，以确保高速运转刀具的安全和轴向加工精度。
型腔的粗加工、半精加工和精加工一般用球头铣刀，球头铣刀的直径一般从1mm到12mm。最终的精加工应尽可能用同一把球头铣刀连续完成整个型面的加工，其直径应小于模具型腔曲面的最小曲率半径。
用球头铣刀，既可避免和模具型腔几何曲面发生干涉，又可避免一般铣刀中心区的切削速度等于零造成的麻烦。模具零件平面的粗、精加工则可采用带转位刀片的端铣刀。
高速铣削是目前高速切削技术中应用最多的一种工艺技术，所用的刀具包括端铣刀、立铣刀和球头铣刀，这类刀具以瑞典Sandvik公司和美国Kennametal公司的产品最为有名，中国也开始生产这类刀具。以往有不少企业家只重视机床设备的投资，却忽视了与之配套的高速刀具的购置，结果使高速机床不能充分发挥作用，这是认识上的一个误区，应该予以纠正。
CAD/CAM在模具工业中的应用
模具制造业是最早应用计算机技术来提高设计、制造水平的机械行业之一。自从高速加工技术被引进模具工业以来，计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助测量(CAT)、反求工程(RE)、计算机辅助工程(CAE)、计算机辅助制造(CAM)和快速原型制造(RP)等在模具制造中获得了广泛而有效的应用。下面只简要介绍高速加工中CAD技术和CAM技术的应用情况。
计算机辅助设计(CAD)主要用来解决产品造型设计问题，可完成模具设计和产品可装配性检查等工作。常用的软件有UG，Pro/Engineer，Mastercam和Cimatron等，这些软件都具有模具设计开发功能。运用知识工程技术(KBE)，把模具设计的原理、经验、技能和规范等结合到系统中，设计人员只要输入工况参数、工程参数或应用要求，系统就能自动推理构造出符合要求的数字化几何模型
由于模具的型腔大多由复杂曲面构成，在高速数控机床上加工时，CAM的数控编程是一项繁重的工作，编程质量在很大程度上决定了模具的加工质量。影响模具零件编程质量的主要因素有：加工工艺路线、刀具类型、切削用量、转角清根的处理以及加工精度与过切的检查等。高速加工的工艺路线是影响模具制造质量的主要因素。以往加工工艺是否合理完全决定于编程人员的个人经验，一不小心，常会忽略一些技术细节，如：下刀点不正确、抬刀的安全高度不够、没有定义过切检查面等。如果复查不严，不及时纠正，轻者会降低模具制造质量，造成工件返工；重者造成工件报废，甚至发生人身设备事故。
在高级CAM软件的虚拟加工仿真环境下，这个问题可以得到很好的解决：在计算机上虚构出高速数控机床的加工环境，放上一个预先做好的“毛坯”，让“刀具”进行动态模拟仿真，其情形就像真实加工过程一样。但仿真过程可以随时暂停，仿真时间可以自由控制，以便编程人员进行检查。模拟仿真结束後，编程人员即可根据“刀具”运行的情况和“工件”加工後的形状来调整加工工艺路线。这种虚拟加工技术，既可减轻编程人员的精神负担，又可保证模具的制造质量。用高速切削技术(HSC)和CAD/CAM技术後，模具的生产周期可缩短约40%。
应用实效
生产实践表明，高速加工技术在模具制造中有加工精度高、表面质量好和生产效率高等特点。以下举几个典型的应用实例。
以用于制造插座的压铸模具为例，材料的硬度为54HRC。用传统加工时的工艺过程是：粗加工—线切割—淬火—EDM成形—抛光，加工总工时为55h。用高速加工时的工艺过程是：粗加工—淬火—HSC—抛光，加工总工时仅为14.5h。工效提高近4倍。高速加工後的模具表面质量极佳，还可大幅度降低生产成本。
另一个例子是连杆的锻模，材料硬度为60HRC，原来用电火花加工型腔需15h，电极制作需2h，共计17h。改用高速硬铣削後，表面粗糙度达Ra0.5~0.6μm，质量完全符合要求，整个锻模加工只需200min，工效提高5倍。
如表1所列，当用直径为3mm的球头铣刀对锻模型面进行精铣加工时，为了实现151m/min的切削速度，主轴转速应达到16000r/min。
以生产卡车外壳的大型模具为例，现在用高速加工方法制造，粗加工刀具为直径25.4mm的球头铣刀，主轴转速9000r/min，进给速度5000mm/min；精加工刀具为直径8mm的球头铣刀，主轴转速20000r/min，进给量2000mm/min，高速铣削後达到的表面粗糙度为1μm。因此不必再进行手工研磨，只用油石抛光。和原来用的电加工工艺相比，手工操作时间减少了40%。
在某注塑模的高速加工中，材料硬度为56~58HRC。原来用电加工，每个零件需时90min；用直径为12mm球头铣刀以主轴转速15000r/min、工作台进给1500mm/min进行超高速加工後，加工每个零件只需5min，工效提高18倍。
这些实例说明，高速切削技术在模具制造中的应用效果是很好的，必须尽快推广应用。
发展前景
高速加工的加工精度高、表面质量好，生产效率很高，在模具工业中的应用效果非常好，传统的电加工工艺无法与之匹敌，完全符合现代制造技术“高效率、高精度和高度自动化”的发展方向，有广阔的应用前景。
当然，电火花成形加工对一些尖角、窄槽、深小孔和过于复杂的型腔表面的精密加工还是有用的。高速加工还不能完全代替电火花成形加工，两者应该扬长避短，相辅相成。同时应该看到，高速加工的一次性设备投资比较大，并不是所有模具厂都能承受，而且中国目前还有大量的小型模具厂和电加工作坊存在，短期内高速加工对电加工还不会造成太大的威胁。但是应该看到，高速加工在发达国家模具制造工业中已处于主流地位，目前更以其巨大的优势，猛烈地冲击传统的电加工工艺，模具工业大规模设备更新的时代即将到来，有远见、有实力的企业家应该首选高速加工这个当今世界模具制造的主流技术，主动迎接新技术革命的挑战。
本文介绍高速加工技术的主要特点，论述用于模具工业的高速机床、高速刀具和高速CAD/CAM系统等关键技术，列举一些应用实例和使用效果，指出高速加工技术在模具工业中广阔的应用前景，
模具是制造业中使用量大、影响面广的工具产品。没有型腔模、压铸模、铸模、深拉模和冲压模，就无法生产出被广泛应用和具有竞争价格的塑料件、合金压铸件、钢板件和锻件。在现代批量生产中，没有高水平的模具，就没有高质量的产品，它对企业提高生产效率、降低生产成本也有重要的作用。据国外最新统计分析，金属零件粗加工的75%、精加工的50%和塑料零件的90%是用模具加工完成的。因此，模具工业也被称为“皇冠工业”。如今，模具制造已成为先进制造技术的一个重要组成部分。
制造模具的材料通常是一类难加工材料，目前国内模具型腔一般都用电火花加工(EDM)成型。但电加工的生产效率很低，不论在模具开发速度方面还是模具制造质量方面，都不能满足现代批量生产的要求。
高速加工技术的出现，为模具制造技术开辟了一条崭新的道路。尽可能用高速加工来代替电加工，是加快模具开发速度、提高模具制造质量的必然趋势。
模具高速加工的优越性
不论是冲压模具还是塑料模具(包括注射模、挤压模、吹塑模等)，为了提高其使用寿命，构成模具型腔的有关零件一般都用高强度的耐磨材料制造(如各种牌号的合金结构钢、合金工具钢和不锈钢等)，这些材料经过热处理後硬度很高，很难用常规的机械加工方法进行加工。几十年来，对付这类难加工材料的最好办法就是用特种加工。
在中国，模具的型腔加工至今仍然是电火花加工一统天下，电火花加工(包括成形加工和线切割)在模具制造中一直起着十分重要的作用。
生产的发展和产品更新换代速度的加快，对模具的生产效率和制造质量提出了越来越高的要求，于是电火花加工存在的问题就逐渐暴露出来。从物理本质上说，电火花加工是一种靠放电烧蚀的“微切削”工艺，加工过程非常之缓慢；在电火花对工件表面进行局部高温放电烧蚀过程中，工件材料表面的物理-机械性能会受到一定程度的损伤，常常会在型腔表面产生微细裂纹，表面粗糙度也达不到模具的要求，因而经过电加工後的型腔类零件一般还要进行费力、费时的手工研磨和抛光。因此，电火花加工的生产效率很低，制造质量不稳定，在许多场合，模具已成为影响新产品开发速度的一个关键因素。
20世纪90年代以来，在国外模具工业中开始逐渐应用高速切削(HSC)方法进行型腔的加工，并且取得了很好的效果。和电火花加工相比，高速加工的主要优点是：
(1)产品质量好—高速切削以高于常规切速10倍左右的切削速度对零件进行高速加工，毛坯材料的馀量还来不及充分变形就在瞬间被切离工件，工件表面的残馀应力非常小；切削过程中产生的绝大多数热量(95%以上)被切屑迅速带走，工件的热变形小；高速加工过程中，机床主轴以极高的转速(10000~80000 r/min)运转，激振频率远远离开了“机床—刀具—工件”系统的固有频率范围，零件加工过程平稳无冲击。因此零件的加工精度高，表面质量好，粗糙度可达Ra 0.6μm以上。经过高速铣削的型腔，表面质量能达到磨削的水平，故常常可省去後续的许多精加工工序。
(2)生产效率高—用高速加工中心或高速铣床加工模具，可以在工件一次装夹中，完成型腔的粗、精加工和模具零件其它部位的机械加工，即所谓“一次过”技术(One Pass Machining)，切削速度很高，加工过程本身的效率比电加工要高出好几倍。除此以外，它既不要做电极，常常也不需要後续的手工研磨与抛光，又容易实现加工过程自动化。因此，高速加工技术的应用，使模具的开发速度大为提高。
(3)能加工形状复杂的硬质零件和薄壁零件—由高速切削机理可知，高速切削时，切削力大为减少，切削过程变得比较轻松。高速切削可以加工淬火钢，材料硬度可高达60HRC以上，加工过程甚至可以不用切削液，这就是所谓的硬切削(Hard Machining)和乾切削(Dry Machining)。尤其可贵的是，在高速加工中，横向切削力(Py)很小，这就有利于加工复杂模具型腔中一些细筋和薄壁，其壁厚甚至可以小于1mm。
高速加工制造薄壁零件
近几年来，高速加工技术在国外已广泛用于模具工业。在工业发达国家，据统计目前有85%左右的模具电火花成形加工工序已被高速加工所替代。高速加工在国际模具制造工艺中的主流地位已经确立。原来一些从事电加工设备制造的着名公司(如瑞士Agie公司)，已敏感地看到这一技术发展趋势，为了不被模具设备场淘汰出局，已取了与高速机床制造厂家(如瑞士Mikron)联手合并的措施。
模具工业中的高速机床
对模具工业中使用的高速机床主要有下列要求：
(1)主轴转速高、功率大—为了适应模具型腔曲面的高速加工，刀具的半径应小于型腔曲面的最小圆角半径，以免加工过程中刀具与工件发生“干涉”(实际上是过
(2)机床刚度好—模具材料的强度和硬度都很高，加上常常用伸长量较大的小直径端铣刀加工模具型腔，因此加工过程容易发生颤振，一般都用精度高、刚度大的高速电主轴。为了确保零件的加工精度和表面质量，用于模具制造的高速机床必须有很高的静、动刚度，以提高机床的定位精度、跟踪精度和抗振能力。
(3)主轴转动和工作台(溜板)直线运动都要有极高的加速度—主轴从启动加速到最高转速(一般高于10000 r/min)，通常只用1~2秒的时间。工作台的加、减速度也从常规数控机床的0.1g?0.2g提高到1~5g(g为重力加速度，g=9.81m/s2)，以便可靠地实现小圆角半径曲面的高速加工，并达到必要的型面几何精度。在模具制造中，对机床的进给速度则不要求太高，一般有30m/min即可。近年来，矢量控制的变频调速永磁式主轴电动机和大推力、大行程直线电动机在高速机床上的应用，为模具制造中广泛用高速加工技术提供了更加有利的条件。
对于一些复杂模具的制造，可以用五轴联动加工中心。这种机床除三个坐标的直线运动外，主轴头上的刀具还可实现两个旋转坐标的圆周进给运动。铣头和工作台可以实现多轴联动，特别适用于加工具有复杂型腔曲面的模具零件。对于大型复杂模具，还可用龙门式五轴加工中心。
瑞士Mikron公司的HSM600U型高速加工中心，机床加工范围800mm×600mm×5000mm，主轴可选用Step-Tec公司最高转速为30000r/min、36000r/min、42000r/min或60000r/min的高速电主轴，当用36000r/min电主轴时，功率为32KW(40%ED)/24KW(100%ED)。主轴用氮化硅(Si3N4)陶瓷球轴承，配以油-气润滑。进给速度40m/min，加速度1.7g，刀库容量为15~68把刀，立柱用龙门式框架结构，刚度高，特别适用于模具制造。
模具制造中的高速刀具
在高速切削应用于模具工业的历程中，刀具的地位举足轻重。高速切削时产生的切削热和对刀具的磨损比普通速度切削时要高得多，因此高速切削对刀具材料的性能有更高的要求。要求刀具材料：(1)硬度高、强度高、耐磨性好；(2)韧度高、抗冲击能力强；(3)热硬性和化学稳定性好，抗热冲击能力强。在工程实际中，同时满足这些要求的刀具材料至今还没有找到。目前，一般都在有较高抗冲击能力刀具材料的基体上，覆盖一层或多层具有高热硬性和高耐磨性的涂层，做成高速刀具。另外，也可将CBN或金刚石等超硬材料烧结在硬质合金或陶瓷材料的基体上，形成综合性能非常好的高速加工刀具。刀具材料主要根据工件材料、加工工序、加工精度与表面质量的要求来选择。
除了正确选择刀具材料以外，刀具结构与精度、切削刃的几何参数、排屑与断屑功能、刀具的动平衡等对高速切削的生产效率、表面质量、刀具寿命等也有很大的影响，必须精心设计或选择。至于刀具和机床的连接方式，目前在高速加工中已基本上不用传统的7：24长锥度刀柄，而广泛用锥部与主轴端面同时接触的HSK空心刀柄，其锥度为1：10，以确保高速运转刀具的安全和轴向加工精度。
型腔的粗加工、半精加工和精加工一般用球头铣刀，球头铣刀的直径一般从1mm到12mm。最终的精加工应尽可能用同一把球头铣刀连续完成整个型面的加工，其直径应小于模具型腔曲面的最小曲率半径。
用球头铣刀，既可避免和模具型腔几何曲面发生干涉，又可避免一般铣刀中心区的切削速度等于零造成的麻烦。模具零件平面的粗、精加工则可采用带转位刀片的端铣刀。
高速铣削是目前高速切削技术中应用最多的一种工艺技术，所用的刀具包括端铣刀、立铣刀和球头铣刀，这类刀具以瑞典Sandvik公司和美国Kennametal公司的产品最为有名，中国也开始生产这类刀具。以往有不少企业家只重视机床设备的投资，却忽视了与之配套的高速刀具的购置，结果使高速机床不能充分发挥作用，这是认识上的一个误区，应该予以纠正。
CAD/CAM在模具工业中的应用
模具制造业是最早应用计算机技术来提高设计、制造水平的机械行业之一。自从高速加工技术被引进模具工业以来，计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助测量(CAT)、反求工程(RE)、计算机辅助工程(CAE)、计算机辅助制造(CAM)和快速原型制造(RP)等在模具制造中获得了广泛而有效的应用。下面只简要介绍高速加工中CAD技术和CAM技术的应用情况。
计算机辅助设计(CAD)主要用来解决产品造型设计问题，可完成模具设计和产品可装配性检查等工作。常用的软件有UG，Pro/Engineer，Mastercam和Cimatron等，这些软件都具有模具设计开发功能。运用知识工程技术(KBE)，把模具设计的原理、经验、技能和规范等结合到系统中，设计人员只要输入工况参数、工程参数或应用要求，系统就能自动推理构造出符合要求的数字化几何模型
由于模具的型腔大多由复杂曲面构成，在高速数控机床上加工时，CAM的数控编程是一项繁重的工作，编程质量在很大程度上决定了模具的加工质量。影响模具零件编程质量的主要因素有：加工工艺路线、刀具类型、切削用量、转角清根的处理以及加工精度与过切的检查等。高速加工的工艺路线是影响模具制造质量的主要因素。以往加工工艺是否合理完全决定于编程人员的个人经验，一不小心，常会忽略一些技术细节，如：下刀点不正确、抬刀的安全高度不够、没有定义过切检查面等。如果复查不严，不及时纠正，轻者会降低模具制造质量，造成工件返工；重者造成工件报废，甚至发生人身设备事故。
在高级CAM软件的虚拟加工仿真环境下，这个问题可以得到很好的解决：在计算机上虚构出高速数控机床的加工环境，放上一个预先做好的“毛坯”，让“刀具”进行动态模拟仿真，其情形就像真实加工过程一样。但仿真过程可以随时暂停，仿真时间可以自由控制，以便编程人员进行检查。模拟仿真结束後，编程人员即可根据“刀具”运行的情况和“工件”加工後的形状来调整加工工艺路线。这种虚拟加工技术，既可减轻编程人员的精神负担，又可保证模具的制造质量。用高速切削技术(HSC)和CAD/CAM技术後，模具的生产周期可缩短约40%。
应用实效
生产实践表明，高速加工技术在模具制造中有加工精度高、表面质量好和生产效率高等特点。以下举几个典型的应用实例。
以用于制造插座的压铸模具为例，材料的硬度为54HRC。用传统加工时的工艺过程是：粗加工—线切割—淬火—EDM成形—抛光，加工总工时为55h。用高速加工时的工艺过程是：粗加工—淬火—HSC—抛光，加工总工时仅为14.5h。工效提高近4倍。高速加工後的模具表面质量极佳，还可大幅度降低生产成本。
另一个例子是连杆的锻模，材料硬度为60HRC，原来用电火花加工型腔需15h，电极制作需2h，共计17h。改用高速硬铣削後，表面粗糙度达Ra0.5~0.6μm，质量完全符合要求，整个锻模加工只需200min，工效提高5倍。
如表1所列，当用直径为3mm的球头铣刀对锻模型面进行精铣加工时，为了实现151m/min的切削速度，主轴转速应达到16000r/min。
以生产卡车外壳的大型模具为例，现在用高速加工方法制造，粗加工刀具为直径25.4mm的球头铣刀，主轴转速9000r/min，进给速度5000mm/min；精加工刀具为直径8mm的球头铣刀，主轴转速20000r/min，进给量2000mm/min，高速铣削後达到的表面粗糙度为1μm。因此不必再进行手工研磨，只用油石抛光。和原来用的电加工工艺相比，手工操作时间减少了40%。
在某注塑模的高速加工中，材料硬度为56~58HRC。原来用电加工，每个零件需时90min；用直径为12mm球头铣刀以主轴转速15000r/min、工作台进给1500mm/min进行超高速加工後，加工每个零件只需5min，工效提高18倍。
这些实例说明，高速切削技术在模具制造中的应用效果是很好的，必须尽快推广应用。
发展前景
高速加工的加工精度高、表面质量好，生产效率很高，在模具工业中的应用效果非常好，传统的电加工工艺无法与之匹敌，完全符合现代制造技术“高效率、高精度和高度自动化”的发展方向，有广阔的应用前景。
当然，电火花成形加工对一些尖角、窄槽、深小孔和过于复杂的型腔表面的精密加工还是有用的。高速加工还不能完全代替电火花成形加工，两者应该扬长避短，相辅相成。同时应该看到，高速加工的一次性设备投资比较大，并不是所有模具厂都能承受，而且中国目前还有大量的小型模具厂和电加工作坊存在，短期内高速加工对电加工还不会造成太大的威胁。但是应该看到，高速加工在发达国家模具制造工业中已处于主流地位，目前更以其巨大的优势，猛烈地冲击传统的电加工工艺，模具工业大规模设备更新的时代即将到来，有远见、有实力的企业家应该首选高速加工这个当今世界模具制造的主流技术，主动迎接新技术革命的挑战。
。有的设计软件(如UG)还具有数据读入、零件建模、缩放控制、自动模型布局、分模等功能，通过使用过程模板和标准件库，把过程向导技术应用于模具的优化设计中，使只有最基础模具设计概念的初级设计人员也能设计出高质量的模具来，大大提高了模具设计工作的效率。切)，所以加工中常用小直径的球头铣刀。由于刀具直径小(1~12mm)，因此要求主轴的转速非常高，有的高达20000-80000 r/min，以便实现高速切削；型腔的粗、精加工常常在工件一次装夹中完成，故主轴功率要大，中等尺寸加工中心的主轴功率常为10KW到40KW，有的甚至更高。
篇2：模具高速铣削加工技术概述
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。
篇3：模具加工中的高速切削技术
1 模具加工的特点
精度高,模具不仅要有很高的加工精度,同时也要有很好的加工质量，一般地,公差范围应控制在微米级。只有高精度的模具才能保证产品达到一定的精度,保证产品的合格率,才有可能延长模具的使用。使用寿命长,模具属于比较昂贵的工艺装备,其加工费用约占成本的100/0~30%,所以要求模具的寿命长更有意义。
制造周期短,这主要是为了满足生产的要求和产品的市场竞争能力。成本低,模具的成本与模具结构的复杂程度、模具材料、制造精度要求及加工方法等有关。所以要合理设计和制定加工工艺,选用恰当的加工设备,保证低的加工成本。
模具形状复杂,模具的工作部分一般都是二维或者三维复杂曲面,而不是简单的平面。比如汽车覆盖件模具,其内腔大部分都是由曲面组成。所用的材料硬度高,一般模具都是由淬火工具钢或硬质合金制成,运用传统的加工方法加工较为困难。目前在模具加工制造过程中,主要以普通机加工和电火花加工为主。要缩短制造周期并降低成本,必须广泛采用先进切削加工技术加工模具。而作为先进制造技术的高速切削技术的出现,正是满足了模具加工这些要求和特点。
2 高速切削机床技术
性能良好的高速切削机床是实现高速切削的前提和关键,而具有高精度的高速主轴和控制精度高的高速进给系统,则是高速切削机床技术的关键所在。
2.1 高速主轴
高速主轴是高速切削机床的核心部件,在很大程度上决定着高速切削机床所能达到的切削速度加工精度和应用范围。目前,适于高速切削的加工中心其主轴最高转速一般都大于10,000r/min,有的高达60,000-100,000 r/min,为普通机床的10倍左右;主电动机功率15~80kW,以满足高速车削、高速铣削之要求。随着电气传动技术(变频调速技术、电动机矢量控制技术等)的快速发展,高速数控机床主传动的机械结构得到极大简化,取消了齿轮传动和带传动,实现了机床的“零传动”,采用机床主轴与主轴电机一体化的传动结构形式,即所谓的电主轴。轴承是决定主轴寿命和负荷的关键部件。电主轴采用的轴承主要有滚动轴承、流体静压轴承和磁悬浮轴承。滚动轴承因其具有刚度高、高速性能好结构简洁、标准化程度高和价格适中等优点,在电主轴中得到最广泛应用。滚动轴承在高速回转时润滑极为重要,目前,电主轴主要采用两种润滑方式:油脂润滑和油一气润滑。目前,生产磁悬浮轴承电主轴的厂家有德国GMN公司、瑞士IBAG公司及中国洛阳轴承研究所等。
2.2 高速进给系统
控制精度高的高速进给系统也是实现高速切削的关键技术之一。传统的滚珠丝杠副传动系统对高速进给系统表现出不适应性,必须对其技术改进和技术创新,才能适应高速切削之要求。高速滚珠丝杠副传动系统的加速度范围为0.5-1.0g,行程范围≤6m,用于低档高速数控机床;高速进给系统采用直线电机进给驱动系统后,其加速度可高达2～10g,行程范围不受限制,用于高档高速数控机床和高速加工中心。
3 高速切削刀具技术
刀具技术是实现高速切削的重要保证。正确选择刀具材料和设计刀具系统对于提高加工质量、延长刀具寿命和降低加工成本都起着重要作用。
3.1 高速切削刀具材料
高速切削要求刀具材料具有如下性能:高硬度、高强度和耐磨性;高韧度、良好的耐热冲击性;高热硬性、良好的化学稳定性。日前,高速切削加工常用的刀具材料有:涂层刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼(CBN)材料和聚品金刚石(PCD)材料等。
3.2 高速切削刀具系统
刀具几何参数对加工质量和刀具耐用度有很大影响,一般高速切削刀具的前角比普通切削刀具约小10°,后角约大5°-8°。刀具在高速旋转时,会承受很大的离心力,其大小远远超过切削力,成为刀具的主要载荷,足以导致刀体破碎,造成重大事故。
4 高速切削工艺技术
高速切削工艺和常规切削工艺有很大不同。常规切削认为高效率来自低转速、大切深、缓进给、单行程;而高速切削则追求高转速、中切深、快进给、多行程的加工工艺。在进行高速切削时,工件材料不同,所选用的切削刀具、切削工艺和切削参数也有很大不同。下面我们着重探讨轻金属、钢和铸铁的高速切削工艺技术。
4.1 高速切削钢和铸铁技术
高速铣削钢和铸铁时,遇到的主要问题是刀具的磨损，
高速铣削钢材时,刀具使用锋利切削刃和较大后角可减少刀具磨损,提高刀具使用寿命。刀具的磨损与工件材料的力学性能有关。如工件材料的抗拉强度增大,则刀具磨损增加,因此应减少每齿的进给量。
4.2 高速切削轻金属技术
铝合金因具有良好的耐蚀性,较高的比强度,导电性及导热性好等优点,在汽车工业和航空航天工业中已经大量应用。铝镁合金大多使用铸件。这些轻合金的最大优点就是其固有的易切特性。轻合金可采用很高的切削速度和进给速度进行加工,切削速度可高达1000~7500m/min,高速切削使95-98%的切削热被切屑迅速带走,工件保持室温状态,热变形小,加工精度高。高速铣削轻金属时,由于加工过程存在较大的冲击载荷,PCD和CBN刀具的寿命特性并不好。当切削速度达到1000m/min时,可使用K型硬质合金刀具;当切削速度达到m/min时,可使用金属陶瓷刀具;当切削速度更高时,可使用 PCD刀具;高速铣削铝镁合金时,可使用Kl0硬质合金刀具。
高速切削(High Speed Cutting)是一个相对概念,迄今尚未有一个确切的界定。高速切削通常指比常规切削速度和进给速度高出5 -10倍的切削加工,有时也称为超高速切削(Ultra-High Speed Cutting)。也有将主轴转速达到10000r/min-60000r/min,快速进给速度20m/min以上,平均进给速度10m/min以上, 加速度大于lg的切削加工定义为高速切削。对于不同的工件材料和加工工艺,高速切削速度(切削加工的线速度,单位m/min)范围也同。按工件材料划分, 当切削速度对钢材达到380m/min以上、铸铁700m/min以上、铜材1000m/min以上、铝材l100m/min以上、塑料1150m /min以上时,被认为是合适的高速切削速度范围;按加工工艺划分,高速切削速度范围为:车削700~7000m/min,铣削300~6000m /min,钻削200~1100m/min,磨削5000~ 10000m/min。
5 高速切削的应用效益据生产实践证明,高速切削应用于模具制造的效益是:
(1)高速粗加工和半精加工,提高加工效率数倍至几十倍,只体与被加工的材料有关;(2)高速高精度精加工硬切削代替光整加工,表面质量高,形状精度提高,比EDM加工提高效率50%,减少手工修磨;(3)硬切削加工最后成型表面,提高表面质量、形状精度,(不仅是表面粗糙度低,而且表面光亮度高), 用于复杂表面的加工显得更具优势。(4)避免EDM加工产生的表面损伤,提高模具寿命20%。
6结束语
由于市场进入全球化以及竞争的加剧,模具市场对每一种模具技术最重要、带有先决性的要求是其快速性,即从设计到进入市场的时间尽可能的短,除了快速模具技术外,就是高速切削技术。当前,这些技术还是跟不上现代模具的需求。加快硬件及软件产业发展步伐,用高性能高品质功能的硬件及软件满足高速切削机床配套的要求,已成为各企业共同的奋斗目标。因此,需要各个方面的协调发展,产学研结合,加大投入,综合利用各个方面力量推动高速切削在模具制造中的应用。总之,通过各方面的努力,在市场需求的推动下,使技术不断进步、像汽车、家电、机床一样,在不远的将来,我国不但要成为模具生产大国,而且要成为模具生产强国。
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篇4：模具特种加工技术教学
摘要：通过市场调研摸清市场需求和学生就业中存在的问题，进而探索模具特种加工技术新的教学方法，提出了先解惑后授业的教学模式。
解惑让学生了解更多的新学科，提高学生的学习兴趣和自主自发的学习能力;授业中采用项目教学模式，培养技能型人才。
探索的教学方法是长期教学实践的总结，有普遍的推广意义。
篇5：模具特种加工技术教学
一、前言
模具特种加工技术是直接利用电能、光能、化学能、电化学能等进行加工，可以加工高强度、高硬度、高韧性、高脆性、耐高温等材料，主要有电火花成型加工、数控线切割加工等，是模具设计与制造、数控应用技术专业的重要课程。
模具特种加工技术在现代工业中具有重要地位，从业人员技术要求高，市场需求大。
为了培养专业技术人才，目前模具特种加工课程主要采用的是传统教学方式和项目教学模式，项目教学是以学生为中心而设计的一种教学模式，更适合于学生技能的掌握，但在实际教学中，无论是传统教学还是项目教学都似乎缺少点什么，学生接受新知识的能力和速度仍然不很乐观，自我约束和自我学习创造能力并未得到充分体现。
如何能提高学生的学习兴趣和动力，如何让学生自主自发的学习，并能快速适应市场需求，成为技术能手，成为市场的抢手资源，是广大教师需要思考和探索的问题。
古人有云：师者，传道、授业、解惑也。
授业，即专业技能培养，是教师们绞尽脑汁要解决的问题，并且取得了一定的成果，比如项目教学，实训教学，多媒体教学等。
而解惑却似乎做的还不够。
对于学生来讲，模具特种加工技术是一门新课程，学生在学习前是否已经准备好，他们了解这门学科吗?都有哪些困惑?如果我们能深度剖析学生的困惑，研究学生的思想认识、认知规律、心理变化等问题，给学生一个清晰的认知和方向，将会使教学事半功倍。
我们要的不是学生被动地接受知识，而是学生能够自主自发地学习和创造，有兴趣、有动力、有方向。
为了达到这个目标，我们把教学分成两大部分，解惑和授业。
二、提高学生的学习兴趣和动力，促使学生自主自发地学习
1.解惑。
面对一个新的课程，学生大多是困惑的，因为他们不了解的太多了，所以对学习的课程没有原始的兴趣和动力，兴趣和动力对是否能学好课程起关键作用，产生兴趣和动力我们需要从解惑开始。
学生要知道这是一门什么课程，这门技术有什么应用，就业时能否用到，工作环境怎样，薪水如何，未来发展如何，这样的企业是如何运转的.，学习起来是否容易、有趣，学习前需要做好什么准备，学习中要怎样做，这些都是我们在教学中要给学生解惑的内容。
我们先准备好这些困惑的答案，然后再以合适的方式来给学生们解惑，通过生动、有趣和直观的方式将各种丰富的信息展示给学生，让学生在不知不觉中喜欢上这门学科，并且有自己要学的冲动，这样才能达到最佳的教学效果。
选择具有吸引力的教学方式，主要有以下几种：(1)多媒体介绍。
设计多媒体课件，以PPT的形式播放;录制视频影像，记录电火花机床的工作情况、工厂的环境以及加工的工件等丰富的内容，视频中增加背景讲解及现场采访，对电火花加工的技术、场地、维修、调整等进行多方面的介绍。
(2)实地参观。
到不同规模的工厂参观，进一步加深对电火花加工的认识，同时邀请工厂培训师讲解公司的运营模式，让学生提前体会企业的运作和未来可能的工作环境。
(3)模型、实物以及实习场地的参观与讲解。
同样是以直观的方式让学生在学习新课程前对这门技术有个整体的概念。
学生有了一个比较完整的认知，再进行课程学习就会更容易接受，并且会提出更多的问题。
(4)典型案例分享。
联系毕业后在企业中表现优秀的毕业生，请他们来分享职业发展过程，讲讲他们是如何获得成功的，如何一步步成为技术能手和企业主管的，分享他们遇到的困难和困惑，以及他们对在校学生的建议和看法。
倡导积极向上的、自我约束和主动学习的思想，给学生以精神上的鼓励和指导。
好的方法再配上丰富的内容，解惑的工作就一定会收到好的效果。
通过对企业的调研和同学之间的交流，为学生的一些困惑找出了答案。
模具特种加工技术的主要内容是电火花成型加工和数控线切割加工，主要的应用是加工高强度、高硬度、高韧性、高脆性、耐高温等材料，比如凸凹模等，电火花及线切割技术的技术能手市场需求很大，薪水在基础加工行业中属中上水平，工作的环境有好也有坏，但劳动强度不高。
这门技术学精了在行业内会很抢手，同时未来容易成为企业的骨干。
教学方式会采用项目教学法，由简单任务到复杂任务，达到掌握全面技术的目标。
学习中会采用很多形象的、通俗易懂的教学方法，以及校内及企业实习的方式，学习起来会比较轻松。
为提高和扩展学习提供条件，学生可以申请课外机床操作等。
项目教学前的解惑课程安排十分必要，可以安排8到10个课时。
解惑课程的安排是各门技能学科都可以借鉴的好方法，为接下来的授业做足够的铺垫，促使学生自主自发地学习。
2.授业。
传统的教学方式理论和事件脱节，不容易让学生接受。
而项目教学却将理论和实践紧密的结合起来，以任务为驱动，以工作过程为导向，以学生为主体，引入企业的真实案例作为教学案例，并按照工作过程分解成为若干个学习任务，从最简单的学习任务开始，逐步过渡到具有中等复杂程度的学习任务。
学生在刚开始不是很适应项目教学形式，角色的转变让他们有些无所适从，但通过前面的解惑过程，学生们已经对新课程有了整体的认识，很快便进入了角色。
为了更好地推动项目教学，向学生推荐了《成功的项目管理》和《高效能人士的七个习惯》两本书，作为学生课后自学书籍，增长学生的见识，并从“传道”的角度提高学生的能力和素质，其中的很多方法和理念也为项目教学提供了很好的参考。
教学环节的设计坚持学生是学习过程的中心，教师是学习过程的组织者与协调人，遵循资讯、计划、决策、实施、检查、评估这一完整的行动过程序列，在教学中教师与学生互动，让学生在自己的动手实践中，掌握职业技能、习得专业知识，从而获得经验。
在项目教学的教学改革中编制了校本教材，将教学内容分成了五个项目，分别为方孔冲模的加工任务、注塑模型腔的加工任务、冲裁模的电火花线切割加工任务、应用ISO及3B代码编程加工零件任务、CAXA数控线切割自动编程软件。
项目中又分配了多个任务，分别为电火花加工的基本知识任务、电火花加工的工艺知识、电火花成型加工任务、数控电火花加工方法、电火花线切割的使用、维护和保养任务、数控电火花线切割的工艺、采用补偿方式加工凸模零件任务、应用3B代码编程加工落料凹模。
三、结束语
在模具特种加工技术的教学中解惑过程的融入大大提高了学生学习的兴趣和动力，学生会更自信，为成为技术能手，毕业后快速适应企业需求提供了保障。
项目教学的方法和解惑过程相辅相成，促成了学生自主自发地学习技术，培养了学生积极主动的精神，学习、做事更会讲究方法和有计划、有条理。
篇6：利用数控铣加工模具技术
摘 要：模具CAD/CAM技术能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本，提高产品质量，已成为人们的共识。
已有一大批模具企业推广普及了计算机绘图技术，数控加工的使用率也越来越高，并陆续引进了相当数量CAD/CAM系统。
关键词：数控编程;加工路线;刀具选择
前言
当前，模具制造技术正在不断地提高和完美，高精度、高效益加工设备的使用越来越广泛。
高性能的数控加工设备的应用已越来越多。
NC、DNC技术的应用越来越成熟，可以进行倾角加工超精加工。
这些都提高了模具面加工精度，提高了模具的质量，缩短了模具的制造周期。
1.数控编程系统的选择
PowerMILL 是世界著名的功能最强大，加工策略最丰富的数控加工CAM软件系统。
具体功能如下：
1.1能够接受线型、曲面及实体数据模型，支持线型、曲面及实体数据模型的混合加工
1.2基于毛坯残留知识的加工。
任何一道工序的完成，都可生成残留模型来分析，系统清楚地知道当前加工结果的毛坯残留状况，将根据残留模型，使用小刀具仅加工剩余区域，大大提高了加工效率。
1.3软件能根据模型特征，自动识别平坦区域和陡峭区域，按区域特征，选择合适的加工策略，确保加工质量和效率，提高刀具利用率。
1.4软件充分利用最新的刀具设计技术，实现了侧刃切削或深度切削的。
当刀具路径切离主形体，路径变得越来越平滑，从而降低机床负荷，减少刀具磨损，实现高速切削
1.5刀具载荷过载，自动摆线加工。
1.6刀具路径修圆功能，避免刀具突然转向和刀具损坏
1.7进给率优化处理功能，刀具路径生成后，自动编辑指定加工区域的进给率
2.合理选用机床的原则
2.1根据零件的加工尺寸选用合适的机床加工，杜绝大马拉小车式的浪费
2.2零件的重量不能超过机床的承重，避免机床损伤
2.3机床的选用在保证加工技术要求的前提下有利于提高生产率、降低生产成本为原则。
3.数控加工模具工艺性分析
3.1模具编程原点应尽量与模具图样上的设计基准、工艺基准、检测基准统一。
有利于提高数控加工精度和重复定位精度。
3.2模具各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点。
由于受刀具材料、规格及刚性等因素的影响，细、深筋型腔不适合采用数控加工。
3.3模具的粗、半精加工、精加工的基准必须统一。
一般常采用相互垂直的三个平面(检验角)为模具的加工和定位基准，以减少再次装夹产生的误差。
3.4根据模具的加工精度和表面粗糙度的要求。
通常采用按粗加工、半精加工、精加工的顺序加工。
合理预留加工余量，最终保证图纸要求。
4.工序和工步的划分
4.1在数控机床上加工零件，工序可以比较集中，在一次装夹中尽可能完成大部分或全部工序。
根据模具零件图样，考虑被加工零件是否可以在一台数控机床上完成整个零件的加工工作，若不能则应决定其中哪一部分在数控机床上加工，哪部分需要在其他普通机床上加工，就可以对模具零件的加工工序进行划分。
4.2在一个工序内往往需要采用不同的刀具和切削用量，对不同的表面进行加工。
在工序内又划分为工步。
对于模具零件来讲经常采用按刀具划分工步，这就节省了换刀时间、节省了换刀次数，提高了加工效率。
5.数控加工特点对夹具的选择要求
5.1保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定
5.2要协调模具零件和机床坐标系的尺寸关系，一般有专用的工艺装夹位置。
夹具的高度尽可能不要超过模具零件的上表面高度，以免快速移刀过程中撞刀，发生危险。
6.加工路线的确定原则
6.1加工路线的确定应保证模具零件的精度和表面粗糙度。
通常采用圆弧切向进刀 和圆弧退刀的方法加工模具切边凹模 。
避免刀具直接下刀对刀具寿命的影响，节省刀具。
6.2采用法向延伸刀具半径的方法加工模具定位基准(检验角)。
6.3采用斜向和螺旋下刀和圆弧退刀的方法加工模具型腔，目的是提高效率和节省刀具。
7.刀具的选择
7.1根据加工模具零件的硬度分为淬火前加工用刀具和淬火后加工用刀具。
7.2根据加工模具零件的结构按规格有直径分别为40、30、25、16、12 的牛鼻刀和直径分别为16、12、10、8、6的球刀。
由于刀具越细刚性越差，所以优先选用大直径的刀具。
并且加工效率也有提高。
8对刀点的选择
8.1便于数值处理和简化程序编制
8.2方便找正模具零件并在加工过程中便于检查测量尺寸。
8.3对刀点通常在加工基准面上。
并且统一的原则。
8.4对刀点必须是已经加工完成的精加工面，如果没有这样的基准面，可以以工作台面为基准后再在定工件坐标过程中进行外部偏移指定的数值。
9.切削用量的选择
9.1主轴转速的确定应根据刀具的直径和刀具标明的切削速度来计算得出。
9.2进给速度应根据机床的转速和刀具标明的每刃切削量计算得出范围，再根据模具加工精度和表面粗糙度要求确定。
9.3每层切削深度根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使每层切削深度等于工件的加工余量，可以减少走刀次数，提高生产效率。
为了保证加工表面质量，可留少量的加工余量，一般为0.1-0.5mm。
10.结束语
目前利用数控铣床等先进设备进行模具及零件的加工。
在编制加工工艺和编制程序时考虑的因素有：机床的合理选用、模具工艺性分析、工序与工步的'划分、夹具的选择、如何确定加工路线、如何选择刀具、对刀点的确定以及切削用量的选择。
将更能发挥现有数控设备的优势，也能在满足产品用户要求的基础上，更加提高产品的精度和质量，更大节省资源，从而建立起完整的现代化加工企业模式。
参考文献：
[1]张超英，谢富春.《数控编程技术》.化学工业出版社.
[2]韩步愈.《金属切削原理与刀具》.机械工业出版社.1988年
[3]翟瑞波.《数控加工工艺》.机械工业出版社..
作者简介：潘晓玉(1974.9-)，女，汉，吉林省梨树县，辽源方大锻造有限公司，主要从事模具车间技术及数控编程工作，工程师。
a? < ? s P ? ?? =EN-US>h1=8mm、R=15mm以及α/2=5°代入式M锥孔=hcosα/2-h1sinα/2+R中，从而求出高度检验尺寸M锥孔的数值，即：
M锥孔 =hcosα/2-h1sinα/2+R=73.13cos5°-8sin5°+15=87.15mm。
参考文献：
[1]王晓英，姜静，李正.提前器总成角度测量装置的设计与研究[J].现代车用动力.(04)
[2]刘兴荣，张小希，马桂茹，张博.一种新型实用的内锥锥角测量方法[J].中国计量.(05) .
数控铣加工模具零件工艺优化策略【2】
摘 要：随着当前经济技术的不断发展，我国的产品加工行业水平也得到了进一步的提升。
本文介绍了数控铣加工模具的发展，并对该模具的特点进行说明，同时分别从基本流程、刀具及模具零件三方面阐述相关优化方案，以期能为相关工作提供参考。
关键词：数控铣加工;模具零件;工艺优化;策略
0 引言
当前，我国加工产业正处于转型状态，在机械加工的过程中，机床的运用十分广泛。
数控加工机组是现代机械加工产业当中的核心，而模具则是数控加工当中的核心构件。
因此，模具本身的设计和质量与加工行业的发展息息相关。
1 数控技术的发展情况
目前我国的经济技术正处于高速进步当中，人们的日常需求越来越趋向多样化，也使得生活当中对于日用品及其它产品的要求越来越高，而这就导致现代产品的更新换代速度较快，加工企业小批量生产业务增加。
同时，当前我国轻加工业的生产速度也在不断攀升，各类日用品的消耗速度也较快，那么对模具本身的精度要求更高。
但当前我国相关模具设计和生产方面仍存在一定的问题，对模具的使用和制造产生一定的阻碍，亟待解决[1]。
篇7：利用数控铣加工模具技术
(1)能力强。
对于数控铣加工技术来讲，其具备较强的复杂加工能力，在飞机、轮船等制造过程中，均会应用到数控铣加工技术。
其加工质量同产品质量及性能间密切联系。
该技术能够进行普通加工技术所无法进行的复杂加工任务。
(2)质量优。
该技术属于数字化技术，能够在程序操控下完成自行加工操作，从而防止由于人为因素导致的加工误差等问题。
另外，如果加工期间参数出现错误，铣加工技术能够借助数控系统对其进行校正、补偿，从而确保加工顺利进行。
(3)效率高。
与传统的模具零部件加工技术进行比较发现，数控铣加工技术在进行模具零件加工时效率更高，特别是针对一些五面体零部件及柔性单元零部件，一次操作就能够完成多数位置的处理，可以高效降低因为重复加工而导致的误差出现概率，同时增快加工速度[2]。
(4)柔性好。
良好的柔性主要表现在对不同零部件模具进行加工期间，仅需要调整设定程序，就可以对不同种类的元件进行加工，从而避免了专门制定工装夹具的问题。
由此，也在很大程度缩减了产品生产及加工的时间，更适合现代社会小零部件生产的需求。
3 对模具数控编程的基本流程进行优化
在进行模具零部件加工期间，数控铣加工技术从本质上分析依旧需要在数控机床上操作，那么，就需要对数控的编程流程进行控制，从而确保加工的质量。
一般情况下，流程主要包括准备、方案、编程、定型四个阶段[3]。
①准备阶段。
在进行零部件加工前，需要预先做好准备工作，编程人员仔细阅读、分析相关数据信息后，需要对数控编程程序进行制作、处理;②方案阶段。
在完成准备阶段后，编程人员就需要结合车间现有资源，即刀具、机床、设备、生产能力等条件编订生产零部件模具的相关规程。
③编程阶段。
此阶段是整个基本流程中最为重要的环节。
程序编订期间，结合零部件的特性，构思加工方法及过程，另外，需要系统考虑加工机床及车间的情况，选取合适的夹具等零件，同时在选定方案的前提上借助计算机计算出相应的运动轨迹。
之后利用仿真软件进行认证，调整刀轨，进而确保程序的正确性。
④定型阶段。
此阶段不仅是数控流程编订的最后阶段，而且也是极为关键的验收阶段。
该阶段较为常用的程序包括CLS格式文件及PRT格式文件。
4 对模具数控刀具进行优化
在进行模具零部件加工期间，刀具具有十分重要的作用，为了保障加工质量，需要对刀具进行优化，可以从以下两方面入手：其一，合理选择刀具的类别及型号。
刀具在数控铣加工技术中被广泛应用，主要用于切割模具的成型面，一般来讲，较为常用的刀具类别包括球头刀、平头刀等，型号一般在满足模具零部件质量基础上选用大型号的刀具;其二，合理选择刀具的材质。
在选择刀具的材质方面，需要结合零部件的原材料及切削要求进行挑选，尽量避免出现硬质刀具无法完全发挥切割功能而出现浪费的问题。
在生产一些形状复杂、硬度较高的零部件时，尽量选择高速钢材质的刀具，进而确保符合耐磨性及切割速度、刚想强度等方面的需求[4]。
篇8：《模具数控加工技术》课教学初探
《模具数控加工技术》课教学初探
《模具数控加工技术》是“模具设计与制造”专业的一门主干专业课程，其培养目标是为模具制造业培养高素质的数控加工人员。该课程的具体教学要求是：使学生了解数控加工技术的基本理论知识，具备正确编制数控加工程序的能力和应用数控加工机床加工模具零件的基本技能。通过本课程的学习，在知识方面，使学生基本掌握程序设计的的基本知识；初步掌握数控车床、数控铣床、加工中心、数控线切割机床的用途、组成和工作原理。在能力培养方面，使学生掌握数控车床和数控铣床的编程方法和操作技能；初步掌握加工中心的编程方法；了解自动编程方法。
一、教学组织与教学过程
模具数控加工技术包含编程方法和操作技能两大内容，所以，要求教师既能讲授教材中的基本理论、基本原理及程序编制的方法，又能指导学生进行数控机床的操作。设备、数控系统及教材的选定必须紧扣“中等职业学校模具设计与制造专业教学指导方案”对该课程的基本要求，其次还要考虑设备、数控系统及教材之间的相互配套，有鉴于此，在以上几个方面我们都是按照HNC数控系统进行配置来组织教学的。该课程总学时60学时，讲授36学时，实验与实训24学时。在教学过程中，我们始终贯穿编程和操作这条主线，整个教学过程也分为两个模块进行。
1、课堂教学
主要介绍基本概念、数控编程基础知识及数控加工基本原理，为学生学好数控加工技术打好理论基础。在课堂教学过程中，既结合教材的课件光盘及HNC－21T和HNC－21M培训软件，同时又自制一些与生产实际紧密相联的教学课件，利用多媒体视频教学手段，采取讲解、演示、讨论等多种方式激发学生学习该课程的兴趣和积极性，化抽象为具体、化枯燥乏味为生动直观，从而达到既给学生详细讲授该课程基本的理论知识，又培养学生根据零件图确定被加工件的加工工艺过程和编制加工程序的能力。如：在学习刀具半径补偿指令G41（G42）时，首先给学生详细讲解刀具半径补偿指令的概念和作用；然后，让他们分别观察在同一个零件轮廓的.程序中，有无刀补指令刀具的运动轨迹，这一知识的教学，既有讲解，又有多媒体课件动画演示，再加上对实际零件的加工。学生自己通过对比后，对刀具半径补偿的概念的理解就更为深刻了。
2、实验与实训操作教学
实训教学的目的是让学生熟悉和掌握实际编程和操作，这也是该课程的重点，因为学生就业后其工作能力如何就体现在实际操作方面。实验和实训授课地点安排在计算机机房和数控实训中心，在讨论不同类型的机床编程和操作时，安排不同的实训操作内容。
数控车床和数控铣床的编程操作是在计算机机房完成的，我们采用的是HNC-21T和HNC-21M数控培训软件。每次上机前，理论教学教师和实训教师共同商讨，确定好相应课题后，给学生指定要加工的零件图，要求学生按照零件图当场完成程序编制和程序校验，使教学内容具体化。在编程过程中，充分发挥学生的主体作用，让学生边做、边学、边问，大部分同学都能按时完成教学内容。完成了程序编制和程序校验，说明所编程序无误，随即保存。数控实训中心控制机床的计算机可以共享该程序，学生在进行车、铣面板操作和加工练习时，可以调用自己编的程序来加工。
数控车和数控铣加工练习在数控实训中心进行，在给学生介绍清楚机床的各种基本操作方法后，数控实训中心为学生准备好被加工零件的毛坯，其加工程序是学生本人通过上述方式在计算机机房编制和校验无误的程序，学生自己按零件图的加工要求进行加工。通过这种理论和实践相结合的教学方法，不仅大大调动了学生的学习热情，而且增强了该课程的应用性和实用性，培养了学生的动手能力和严谨的工作作风，同时也提高了教学效率和教学效果。
加工中心的加工练习是通过数控仿真加工教学系统进行的。该系统可以在计算机上建立起一种虚拟现实技术、具有三维真实感的数控加工环境和多元化的教学环境，学生可以在此环境下学习和掌握从工艺分析、加工准备、毛坯装夹、对刀、编程到加工的全过程的操作技能。
线切割机床的操作我们是在DK7732B-CG数控线切割机床上完成，该机床配置的是YH自动编程系统，所以在给学生介绍编程方法时，除了讨论常用的3B、4B格式和ISO代码编程外，重点介绍的是YH系统。学生在进行线切割机床加工练习时采用的也是YH系统。实际操作是通过加工模具零件完成的。我们通过多方联系，经常在当地一些企业找回一些需要进行线切割加工的模具零件，按图纸要求，在老师的指导下，由学生自己完成编程和加工操作。通过这样的教学方式，学生一方面掌握了线切割机床的编程和操作，另一方面也加深了对模具生产工艺过程的了解，取得了事半功倍的教学效果。
二、教学经验总结与效果分析
在该课程几年的教学实践中，我们不断地摸索和改进教学组织及其教学过程，使该课程的教学获得比较好的效果，同时也积累了一些有益的经验，可供借鉴：
(1) 本课程是一门实践性很强的课程，必须从实际应用出发，结合实例讲述编程的工艺方法，让学生在认真学好理论知识的同时努力实践，并在实践中加深理解，巩固其学习成果，提高学生的实际动手能力。
（2） 为使学生掌握各类数控加工机床的加工程序编制及操作方法等重点内容，必须通过习题、实验去体会和验证编程技巧。本课程要求具备足够的实验设备，如：数控车床、模拟编程器、数控铣床、数控线切割机床、微型机及编程软件等，以满足教学的需要。为了加强实践性环节，在教学中应充分利用实验设备，进行现场教学。特别是在设备有限的条件下，可以采用学生分组轮流操作，充分发挥设备的利用率。
(3) 计算机自动编程是数控加工中不可缺少的重要环节。根据国内计算机软件技术的发展现状，可适当购买能满足教学要求的软件，以便在现有的微机室为学生动手操作提供较好的实验条件。
（4）要做到教材内容与设备和数控系统相适应，即教材中的指令代码和编程语句与数控系统及设备要一致，这样，可以做到老师讲的和学生练的、做的相一致，效果较好。
（5）数控技术发展极快，在做到教材内容与已有设备和数控系统相匹配的同时，教师要及时把握实际生产过程中数控技术的发展，结合学生实际情况和就业需求情况，针对性地对数控加工的实用技术进行选择并贯彻到教学过程中，从而做到“用明天的技术培养今天的学生，为未来服务”。
通过以上的教学组织实施过程，学生既掌握了相关的理论基础知识，又学会了实际动手操作。在我校近几届“模具设计与制造”专业的毕业生中，绝大多数同学一到用人单位，只需熟悉企业生产的零件后即可进行数控加工的操作，得到了各模具加工企业的好评。我校“模具设计与制造”专业通过这种有效的教学方式，专业建设不断加强和壮大，同时也被湖北省确定为省级重点专业。
篇9：试析机械模具数控加工制造技术
试析机械模具数控加工制造技术
摘 要：机械制造技术和机械成型技术不断的发展和完善，我国的模具制造和模具加工技术也有了非常大的转变，数控加工机床的自动化程度非常高，同时其在发展的过程中，精度也要比其他技术更高，加工中不容易出现故障，所以也更容易控制加工和生产的质量，这种加工技术可以很好的满足高精度和高要求的模具加工，所以在应用的过程中也获得了更多人的青睐，本文主要分析了机械模具数控加工制造技术，以供参考和借鉴。
关键词：制造;模具;数控加工
数控生产的过程中，加工技术朝着更加多元化的方向发展，出现了众多新型的数控加工技术，这些技术的出现很大程度上促进了数控模具加工的发展，在这些新技术中最为常用的一种技术就是数控铣床及加工技术，紧随其后的就是数控线切割加工和数控电火花加工技术，这些技术在数控加工行业的发展中都扮演着非常重要的角色。
1 模具数控加工的特点
模具具有结构.型面复杂.精度要求高.使用的材料硬度高.制造周期短等特点。模具制造是一个生产周期要求紧迫。技术手段要求较高的复杂的生产过程。每一副模具都是一个新的项目。有着不同的结构特点。因而对于机械加工的技术上水平要求较高。传统的机械加工技术及设备具有一定的局限性，工艺水平较低、精准度不够，且生产周期较长，直接影响到模具制造的生产效率以及质量。
1.1 模具制造的过程中都是单件生产，每一个模具在结构方面都是存在着十分明显的差异的，同时在生产的过程中没有二次开膜的机会，所以在编程和控制上都有着非常严格的要求，不能出现任何的闪失，如果所加工的模具需要复杂的流程支持，通常要选择第三方机械软件对其进行自动化编程，之后再通过模具加工人员对其进行仔细的修整。
1.2 模具的开发和设计并不是终端的产品，它主要是为新产品的研发提供一系列支持的一个程序，所以在数量上和时间上都有着非常强的不确定性，所以设计和制造者必须要具备非常强的专业能力，同时还应该具备丰富的实践经验，模具腔面的加工流程具有非常强的.复杂性，所以其在加工的过程中也可能会出现非常大的障碍，在加工中，必须要达到精度的要求，采取有效的措施来减少和避免手工修整和手工的抛光。
1.3 模具加工的过程中对加工精度有着十分严格的要求。为了保证产品成型的效果，必须要在加工的过程中对误差进行有效的控制，不然模具上的误差就会在产品上得以充分的体现，只有保证加工精度达到要求，才能防止溢料问题的产生。
1.4 在模具加工的过程中还存在着一些特殊机械加工，通常情况下，模具的内部结构有着十分明显的复杂性，所以对尖角和肋条等比较细小的结构是很难实现用机械加工的，还有一些特殊的商品会要务求用电火花进行加工，同时电火花加工的过程中还要对电极之间的间隙进行设置，模具加工的过程中也应该使用纯铜和石墨作为材料，这样才能保证其导电性，从而也有效的对其加工速度进行有效的控制。采用这种加工方式所使用的成本也更低，但是需要注意的是，使用石墨加工对机床的性能会产生非常大的负面影响，所以在加工的过程中也应该设置一些专业的吸尘设备，或者是将其浸泡在液体中进行加工，同时还需要使用专门的数控石墨加工中心，保证加工整个过程的顺利进行。
2 数控加工技术在模具制造中的应用
对模具的数据加工进行了详细的研究之后可以发现。模具制造的过程中对期间所使用的机械性能有着非常严格的要求，数控加工工作是当今一种非常重要的机械加工方式，这种加工方式可以有效的提高加工的效率，它还能很好的满足模具加工中的各种特殊的要求，尤其是在数字控制技术和数控机床生产中的精度控制。当前这些技术已经有了很明显的提升，在模具制作的过程中，应用数控加工技术可以十分有效的将加工的质量和效率提升到一个新的水平，同时还能有效的降低生产和加工的成本，数控加工技术在当今的模具加工中已经有了越来越广泛的应用，它可以降低对工人实际经验的要求，所以这种变化也是革命性的转变，在很多比较先进的企业中普遍使用的都是数控加工技术进行模具制造，同时还要以数控加工为主要的内容进行模具制造整个步骤的规划。
2.1 数控车削加工
一般来说，数控车削加工多用于模具制造中轴类标准件，如各种杆类零件，包括顶尖，导柱、等等，同时也可以用于回转体模具的制造加工，如瓶体、盆类的注塑模具，轴类、盘类零件的锻模，冲压模具的冲头等。数控车床由于加工平面的限制，往往仅能够用于模具中部分零件的加工。
2.2 数控铣削加工
由于模具外部结构多为平面结构，同时多为凹凸型面以及曲面的加工，因而数控铣床的应用较多，采用数控铣床可以加工外形轮廓较为复杂或者带有曲面的模具。如电火花成形加工用电极、注塑模、压铸模等，也可以采用数控铣削加工。随着数控加工技术的不断发展，目前大型数铣加工中心在模具制造中较为常用。
2.3 数控电火花加工
数控电火花加工方式普遍应用在快速成型交工当中，这种加工工艺的精度非常高，而整个过程的变成难度也不是很大，数控电火花额要比其他加工技术具备更好的适应性，而线切加工主要是针对直壁的模具进行加工，在加工中能够起到良好的作用，实现预期的加工效果。
3 数控加工技术的发展前景
效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一，国际生产工程学会(CIRP)将其确定为21世纪的中心研究方向之一。
在加工精度方面，普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密级加工中心则从3～5μm，提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01μm)。
在可靠性方面，国外数控装置的MTBF值已达6000h以上，伺服系统的MTBF值达到30000h以上，表现出非常高的可靠性。为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。
4 结束语
当今，数控加工技术已经广泛地用于模具制造的各个生产领域，尤其是在家电、轻工、汽车、医疗器械、工艺品、儿童玩具等行业得到了更为充分地应用，而目前国外的先进数控加工技术已经开始为风电、水电、核电、铁路交通和航空航天等领域制造模具。总之，模具具有结构复杂、型面复杂、精度要求高、使用的材料硬度高、制造周期短等特点。应用数控加工模具可以大副度提高加工精度，减少人工操作，提高加工效率，缩短模具制造周期。同时，模具的数控加工具有一定的典型性，比普通产品的数控加工有更高的要求。
参考文献：
[1]刘淑华.模具受力状态及钢材合理使用解析[J].科技传播，2014(1).
[2]陈爱霞，金海霞.模具数字化实验室研究与应用[J].九江学院学报(自然科学版)，2011(4).
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