1 引言

　　高速切削概念是德國切削物理學(xué)家薩洛蒙(Carllomon)于1931年提出的。高速切削加工技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)之一，具有材料切除率高、切削力小、工件熱變形小、可加工難加工材料等特點(diǎn)。將其應(yīng)用于模具制造領(lǐng)域，可大大縮短模具制造周期、提高產(chǎn)品的競爭力。但是由于高速切削加工理論還不夠成熟，缺乏合理的加工參數(shù)選擇方案和刀具選擇方法，目前高速加工技術(shù)還沒有得到廣泛應(yīng)用。在高速加工技術(shù)的應(yīng)用中，機(jī)床的大小和類型、可提供的切削動(dòng)力、使用的切削刀具、被切削的材料、切削速度、進(jìn)給速度、切深、潤滑、冷卻方式、應(yīng)用軟件及數(shù)控系統(tǒng)等都會(huì)直接或間接影響高速加工的速度、性能及可靠性，從而影響加工效率的提高以及工件的表面品質(zhì)。

　　多年來，人們一直在探索有效、實(shí)用、可靠的高速切削技術(shù)，如C.K.Toh在2003年研究了熱作工具鋼AISI H13的高速切削策略；一些科研人員在2004年研究高速銑削薄壁件時(shí)工藝參數(shù)的優(yōu)化問題。國內(nèi)有多個(gè)機(jī)構(gòu)對(duì)模具高速加工進(jìn)行研究，某理工大學(xué)的一些科研人員對(duì)高速切削工藝數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)開發(fā)高速切削工藝數(shù)據(jù)庫。某大學(xué)的一些科研人員通過分析傳統(tǒng)模具制造系統(tǒng)中存在的問題，提出了基于高速切削加工技術(shù)的現(xiàn)代模具制造系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，并研究了高速切削技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用條件。一些科研人員分別用NX與PowerMill進(jìn)行了汽車覆蓋件模具數(shù)控加工工藝模板開發(fā)來實(shí)現(xiàn)汽車覆蓋件模具標(biāo)準(zhǔn)化快速數(shù)控編程?？蒲腥藛T研究了模具高速切削的粗加工編程的要求，并對(duì)編程時(shí)刀具、走刀方式的選擇等方面做了研究。

　　盡管許多人對(duì)高速加工技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，但是目前模具高速加工中仍存在的主要問題有：由于切削工藝參數(shù)選擇不當(dāng)而影響零件的加工質(zhì)量、加工效率和刀具磨損的情況還比較嚴(yán)重；高速切削理論還不夠成熟；模具型腔的編程需要很強(qiáng)的經(jīng)驗(yàn)性。在高速加工編程中，由于需要設(shè)置的參數(shù)眾多，特別容易遺漏。通過設(shè)置編程模板進(jìn)行數(shù)控加工的程序編制，可以借鑒已有工藝設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證的工藝參數(shù)，在此基礎(chǔ)上快速地生成零件對(duì)應(yīng)加工特征的合理加工參數(shù)，幫助工藝人員快速完成模具的數(shù)控編程。所以，開發(fā)基于實(shí)例推理的輔助系統(tǒng)用于選擇合適的高速加工工藝與編程模板，為模具制造企業(yè)提供合理實(shí)用的高速銑削工藝決策指導(dǎo)，不僅可以提高自動(dòng)編程系統(tǒng)的編程效率，還可減輕數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)量，對(duì)于提高模具的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)水平，也具備一定的理論和實(shí)際意義。所以收集、分析、處理并有效管理現(xiàn)有的模具高速銑削工藝信息，建立模具高速銑削工藝模板，對(duì)推廣高速切削加工技術(shù)具有非常重要的意義。

2 高速加工對(duì)刀具路徑要求

　　高速加工對(duì)數(shù)控程序提出了更高的要求：過渡平滑、負(fù)荷穩(wěn)定，因而在編程時(shí)需要設(shè)置的參數(shù)進(jìn)項(xiàng)與普通編程相比就更加細(xì)致。在模具高速加工時(shí)，如要相應(yīng)地提高速度，在生成的刀具路徑中就不應(yīng)該有尖銳（銳角）的地方和突然改變方向這類現(xiàn)象。在模具高速加工編程中，以小切深，恒定側(cè)向切削步距，高進(jìn)給為準(zhǔn)則，配合一些細(xì)節(jié)處理，包括圓弧過渡、圓弧進(jìn)刀、螺旋進(jìn)刀、優(yōu)化進(jìn)給速度、切削速度等等，使刀具路徑做到圓滑、平穩(wěn)地過渡。通過上述方法，使機(jī)床不會(huì)突然降速或加速，刀具有一個(gè)恒定的負(fù)載，以達(dá)到降低導(dǎo)軌磨損，延長刀具和機(jī)床的使用壽命，保證工件表面加工品質(zhì)的目地。

　　CimatronE7.0軟件具有世界領(lǐng)先的高速加工技術(shù)、靈活的加工方法及優(yōu)秀的仿真模擬校驗(yàn)工具，并且該軟件提供了基于知識(shí)的用戶模板設(shè)置的功能，可以將編制的加工程序的參數(shù)設(shè)置成模板供新的刀路軌跡或加工程序直接應(yīng)用。利用Cimatron E7.0軟件創(chuàng)建的模板能夠確保生成的刀具路徑平顧、切削負(fù)荷穩(wěn)定、切削效率更高，并且保證刀路有很高的安全性，以發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的最大效能。

3 數(shù)控程序模板設(shè)計(jì)

　　以飛輪殼凹模高速加工數(shù)控程序模板設(shè)計(jì)為例，來介紹用Cimatron E7.0軟件進(jìn)行程序模板設(shè)計(jì)的方法。飛輪殼凹模結(jié)構(gòu)。

　　3.1 粗加工數(shù)控程序設(shè)計(jì)

　　粗加工的主要目的是實(shí)現(xiàn)單位時(shí)間內(nèi)最大的材料去除率，并且形成接近半精加工的外形輪廓。粗加工時(shí)，加工效率是首要指標(biāo)，對(duì)零件尺寸精度和表面質(zhì)量的要求都不高。在粗加工時(shí)，開啟Cimatron E 7.0的層間加工功能。層間加工功能使得進(jìn)行粗加工計(jì)算時(shí)，系統(tǒng)會(huì)在兩層之間查找過多余量并對(duì)這些部分進(jìn)行自動(dòng)的層間再加工，從而使高速精加工之前得到一個(gè)余量非常理想的，均勻的零件表面。這種動(dòng)能可以減少粗加工及二次粗加工的時(shí)間。

　　選用φ36R8的環(huán)形刀粗銑所有區(qū)域，用體積銑中的粗加工環(huán)行銑的銑削方式。設(shè)置刀具運(yùn)動(dòng)參數(shù)，在“進(jìn)刀與退刀”中選擇法向，并使用系統(tǒng)默認(rèn)的進(jìn)退刀輪廓值，為了避免刀具與毛坯相碰，使用絕對(duì)坐標(biāo)。粗加工余量為2m，公差0.5mm。設(shè)定機(jī)床參數(shù)：當(dāng)工件的質(zhì)量要求能夠得到保證時(shí)，為提高生產(chǎn)效率，可選擇較高的進(jìn)給速度，在加工中選用2500mm/min的進(jìn)給速度，600r/min的轉(zhuǎn)速，每層切深為0.6mm。

　　3.2 半精加工

　　采用二次開粗加工方式對(duì)粗加工后所殘留的毛坯進(jìn)行半精加工。加工的順序選擇接層加工。選擇按層加工時(shí)，刀具路徑將在同一高度內(nèi)的所有內(nèi)外型加工完之后，再加工下一層，為精加工保留較均勻的加工余量。選用φ24R6的環(huán)形刀進(jìn)行二次開粗加工，加工余量為0.2mm，公差設(shè)為0.05mm，進(jìn)給速度為1600mm/min，轉(zhuǎn)速為1000r/min，切削深度0.5mm。

　　3.3 精加工數(shù)控程序設(shè)計(jì)

　　Cimatron E7.0的精加工功能既有通常的沿表面光刀的加工方法，又有先進(jìn)的區(qū)域識(shí)別能力，即對(duì)零件的形狀可以進(jìn)行有效的斜率分析，這些都可提高加工的效率和加工的質(zhì)量。精加工刀具軌跡優(yōu)化的主要目的是提高產(chǎn)品的加工精度，可從加工方式、走刀方式及工藝參數(shù)的合理選擇等方面進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)模具的特點(diǎn)，用φ18R2的環(huán)形刀采用曲面銑中的“環(huán)切-3D”的方式進(jìn)行精加工，進(jìn)給速度為2600mm/min，轉(zhuǎn)速為1500r/min，切削深度0.5mm。曲面銑要開啟高速加工模式，這樣軟件會(huì)自動(dòng)在加工過程中避免刀具過載，并自動(dòng)采用光滑的進(jìn)，退刀方式和光滑的移刀方式。

　　3.4 局部精細(xì)加工

　　Cimatron E7.0在精細(xì)加工方面功能豐富，在精細(xì)加工中應(yīng)用比較廣泛的是自動(dòng)清根功能。清根加工可以自動(dòng)偵測大刀具銑削后的殘留余料區(qū)域，再以小刀具針對(duì)局部區(qū)域進(jìn)行后續(xù)處理。建立新工序，選擇清根加工程序。因清根主要是清除模具型腔內(nèi)有四角部位的余量，所以甩φ1080.5的環(huán)形刀清根銑，進(jìn)給速度為1800mm/min，轉(zhuǎn)速為2000r/min。切削深度0.3mm。

　　3.5 模擬加工和檢驗(yàn)分析

　　Cimatron E7.0系統(tǒng)提供的仿真模擬不僅可以驗(yàn)證宴體切削狀態(tài)下的刀具路徑是否合理及有無過切、干涉現(xiàn)象，在工藝上存在缺陷時(shí)還可以進(jìn)行有效的報(bào)警并提示人員修改相應(yīng)的部分。在仿真結(jié)果上，還可以進(jìn)行定性的測量與加工結(jié)果的校驗(yàn)，可以幫助編程人員迅速根據(jù)零件的加工結(jié)果與余量狀況，作出下一步工藝編程的決定。局部精細(xì)仿真加工結(jié)果。

　　3.6 模板制作

　　把當(dāng)前所有的刀具路徑程序，加工零件、加工毛坯和加工程序等參數(shù)保存為模板。在以后加工同類零件時(shí)，既可用該模板更新刀路軌跡或加工程序。

4 結(jié)論

　　高速加工技術(shù)是現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)中最重要的共性技術(shù)之一，并逐新成為切削加工的主流技術(shù)。高速加工技術(shù)直接應(yīng)用于模具型腔的粗精加工，與傳統(tǒng)的模具加工方法如電火花加工等相比，可大量節(jié)省模具后續(xù)加工中的手工研磨時(shí)間和加工成本，顯著提高加工效率和加工精度。編程模板在模具數(shù)控加工中的應(yīng)用，通過借鑒已有工藝設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證的工藝參數(shù)，快速地生成零件對(duì)應(yīng)加工特征的合理加工參數(shù)。針對(duì)不同零件的數(shù)控加工，調(diào)用相應(yīng)的程序模板，只需對(duì)少數(shù)切削參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的修改，便可以生成適合實(shí)際應(yīng)用的加工工藝與數(shù)控程序，以提高工藝設(shè)計(jì)及編程的效率與質(zhì)量，減輕數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)人員的工作量，規(guī)范數(shù)控加工工藝規(guī)程。