现代制造 Modern ManufacturingC A D / C A M 与制造业信息化w w w . i c a d . c o m . c n94高速加工作为高效率的加工手段之一，在目前的制造业中得到了广泛的应用。高速加工从 2 0 世纪末进入实用化阶段以后，在国内的制造业中立即得到了响应。 初始阶段， 我们的工程技术人员对于此类加工设备和编程手段很陌生，因此在实际应用中遇到了很多问题。 截止目前， 此类加工手段也还远远没有被广大工程技术人员熟悉和掌握，这一点从目前的相关媒体报导和网络论坛中都有反映。笔者在这里就高速加工中存在的一些问题和技巧进行一些探讨，希望能给大家带来一些启发和帮助。高速加工包含了两层含义：一是高主轴转数，一般情况下主轴转数至少在 1 2 0 0 0 r / m i n左右，最高可达6 0 0 0 0 r / m i n ( M i k r o n 可提供此类设备) ；二是高速进给，进给速度一般在每分几米甚至几十米。由于高速加工时机床设备、切削刀具的正常工作状态与普通加工有很大的差异，因此在编写数控加工程序和工艺流程的时候就不继 C N C 技术之后，高速加工技术给机械制造业带来了又一次革命性的变化。其巨大的吸引力在于实现高速加工的同时， 达到了原来普通数控难以达到的加工精度、 表面质量、刀具磨损和生产时间。 本栏目为广大读者组织了几篇关于高速加工的佳作， 希望引起广泛的讨论。高速加工数控编程 的实践经验探讨【 P a t h t r a c e C h i n a O f f i c e 李名雪 】能再沿用老一套的思路。一、如何克服高速加工中机 床运动部件的惯性在高速加工过程中，由于进给速度很大，机床主轴( 或工作台等运动部件) 的惯性就成为一个不能忽视的要素，在机床设计和控制系统的选配过程中都要予以充分的考虑。 作为一个面向市场的成功产品， 该类设备在设计制造过程中肯定在这方面做了很多的改进， 但惯性问题依然存在。 在高速加工设备的使用过程中， 使用者时刻都要考虑到这个因素， 使用不当不仅会缩短设备的使用寿命， 而且会影响加工质量。 机床的设计和制造过程如何改进的问题我们不在这里探讨， 这里关注的只是使用过程中的注意事项。为避免高速加工过程中机床惯性的影响， 理论上只要在切削过程中不改变进给方向就可以了， 但是实际上这是不可能实现的， 改变进给方向不可避免地经常使用， 这就给编写加工程序出了一个难题。我们可以选用合适的 C A M软件来解决这个难题，完成编程工作。此时，我们要尽量在空走刀的时候换向，不在刀具处于切削状态的时候改变方向，或者在改变进给方向之前降低进给速度。在图1 所示的例子中， 我们选择螺旋线的方式进行铣切， 其效果要比图2中所示的传统铣切方式效果要好的多。在图 3 和图4 所示的例子中， 我们采用变通的方式，尽量选择刀具未处于切削状态的时候改变进给方向。图1 连续铣切的螺旋线环切刀具路径图2 常用的环切时的刀具路径Modern Manufacturing 现代制造95C A D / C A M 与制造业信息化w w w . i c a d . c o m . c n图3 利用圆弧导出（导入） 使切削方向改变时刀具处于非切削状态图4 刀具完全导出的时候改变切削方向在加工型腔等特殊的形状时，由于刀具没有办法导出，因此在编程时转角部分应尽量采用圆弧过渡，以使转向变得尽量平稳，如果能够在转角的时候适当的降低进给速度，那么效果会更好。二、关于切削深度的讨论在高速加工中，还要注意对切削深度的控制。 这里有两层含义， 一个是刀具的轴向切削深度，一个是刀具径向的切削深度。切削深度的控制对于能否加工出一个合格的零件以及延长刀具的使用寿命起到了非常关键的作用。目前大多数使用者习惯于在精加工的时候使用高速加工，其实在粗加工的时候使用高速切削可以更快地去除加工余量， 更应该推广使用。 一般情况下， 在粗加工过程中， 使用轴向小切深，多次分层切削剔出加工余量是最常用的加工办法。 在精加工过程中， 小余量高速切削可以得到很好的表面加工质量，这主要是针对模具制造过程中的精加工而言， 不能绝对的照搬。 例如， 在精加工长缘条的时候， 我们要考虑到加工变形的影响，如果此时选择小余量的精加工办法，就会加大缘条变形的影响。此时我们一般采用大余量分层切削的方法来减小缘条中间变形的影响。也就是说粗加工时多保留一些余量，而不是习惯上的保留较少余量进行精加工。常规情况下，加工此类细长缘条时， 一般情况下宽度与深度比达到1 : 5时，加工到缘条中间部分缘条不变形已经很不容易了，如果采用高速加工，达到 1 : 1 0 却很轻松，如图5 所示。图5 高速加工中大余量分层切削 精加工缘条示例三、刀具的选择高速加工中刀具的选择是非常重要的，目前的刀具供应商几乎都可以提供适合高速加工的刀具。选择刀具主要有以下两个方面考虑，一个是高速旋转下刀具的动平衡状态，另一个就是刀具的有效切削时间（即刀具寿命） 。为保证高速旋转状态下的刀具能够绕轴线稳定旋转，目前采用两种办法，一是采用带有动平衡装置的刀具，刀套里面安装了机械划块或采用流体动平衡设计；另外一种就是采用整体刀具， 刀套与刀体合为一体， 其实目的就是保证刀体与刀套在安装过程中安装间隙减小。整体刀具在这方面是最理想的，但是由于刀具的刀套和刀体是一体的， 一旦刀体报废， 刀套也就一起报废了， 因此费用较高。 采用热胀冷缩的办法装夹刀具，也可以得到很好的效果，即将刀套通过加热装置加热后， 再装入刀体的方法， 待冷却后即可夹紧刀具。 高速加工过程中， 刀具的磨损要比低速状态大很多，因此刀具的寿命也是影响高速加工广泛应用的一个原因。 采用高速加工的时候， 应该根据工厂自身的实际情况，找到一个降低成本与提高效率的平衡点，才能真正地体现出高速加工的价值。四、结束语是否选用高速加工，不能盲目跟风，其实并不是所有的行业都适合采用这种加工手段，高速加工固然可以提高加工效率，但是由于设备和刀具的成本也相应地提高，因此找到一个提高效率和降低成本的平衡点尤为重要。高速加工不仅可以提高加工效率，还可以克服低速加工中遇到的一些工艺难题。 例如， 零件在加工过程中存在变形，在工程应用中是一个很令人头痛的问题， 利用普通的加工方法， 往往不能得到理想的结果，此时可以考虑采用高速加工的办法来解决。 首先， 在高速切削过程中产生的切削热有 9 0 %被切屑带走， 而不是传导到工件中， 这样可以大大地减小由于切削热传入工件，使工件产生热变形。 其次， 在上面的例子中可以看到，在加工长缘条过程中，如果采用小切深分层加工的办法，可以减小径向切削力对工件的影响，从而减小工件变形。 另外， 高速加工还有一个公认的好处，就是加工后的表面质量很好。如果为达到某些工艺要求而采用高速加工的时候，成本因素就显得不那么重要了。 总之， 是否现代制造 Modern ManufacturingC A D / C A M 与制造业信息化w w w . i c a d . c o m . c n96采用高速加工，采用高速加工的比例要根据工厂的自身情况来决定。高效率的加工手段目前除了高速加工之外，大切深的强力切削其实也是一种有效的手段。在高速加工没有实用化之前，人们在这方面已经作了很多的研究和探讨，目前高速小切深加工比较流行，但是大切深强力切削也没有被遗忘。也许有一天还会重新被人们关注，原因就是不同的行业特点和加工内容有着不同的追求目标。本文讲述了高速加工的一些特点以及编程过程中的一些注意事项，同时提出了一些在实践过程中遇到问题的解决办法。以上观点仅供参考， 欢迎商榷！本文提到的编程手段由新一代数控编程软件E d g e C A M 提供。面对高速铣削，C A M将不得不更改加工编程的策略。本文从使用的C A M系统中提供一些技巧和寻找一些方法。高速铣削的 N C 编程者必须改变整个加工策略， 以生成安全、 有效和精确的刀具路径及理想的曲面精度。因此，在加工过程中认真地考虑每个加工因素是非常重要的，最好是所使用的 C A M系统有这样的分析功能。由于在高速铣削中进给速度和主轴转速非常高，所以编程人员必须提前知道刀具怎样切除材料。除了使用较小的步进和切深外，应尽量避免急速更改切削方向，在必须急速转向时要减小加工速度，不然会损坏曲面精度，甚至由于重复运动导致过切或者导致外部圆角过切。特别是在 3 D 轮廓加工中，通常要求在一个操作中生成复杂的刀路轨迹，而不是在整个加工过程中使用平行的双向走刀、单向走C A M软件 在高速铣削中的策略【 C i m a t r o n C h i n a 】C i m a t r o n 作为一款知名的C A M 软件， 在国内具有较多的用户群， 而高速铣削是目前高速加工中一种主流的加工方式，在高速铣削加工中C A M 软件应具备哪些功能特征？刀或者是其他单一的走刀方式。非常明智的选择是缓和地切入工件，同时要尽可能地减少切入切出工件的次数。在两层之间的加工最好用螺旋下刀的方式， 尽量不要直接下刀。 只要有可能尽量保持切削条件的恒定性这点也是非常重要的。不同的刀具载荷能够引起刀具产生偏差， 这会降低零件精度、 曲面精度和刀具寿命。恒定刀具负荷包括在一个给定的进给速度下，刀具载荷的一致性及刀具和零件保持常接触，并且当加工遇到过多的加工余量时机床会降低进给速度。 在许多情况下， 高速加工对转角的前瞻性很敏感，因此在加工过程中不能突然遇到过多的加工余量，这通是常由于前一把直径较大的刀具加工留下的。通常， 刀路越简单， 加工的效果越好，因为这样可确保在整个加工过程使用最大的进给速度加工，在急转时不必降低进给速度。 在双向加工中， 连续的刀路轨迹用圆环连接， 同样， 在加工矩形转角时，应尽可能地减少减速和加速。一、优秀的基本系统直到现在，许多 N C 编程者仍然把他们关注的技术和有效的加工策略留给了设备，然后生成精确的刀路轨迹。随着技术的发展，一些 C A M的开发者已经比较深入地了解了高速铣削的特点并且把高速铣削的技术要求融入到了 C A M系统中。现在由几个 C A M开发厂商共同提出的一个重要的概念是剩余毛坯分析，也就是说， C A M 能够精确地知道每次加工完成后零件剩余的毛坯。这是获得恒定刀具载荷的关键，这对于实现高速铣削是非常重要的。但这仅仅是一个开始，一些著名的基本系统把目标瞄准在更高的自动化水平。 例如， 按照R a g K h o s h o o （U G的 C A M开发部的经理）所说，其所在的公司正集中精力研究范围更广、更有效的高速铣削技术，这些技术主要