高速加工:普通銑削的替代和補充方案

傳統(tǒng)工藝：
    用模具加工專用的高速鋼刀具進行2維銑削加工
工藝存在的問題：
    幾何形狀一致性差，專用刀具成本高，低轉(zhuǎn)速使加工時間較長，刀具工作壽命短。
解決方案：
    使用f＝0.3mm標準球頭銑刀，主軸速度40,000轉(zhuǎn)/分進行3維銑削
傳統(tǒng)工藝：
    100％電火花加工，將幾何形狀分成幾個電極部分
用高速切削取代電加工的困難：
    小的圓角和銳邊a<180°，標準刀具的切削深度有限
解決方案：
    用高速切削進行粗加工和半精加工，為EDM精加工留有0.25mm的余量
f＝0.8mm球頭銑刀，主軸速度27,000轉(zhuǎn)/分
    與傳統(tǒng)切削過程相比，高速切削的切削力明顯要小一些。
新的切屑形成過程帶來的優(yōu)點
    通過高速切削產(chǎn)生的切屑形成過程的特殊性質(zhì)帶來了諸多好處，也使高速切削工藝的使用更加吸引人。
從用戶的角度，一方面降低的切削力導(dǎo)致：
較高的零件精度
更好的表面質(zhì)量
另一方面，通過采用特殊的刃具形狀，將加工應(yīng)用領(lǐng)域拓展到：
較硬材料的加工
微小結(jié)構(gòu)加工
需要利用細長刀具的加工
需要較大刀具外伸長度的加工
高速切削中切削速度較大，給用戶帶來的直接好處包括：
旋轉(zhuǎn)刀具更大的穩(wěn)定性
提高了進給速度，從而增加了金屬去除率
另外，由于工件熱量降低，可產(chǎn)生 ：
更高的零件精度
高速切削機床
    為了正確對待高速切削工藝的要求，機床必須滿足動力學(xué)、主軸速度以及剛度和吸振性的嚴格要求。如果在刀具直徑確定的情況下提高切削線速度，則無疑需要較高的主軸速度。在加工微小和細致的幾何形狀時，會要求更高的速度，因為需采用直徑更小的刀具。所以至少要采用速度超過40,000轉(zhuǎn)/分和扭矩超過6牛·米的主軸。
    目前，可在工業(yè)上使用的速度達60,000轉(zhuǎn)/分的主軸已是最新技術(shù)趨勢。
    為使每個切削刃獲得適當?shù)倪M給率，高的進給速度和加速度也是必要的，通常需要全新的機床概念。由混凝土聚合物制成的床身框架和由球墨鑄鐵制成的滑枕等移動部件是最新的技術(shù)趨勢。固定部件極為堅固并經(jīng)過大量的精加工，以保證盡可能大的剛度和吸振性。對于所有移動部件，則需要保證剛度最大的同時使重量盡可能最輕。只有這樣的重量分配才可實現(xiàn)高的動態(tài)特性，從而滿足高速切削工藝的要求。
    經(jīng)過適當預(yù)緊的大螺距滾珠絲杠在兩側(cè)由軸承支撐，加上大功率電機形成了高切削速度和高加速度的基礎(chǔ)。然而必須認識到系統(tǒng)的整體能力是由可承受的最大沖擊力所確定的因加速度而產(chǎn)生。尤其在頻繁改變進給方向的情況下。如加工小的幾何形狀時，決定最大加工速度的是允許的最大沖擊力，而不僅僅取決于驅(qū)動系統(tǒng)的能力。
    高分辨率的光學(xué)直線測量系統(tǒng)以及精密線性導(dǎo)軌完善了現(xiàn)代高速切削機床所需的裝備。
    控制技術(shù)也必須是最新的，并且要有盡可能快的處理速度以及強大的程序處理和前瞻能力。對加工位置的良好調(diào)整、機床機械和電子部件回路之間的反饋速度也很重要。但是，只有各個方面協(xié)調(diào)配合的系統(tǒng)才能最佳地滿足某一加工要求：如表面質(zhì)量、加工速度和精度等。最新一代的控制系統(tǒng)向用戶提供了以簡單方式執(zhí)行特定的加工目標優(yōu)先的可能性，可根據(jù)當前的加工要求設(shè)置工藝過程。該功能可設(shè)定速度、表面質(zhì)量或精度優(yōu)先來進行加工。
主軸/刀柄接口
    快換錐柄SK系列已經(jīng)被空心短錐柄HSK系列所取代。而HSK-E和HSK-F系列因其完全對稱的結(jié)構(gòu)形狀而尤其適合高速切削。開發(fā)這種新型刀柄要考慮的重要因素有：
通過主軸端面進行軸向定位
主軸和空心錐柄的脹塞配合
刀柄/刀具接口 
根據(jù)不同主軸速度、加工步驟(粗加工、半精加工、精加工)和刀具類型尺寸的測試，證明以下系統(tǒng)適用于高速切削 ：
彈簧夾套刀柄
液壓刀柄
冷縮型刀柄
強力夾緊刀柄
    對于精加工，最好使用冷縮型刀柄，保證銑刀最高的徑向精度和最大工作壽命。整套系統(tǒng)必須旋轉(zhuǎn)對稱，并具有極好的動平衡。必須滿足主軸或機床制造商規(guī)定的按照ISO1940主軸標稱速度平衡質(zhì)量等級的要求。