高速铣削技术简介
高速铣削加工工艺
4
高速铣削工艺相对常规加工具有以下优点：
1 2 3 4
提高生产率
改善工件的加工精度和表面质量 实现整体结构零件加工
有利于加工薄壁零件和高强度、高硬度 脆性材料
1
高速铣削工艺条件 对机床软硬件的要求
电主轴 如直线电机驱动装置
具有前馈控制、位置度高分辨率、自适应 控制、NURBS插补功能，配以速加工的 CNC/CAM软件，具有螺旋三轴联动、斜率 分析等功能。
高速铣削加工工艺
高速铣削的基本概念
高速铣削工艺条件 高速铣削工艺要点
高速加工采用全新的加工工艺 , 从刀具、切削参数、 走刀路径的选择及程序的编制，都不同于传统的加工。
1
零件精细结构部位的加工 难加工材料的加工
微小结构的铣削加工
4
2
薄壁类零件的加工 模具零件的加工
3
5
高速铣削的基本概念
所罗门曲线
1 2
保持切削载荷平稳
最小的进给率损失
3ห้องสมุดไป่ตู้
最大的程序处理速度
刀具路径必须符合高速铣削要求
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进退刀采用斜坡和螺旋方式
大量采用分层加工
金属切除率尽量保持恒定 避免急剧变化的刀具运动
满足等量切削和等载荷切削条件
高速铣削加工用量的确定主要考虑加工效率、加工 表面质量、刀具磨损以及加工成本。 不同刀具加工不同工件材料时，加工用量会有很大 差异，目前尚无完整的加工数据。
高速铣削必须充分关注有效切削速度和浅深度铣削。
高速铣削在切削区产生很高的温度，冷却液在接近 切削刃处汽化，对切削区域几乎没有冷却作用，反 而会加大铣刀刃在切入切出过程的温度变化。 大部分情况下高速铣削不建议使用冷却液，常采用 压缩空气冷却、油雾冷却或水雾冷却，冷却方式以 通过主轴的刀具内冷效果最好。
HSM-基础知识介绍(高速铣削)
3R DAMPING 夹头
普通装夹
使用 3R DAMPING 夹头
High-speed tooling:
同样能使刀具的寿命更长 (= 运营成本降低)
高轴
机床的重要指标
本质:
高速主轴 象
F1 赛车的引擎: 高转速 & 高功率
高速主轴的制造商
标准控制主轴
矢量伺服控制主轴
•普通铣床配上高速主轴就是高速铣 • 较高的主轴转速,较高加工速度 •高速铣是一种新技术,将替代普通铣床. • 20,000 的主轴转速,完全满足模具加工的需求 •高速铣要比普通铣床加工的更快 •…
高速铣削是 一种新的技术: 一种新的理念:
高速铣 刀具
高 速主轴
高 速
动 态特性
运 动轴
高 速CNC
9 Temperature Monitoring System
TMS ( 温度监视系统 )
4 Labyrinth with Protecting Air Flow
PAF ( 气路密封回路 ) 10 Acceleration Sensor
AS ( 加速度传感器 )
5 Analog Sensor System
➢ 2 种类型:
50
42,000
主轴转速 [min-1]
50
42,000
主轴转速 [min-1]
• 使用轴承 => 高扭矩, 但目前的最高转速为 60K rpm • 无轴承(汽浮) => 低扭矩, 超高速>100K rpm (如: ROKU-ROKU)
➢ 高扭矩:可获得大去除量和使用较大的刀具,刚性好可攻丝 ➢高转速:可获得较快的切割速度,实现在单位时间内铣削较大面积(高速铣特性)
高速切削加工技术
基本结构
进给机构 CNC控制 冷却系统
高速加工虽具有众多的优点，但由于技术复杂，且对于相关 技术要求较高，使其应用受到限制。
与高速加工密切相关的技术主要有：
○ 高速加工刀具与磨具制造技术； ○ 高速主轴单元制造技术； ○ 高速进给单元制造技术； ○ 高速加工在线检测与控制技术； ○ 其他：如高速加工毛坯制造技术，干切技术，高速加工的排屑技
术、安全防护技术等。
此外高速切削与磨削机理的研究，对于高速切削的发展也具 有重要意义。
高速切削 加工的关 键技术
高速主轴系统
高速主轴系统是高速切削技术最重要的关键技术之一。目前主 轴转速在15000-30000rpm的加工中心越来越普及，已经有转 速高达100000-150000rpm的加工中心。高速主轴由于转速 极高，主轴零件在离心力作用下产生振动和变形，高速运转摩 擦热和大功率内装电机产生的热会引起热变形和高温，所以必 须严格控制，为此对高速主轴提出如下性能要求：(1) 要求结 构紧凑、重量轻、惯性小、可避免振动和噪音和良好的起、停 性能；(2) 足够的刚性和高的回转精度；(3) 良好的热稳定性； (4) 大功率；(5) 先进的润滑和冷却系统；(6) 可靠的主轴监测 系统。
• 高速切削已成为当今制造业中一项快速发展的新技术，在工业发 达国家，高速切削正成为一种新的切削加工理念。
第 一 章 节 • 人们逐渐认识到高速切削是提高加工效率的关键技术。
高速切削的特点
随切削速度提高，单位时间内材料切除率增加，切削加工时间减 少，切削效率提高3～5倍。加工成本可降低20％-40％。
高速切削加工在国内的研究与应用
高速切削加工在国内的研究与 应用
20世纪90年代后，我们先后相继研究了模具高速切削加工技术与策 略、涂层刀具与PCBN刀具和陶瓷刀具等高速切削铸铁和钢的切削力、 刀具磨损寿命、加工表面粗糙度以及高速切削数据库技术等。
高速铣削加工技术的主要优点及应用介绍
高速铣削加工技术的主要优点及应用介绍由于生产的发展和产品更新换代的速度加快，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暴露出来。
所谓高速铣削是指主轴转速可达10000？C80000转/分，快速进给速度可达30-40米/分，加速度可达1g，换刀时间可提高到1-2秒并可获得粗糙度Ra0.6mm以上，还可以加工硬度达60HRC的模块。
形成对电火花加工的挑战，它与传统铣削加工相比，具有温升低热变形小等优点。
从物理本质上来说，电火花加工是靠放电烧蚀的“微切削”工艺。
对加工过程非常之缓慢表面进行局部高温放电烧蚀过程中，工件表面的物理机械性能会受到一定程度的损伤，常在型腔表面形成微细裂纹，表面粗糙度也达不到模具的要求，因而还有进行费力，费时手工研磨和抛光。
因此，生产效率低，质量不稳定，模具已成为新产品开发速度的一关键因素，与电火花加工相比，高速铣削加工的主要优点：1、产品质量好。
高速铣削以高于常规切削速度10倍左右的切削速度对零件进行高速加工，毛坯材料的余量还来不及充分变形在瞬间被切离工件、工件表面的残余应力非常小；切削过程的绝大多数热量约95%被切削屑带走，工件热变形小；高速加工过程中，机床主轴高速运转，激振频率远离“机床—刀具—工件”系统的固有频率范围，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0.6mm，型腔表面质量可达到磨削水平。
2、生产效率高。
用高速铣削加工的模具，可在一次装夹中完成粗、精加工和模具零件其他部位的机械加工，即所谓“一次过”技术，不需后续的手工研磨与抛光，又容易实现加工过程自动化。
它还能加工形状复杂的零件和薄壁零件。
由于高速切削时切削力大为减少，尤其是横向（Py）切削力很小，这就有利于加工复杂模具型腔中一些细筋和薄壁，其壁厚甚至小于1mm。
总之高速铣削完全符合现代制造技术“高效率、高精度和高自动化”的发展方向，有广阔的应用前景。
而电火花成型加工对一些尖角、窄槽、深小孔和过于复杂的型腔表面和精密加工还是有用的。
高速铣削介绍5
2、选择合适的切削用量和进给
(1)进给的选择 (2)切深的选择 (3)冷却液的选择
3、高速加工编程采用的编程策略
1)采用光滑的进、退刀方式 2)采用光滑的移刀方式 3)应采用光滑的转弯走刀
4、充分发挥CAM软件的高速加工特性
在实践中应采用更适合高速加工的加工 方法，充分利用CAM软件内在的优秀功能。 先进的CAM系统提供了许多更适合高速加工 的加工方法，如在轮廓加工中，用户可以 使用螺旋式三轴联动的加工方法 。 在进行零件的精加工时，在加工中心 支持NURBS代码的情况下，应采用NURBS编 程，这样产生的刀路轨迹的数据量不仅少， 而且刀具运动也更光滑、平稳、高效。
高速铣削数控编程介绍
机床主轴的最高转速 40000-60000r/min X-Y-Z坐标轴方向的最大工作进给速提高到 24-30m/min
MOV1 高速铣削
高速加工的工艺设置ห้องสมุดไป่ตู้
1、刀具的选择 (1)刀柄及刀夹的选择:高速加工要选用HSK系 列的刀柄，如图1-34所示
HSK刀柄示意图
(2)刀具几何参数的选择:
高速切削加工切削力及扭矩较小，可以 先用较大的、后角较尖锐的切削楔，以便 降低工件材料在后刀面的接触磨擦效应。 有利于提高刀具耐用度。
(3)刀具材料的选择:
切削钢件使用的硬质合金刀具必须具有很高 的热硬度，因此TiC含量较高的P类合金优于WC含 量较高的K类硬质合金。与硬质合金相比，陶瓷 刀具的耐用度要高得多，但它性脆，导热能力差， 只适用于小的切削深度和进给量。使用涂层硬质 合金刀具，如物理气相沉积 (PVD)方法涂覆的 TiN涂层刀具，可以大幅度提高刀具的抗磨损能 力，从而提高刀具的耐用度，根据切削速度的不 同，可以达到50%一200%。
先进制造工艺--高速切削技术
第三讲1.高速切削技术高速切削的产生背景和发展史高速切削（HSM或HSC）通常指高主轴转速和高进给速度下的立铣，它是20世纪90年代迅速走向实际应用的先进加工技术，在航空航天制造业、模具加工业、汽车零件加工、以及精密零件加工等得到广泛的应用。
高速铣削技术既可用于铝合金、铜等易切削金属，也可用于淬火钢、钛合金、高温合金等难加工材料，以及碳纤维塑料等非金属材料。
例如，在铝合金等飞机零件加工中，曲面多且结构复杂，材料去除量达高达90％～95％，采用高速铣削可大大提高生产效率和加工精度；在模具加工中，高速铣削可加工淬火硬度大于HRC50的钢件，因此许多情况下可省去电火花加工和手工修磨，在热处理后采用高速铣削达到零件尺寸、形状和表面粗糙度要求。
高速切削概念始于1931年德国所罗门博士的研究成果：“当以适当高的切削速度（约为常规速度的5～10倍）加工时，切削刃上的温度会降低，因此有可能通过高速切削提高加工生产率”。
60多年来，人们一直在探索有效、适用、可靠的高速切削技术，但直到20世纪90年代该技术才逐渐在工业实际中推广应用。
高速切削最早在飞机制造业和模具制造l受到很大的重视。
为使飞机的零部件满足很高的可靠性要求，大部分重要零件都是在整块铝合金坯件卜铣削而成，既可减少焊缝，又可提高零件的强度和抗振性。
但常规铣削效率很低，从而导致了高的生产成本和长的交货时间。
高速切削是克服这方面问题的最好解决方案。
汽车工业中，模具制造是产品更新换代的关键。
新车型定型后，模具制造周期的长短直接影响到产品的上市时间，也关系到市场竞争的成败。
所以在80年代美国、欧洲和日本的政府都出巨资推动高速切削在模具制造中的应用研究，90年代初高速切削已进入工业化应用。
图16 高速切削在生产应用中的发展历程图17 采用高速切削后产品质量提高的历程a一硬质合金切钢 b一硬质合金切铸铁c—CBN切铸铁图16是德国宝马公司（BMW）采用高速切削的历程。
高速铣削加工技术概述
１ 引言
高速铣削加工 不但具有加工 速度高 以及 良好 的加工精度
和表 面质量 ， 而且与传统 的切削加 工相 比具有温 升低 （￣ ／ ＩＩ Ｊ
降低 了 ３ ％，刀具 的切 削寿命提 高了 ７ ％。还 可加工淬硬零 ０ ０
件， 许多零件一次装夹可完成粗 、 半精和精加 工等全部 工序 ， 对 复杂型面也 能达 到零件表面质量要求 ， 进而提高 了加工生产率
２０ ０ ８年 １ １月
广 西轻 工 业
Ｇ Ａ Ｇ ＪＩ Ｎ Ｉｏ ＩＨ Ｄ ｓＲ Ｕ Ｎ Ⅺ （瓜 Ａ ＦＬＧ ＴＩ ｕ Ｔ Ｙ ） Ｎ 机 械 与 电 气
第 １ 期（ １ 总第 １ ０ ） ２ 期
高 速铣 削 加 工技 术概 述
高发 伟
（ 东 东阳 光铝业 股份有 限公 司， 东 韶 关 ５ ７ １ 广 广 １ ２） ２
２１ 可部分替代某些工艺 ．
高 速切削时 的切 削力 小 ， 有较高 的稳 定性 ， 可加工高 质量
的薄壁零件 。 采用 分层铣削 的方法 ， 可切削出壁厚 ０２ ｍ， ．ｒ 壁高 ａ ２ ｒｍ的薄壁零件 。刀刃和工件的接触 时间非 常短 ， ０ ａ 避免 了侧
壁 的变形 。
如 电火花加工、 磨削加工等高强度和高硬度 加工也是 高速
切 削的一大 特点 ，高速切削 已可 加工硬度 达 ＨＲ ６ Ｃ ０的零件。
３ 高速 铣削加 工在 螺纹 加工 中的应用
用高速铣削刀盘加工螺纹 的方法又称旋风铣削法 ， 加工 其 表面是刀齿旋转形成 的回转表 面在不同连续位置的包络面 ， 它
一
采用带涂层的硬质合金刀具加工模具 ， 直接将 淬硬工具钢一次
进制造技术领域重要 的研究方 向之一【３ １】 ．。 长期以来 ， 们对模具 的加工一 直采 用铣 削——磨削或者 人
高速铣削
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。
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1）高速主轴单元 高速主轴大多采用内置式马达驱动，主轴机电 一体化，直接传动，转速达到每分钟几万转。其要求应用各种不同的 主轴轴承和主轴润滑和冷却来达到更高的载荷值。
11.1 高速铣削简介
1．粗加工的高速铣削要求： 1）刀具以5°倾角，采用螺旋或倾斜方式进入工件材料。 根据刀具材料、工件材料、机床和CNC系统的能力和条件，使其 进给率与主轴转速之比值应该达到最佳。 2）即使在减少进给量或刀具停止时也要避免急剧改变切削方向， 以防止刀具损坏。 3）为了平稳从容地加工硬化了的材料，径向进给量不得大于 6%～8%的刀具直径，深度进给量最大不超过5%的刀具直径。 2．半精加工的高速铣削要求： 1）避免急剧的铣削运动。 2）为了避免过切，刀具不采用螺旋或斜坡方式下刀，直接下沉到 下一个切削平面。 3）径向切削量小于6%～8%的刀具直径。 4）满足均匀切削条件
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11.2 高速铣削方法
1.进退刀控制 与常规铣削相比较，高速铣削在进退刀控制上要求更高，应尽量 采用斜线、圆弧或螺旋线方式及在轮廓、曲面切向进退刀，保证圆弧 过度，层间进退刀要减少进刀/退刀的相对高度，精加工时最好从工件 外部进刀。 2.移刀方法 在双向切削加工中，为避免行间过渡时方向急剧改变，可采用空 间内向圆弧走刀、空间外向圆弧走刀、“高尔夫”式走刀等方式加工。 如图11-1所示。
我们知道，在常规切削过程中，切削温度和刀具磨损限制了切削 线速度的提高，但远在60多年前，卡尔·索罗门博士（Salomon）发 现，当切削线速度进一步提高，超过某个临界值的时候，切削温度和 切削力反而变小，然后随着切削线速度的继续提高，温度和切削力又 急剧增加。这就使得高速加工(High Speed Machining)成为可能。
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11.1 高速铣削简介
高速铣削的工艺特点可概括为： 1）很窄的公差带。 2）浅切削。 3）高速的切削速度（达到机床极限）。 4）用斜坡和螺旋式进刀。 5）大量采用分层切削。 6）轮廓加工采用小的粗糙度。 7）多用球头刀和圆角立铣刀。 8）切削的切除率尽量保持常数。 9）防止产生切屑的二次切断。
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11.1 高速铣削简介
高速切削要求保持切削载荷平稳，最大限度地减少速率损失，同 时使程序处理速度最大。载荷平稳的前提是要求合理的粗加工和半精 加工方案，上道工序较为均匀的加工余量是高速铣削发挥优势的条件 之一。
对于黑色金属的加工，采用常规铣削进行粗加工，以低成本去处 大量材料；对于铝合金等材料的粗加工和精加工则直接采用高速铣削。 高速铣削可高速成型——它能达到很高的走刀速度，切削更多的表面 积。对于高速铣削，半精加工特别重要。
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11.1 高速铣削简介
✓ 11.1.2 高速铣削的工艺分析
高速铣削是一种高效铣削的方法，它以高切削速度进行小切削量 加工，但其金属去除率比深度铣削效率高，延长了刀具寿命，减少了 非加工时间，它适应了现代生产快速反应的应用特点。
高速铣削的工艺过程与原则 高速铣削采用小切削用量并未减少铣削加工时间，但简化了工艺 过程，减少了整个生产时间（如减少或避免了电极的设计与制造，抛 光时间可大幅度减少或省去），提高了生产效率。
4）高刚性的机床结构，机床结构要有很好的刚度，在高速切削 下抵抗有害的震动，使进给平稳，保证加工精度。
5）超硬刀具材料、结构和涂层工艺等，主轴和刀具的连接采用 新的两面约束型刀具系统。用1：10的短锥柄刀柄可使刀具轴向定位精 度提高，径向跳动降低。刀具旋转要均匀，刀具要进行平衡测试。
软件条件指对编程技术的要求：必须具备适应高速加工编程的 CAM系统。
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11.1 高速铣削简介
3．高速铣削的加工特点 高速铣削加工特点之一就是高速。高速主轴（高切削速度）和高 进给加工过程中大约有75%的热量被切屑迅速带走，从而减小了加工 的刀具温度，刀具寿命得到极大的提高，大约5%的热量由工件吸收， 工件温度低，对解决切削变形、热稳定性很有好处；减少了对冷却的 要求，如使用风冷即可以达到满意的效果。 高速铣削另一特点是小切削用量。高速铣削时主轴转速可达 10000～100000r/min,进给可达20～40m/min,进给加速度可达2～10g。 高速铣削的切宽约为刀具的1/3，切深约为刀具直径的1/10，在加工中 要求分开进行端铣和周铣。
2）快速进给和高加（减）速的驱动系统，采用取消中间运动环 节的直线电动机，可达到高速进给（至少10m/min以上）和高加(减)速。
3）高性能的高速CNC控制系统，系统要有加工指令预处理功能， 能进行NURBS插补，CNC系统要有高速大容量的存储
4）高刚性的机床结构，机床结构要有很好的刚度，在高速切削 下抵抗有害的震动，使进给平稳，保证加工精度。
第11章 高速铣削技术简介
11.1 高速铣削简介 11.2 高速铣削方法
11.1 高速铣削简介
✓ 11.1.1 高速铣削的定义和加工特点
高速铣削是近年来得到迅速发展和应用的一种先进金属切削加工 技术。在航空与模具业，高速铣削很好地解决了薄壁零件的加工，在 提高加工效率和提高制造质量方面，高速铣削也起到很重要的作用。
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11.1 高速铣削简介
精加工要求按照零件的设计要求，加工出达到最好的表面质量和 轮廓精度，精加工的刀位轨迹紧贴着轮廓表面的刀位轨迹应平稳，没 有急剧的方向改变，精加工可用最佳的切削速度和大的进给率。
3．精加工的高速铣削要求： 避免急剧变化的刀具运动。 避免在外形轮廓上进刀和退刀，在轮廓铣削中尽量直接下沉到下 一个深度。 每齿的横向进给量要与径向进给量相同。 采用真实粗糙度铣削，用粗糙度值计算步距。 每齿进给量为常数以达到最好的表面加工质量。
对于高速铣削任务，要把粗加工、半精加工、精加工作为一个整 体过程来考虑，设计出一个包括选用刀具和设置切削参数在内的合理 加工方案，从整体上达到加工的高质量和生产的高效率，发挥高速铣 削的优势，就是高速铣削工艺设计的原则。
在粗加工中，机床平稳协调地运行，避免切削方向的急剧改变是 其基本要求。
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