本模具制造业中高速铣削技术的应用机械基础.doc

日本模具制造业中高速铣削技术的应用摘　要：高速铣削加工技术近年来得到了快速发展，在航空航天、汽车、仪器仪表以及模具制造等领域获得了越来越广泛的应用。随着切削速度的提高，高速铣削加工技术表现出如下诸多…… 1. 引言 高速铣削加工技术近年来得到了快速发展，在航空航天、汽车、仪器仪表以及模具制造等领域获得了越来越广泛的应用。随着切削速度的提高，高速铣削加工技术表现出如下诸多优势[1]： 进给速度相应提高，从而可显著提高加工效率； 切削力随之下降，尤其是径向切削力明显减小，适于加工刚性差的零件； 95%以上切削热被切屑飞速带走，工件基本保持冷态，适于加工易热变性的零件； 远离“机床-刀具-工件”工艺系统的固有频率，加工过程平稳，加工精度高； 应用于钛合金、高温合金等难切削材料的加工，可以大幅度提高效率和改善表面完整性； 可以缩短单件机加时间甚至省略某些工序（如直接实现钢的HRC65淬硬态加工[2]），从而显著降低加工成本。 将高速铣削加工的这些技术优势应用到模具制造中，可以大幅度缩短精加工时间，在很大程度上代替传统的电火花成形加工[3]，从而使得整个产品的生产周期得到大大缩短，如图1所示。因此，在日本模具制造业中高速铣削技术已经得到普遍使用。 2. 模具加工的要求 模具加工，尤其是复杂三维型面的加工，只有保持刀具轴线与被加工型面间有一定的倾角才能获得好的表面加工质量，因此最好要采用多轴联动机床。模具制造业是支撑日本工业的重要产业之一，对模具加工的要求也日益苛刻，不仅对产品质量有更高的要求，而且能否满足短期交货和实现低成本都是模具制造厂必须关注的问题。根据市场调查表明，模具行业的需求主要包括以下几个方面[4]: (1) 能够适应短期交货的高效率加工方法及加工机床； (2) 利用三维高速切削的高质量加工； (3) 能够支援设计直至生成高速加工刀具轨迹的CAD/CAM系统； (4) 具有高效性能和长寿命的刀具； (5) 逆向工程技术的应用。 为了满足高速铣削加工的要求，仅仅保证机床主轴有一个很高的转速是远远不够的。真正好的高速铣削加工机床，除了有足够高的主轴转速外，还要有很快的进给速度、较大的加速度，并且还必须具备高精度、高阻尼以及良好的抗振性等性能要求，其运动部件要发热少、热变形小、传动平稳等。 而对于模具制造来说，仅仅拥有高精度的高速加工机床还不够，还必须掌握先进的高速、高精度模具加工工艺技术。 ? 3. 应用于模具加工的主要高速铣削加工中心 日本工业界善于吸取各国的研究成果并技术应用到新产品开发中去，在高速切削机床的研究和开发方面后来者居上，现已跃居世界领先地位。目前，具有代表性的制造厂商有：马扎克(Mazak)、森精机(Mori Seiki)、牧野(Makino)、沙迪克(Sodick)、大隈(Okuma)、北村机械(Kitamura Kikai)和池贝(Ikegai)[5]。 马扎克株式会社生产的机床具有优越的技术性能和广泛的适用范围，主要产品有INTEGREX系列复合机床、NEXUS系列卧式加工中心、ANGULAX系列多面加工中心、UN600系列加工中心。其中，INTEGREX 300-III ST号称是世界上用途最广泛的多功能机床，集车、铣、叶片加工、偏心零件加工、斜面铣削、激光热处理和磨削等功能于一身，工件经一次装卡可完成从毛坯到精加工成品的所有操作。 森精机株式会社主要生产NV系列高精密立式加工中心、NH系列高精密卧式加工中心，采用“重心驱动”新技术，加速度快，排屑系统性能优越。其中，NH800DCG高精度卧式加工中心的每个主轴都具有双驱动系统，适用于加工大型工件[6]。 牧野株式会社的主要产品有V(或S)系列立式加工中心和a(或A)系列卧式加工中心。V系列属于小型立式加工中心，电主轴的冷却和润滑方式采用轴心冷却和轴承内润滑，独特的主轴轴心冷却系统，可以提高主轴的刚性、精度和加工速度，并使主轴能够长时间连续工作于最高转速，适于小型工件的高速、精密加工。其中，V22转速40000rpm，进给速度20m/min,适合于电极及淬硬钢小模具的高速精铣。MAKINO A77三轴数控高速铣削加工中心，主轴转速20000rpm，有两个工作台，使用硬质合金球面立铣刀模具型腔曲面加工精度可达0.01mm,大大提高了生产效率和加工精度，降低了后续抛光工作量[7]。 沙迪克株式会社主要生产MC430L高速加工中心，其特点是X、Y、Z轴均采用直线电机驱动，直线电机与工作台直接连接，具有低振动、低噪声、免维护的特点，实现了高响应高精度的控制。 大隈株式会社主要生产MULTUS智能型多任务机床和MB系列高速加工中心。其中，MULTUS B300智能型多任务机床采用紧凑式设计，配装防撞系统和大隈开发的数控系统，MB-500H高速卧式加工中心和