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摘　要： 高速銑削加工技術近年來得到了快速發展，在航空航天、汽車、儀器儀表以及模具制造等領域獲得了越來越廣泛的應用。隨著切削速度的提高，高速銑削加工技術表現出如下諸多……

1. 引言

高速銑削加工技術近年來得到了快速發展，在航空航天、汽車、儀器儀表以及模具制造等領域獲得了越來越廣泛的應用。隨著切削速度的提高，高速銑削加工技術表現出如下諸多優勢[1]：

進給速度相應提高，從而可顯著提高加工效率；

切削力隨之下降，尤其是徑向切削力明顯減小，適于加工剛性差的零件；

95%以上切削熱被切屑飛速帶走，工件基本保持冷態，適于加工易熱變性的零件；

遠離“機床-刀具-工件”工藝系統的固有頻率，加工過程平穩，加工精度高；

應用于鈦合金、高溫合金等難切削材料的加工，可以大幅度提高效率和改善表面完整性；

可以縮短單件機加時間甚至省略某些工序（如直接實現鋼的HRC65淬硬態加工[2]），從而顯著降低加工成本。

將高速銑削加工的這些技術優勢應用到模具制造中，可以大幅度縮短精加工時間，在很大程度上代替傳統的電火花成形加工[3]，從而使得整個產品的生產周期得到大大縮短，如圖1所示。因此，在日本模具制造業中高速銑削技術已經得到普遍使用。

2. 模具加工的要求

模具加工，尤其是復雜三維型面的加工，只有保持刀具軸線與被加工型面間有一定的傾角才能獲得好的表面加工質量，因此最好要采用多軸聯動機床。模具制造業是支撐日本工業的重要產業之一，對模具加工的要求也日益苛刻，不僅對產品質量有更高的要求，而且能否滿足短期交貨和實現低成本都是模具制造廠必須關注的問題。根據市場調查表明，模具行業的需求主要包括以下幾個方面[4]:

(1) 能夠適應短期交貨的高效率加工方法及加工機床；

(2) 利用三維高速切削的高質量加工；

(3) 能夠支援設計直至生成高速加工刀具軌跡的CAD/CAM系統；

(4) 具有高效性能和長壽命的刀具；

(5) 逆向工程技術的應用。

為了滿足高速銑削加工的要求，僅僅保證機床主軸有一個很高的轉速是遠遠不夠的。真正好的高速銑削加工機床，除了有足夠高的主軸轉速外，還要有很快的進給速度、較大的加速度，并且還必須具備高精度、高阻尼以及良好的抗振性等性能要求，其運動部件要發熱少、熱變形小、傳動平穩等。

而對于模具制造來說，僅僅擁有高精度的高速加工機床還不夠，還必須掌握先進的高速、高精度模具加工工藝技術。

3. 應用于模具加工的主要高速銑削加工中心

日本工業界善于吸取各國的研究成果并技術應用到新產品開發中去，在高速切削機床的研究和開發方面后來者居上，現已躍居世界領先地位。目前，具有代表性的制造廠商有：馬扎克(Mazak)、森精機(Mori Seiki)、牧野(Makino)、沙迪克(Sodick)、大隈(Okuma)、北村機械(Kitamura Kikai)和池貝(Ikegai)[5]。

馬扎克株式會社生產的機床具有優越的技術性能和廣泛的適用范圍，主要產品有INTEGREX系列復合機床、NEXUS系列臥式加工中心、ANGULAX系列多面加工中心、UN600系列加工中心。其中，INTEGREX 300-III ST號稱是世界上用途最廣泛的多功能機床，集車、銑、葉片加工、偏心零件加工、斜面銑削、激光熱處理和磨削等功能于一身，工件經一次裝卡可完成從毛坯到精加工成品的所有操作。

森精機株式會社主要生產NV系列高精密立式加工中心、NH系列高精密臥式加工中心，采用“重心驅動”新技術，加速度快，排屑系統性能優越。其中，NH800DCG高精度臥式加工中心的每個主軸都具有雙驅動系統，適用于加工大型工件[6]。

牧野株式會社的主要產品有V(或S)系列立式加工中心和a(或A)系列臥式加工中心。V系列屬于小型立式加工中心，電主軸的冷卻和潤滑方式采用軸心冷卻和軸承內潤滑，獨特的主軸軸心冷卻系統，可以提高主軸的剛性、精度和加工速度，并使主軸能夠長時間連續工作于最高轉速，適于小型工件的高速、精密加工。其中，V22轉速40000rpm，進給速度20m/min,適合于電極及淬硬鋼小模具的高速精銑。MAKINO A77三軸數控高速銑削加工中心，主軸轉速20000rpm，有兩個工作臺，使用硬質合金球面立銑刀模具型腔曲面加工精度可達0.01mm,大大提高了生產效率和加工精度，降低了后續拋光工作量[7]。

沙迪克株式會社主要生產MC430L高速加工中心，其特點是X、Y、Z軸均采用直線電機驅動，直線電機與工作臺直接連接，具有低振動、低噪聲、免維護的特點，實現了高響應高精度的控制。

大隈株式會社主要生產MULTUS智能型多任務機床和MB系列高速加工中心。其中，MULTUS B300智能型多任務機床采用緊湊式設計，配裝防撞系統和大隈開發的數控系統，MB-500H高速臥式加工中心和MB-66VA高速五軸立式加工中心是其新開發的兩種機型。

北村機械株式會社是日本唯一一家專業生產加工中心的公司，主要生產立式、臥式和龍門式加工中心，其機床均采用齒輪變速的主軸，在低速時具有大扭矩，X、Y、Z軸均采用經過手工刮研的面與面接觸的方軌，剛性強，摩擦小，壽命長，且省電、經濟。主要產品有NanoMycenter高精度高速立式加工中心、Mycenter-2XiF Sparkchanger立式加工中心、Mycenter-HX400iF臥式加工中心、Mycenter-HX630i臥式加工中心、Mytrunion超高精五軸加工中心，其中，NanoMycenter采用絲杠中空冷卻技術和獨有的智能反饋系統，確保位置定位精度0.001mm。

池貝株式會社主要生產TV型立式加工中心和TH型臥式加工中心。其機床均采用U軸刀具專利技術，在其刀具旋轉的同時，刀頭可沿著刀架端面做徑向運動，運動精度可達0.001mm。U軸刀具的定位精度是±3μm,重復定位精度±1.5μm，在轉速為1000r/min,進給0.06mm/r的加工條件下，加工圓柱類、錐面類零件的直圓柱部圓度可達2.3μm，錐體部圓度可達2.6μm，而通常精密模具的精度要求在2-3μm，因此帶U軸的加工中心特別適合各種模具，尤其是具有復雜型面模具的加工[8]。

目前，模具加工對五軸聯動機床的需求日益增多，基于用戶需求，各機床廠商已開發出各種各樣的五軸加工中心。采用主軸擺動和水平工作臺回轉機構的五軸加工中心在加工中不受工件重量影響；采用高速大功率主軸和標準旋轉式交換工作臺的五軸加工中心可以提高工作效率；部分五軸加工中心能夠在一次裝卡下完成包括五面加工和傾斜表面切削等在內的所有操作[9]。此外，面向高速銑削的模具設計制造輔助系統也得到了較好應用[10]。

值得一提的是，日本牧野提提倡高速、高精度的模具加工技術，即用高速及高效率的加工方式，在縮短模具制造周期、降低成本的同時，得到比以往更高質量、更高精度的工件，這就是所謂的FF加工[11]。FF加工的定義有兩個F，第一個是指在加工過程中把切屑從切削點迅速沖掉(flush out),第二個是指與傳統方法比較，可以得到更高精度和更高質量的加工表面(fine surface)。FF加工主要有三方面的特點：小切削量，大進給速度，贏得切削熱冷卻時間；快速清楚切屑，防止卡刀；使用側刃進行切削，保持切削負荷恒定。用FF加工技術進行加工，即使進行長時間的高速加工，也不會影響主軸的運轉精度，使刀具能力得到高效發揮。如對于汽車門模具型腔，用高速臥式加工中心進行FF加工，在粗加工工序上，可縮短3/4的加工時間；精加工刀具使用CBN刀具，一把刀就可進行整個型腔面的精加工。不用考慮接刀痕的產生，以往2周的加工時間，在采用FF加工技術后縮短為53h。

參考文獻

1. 左敦穩主編. 現代加工技術. 北京航空航天大學出版社, 2005: 35-38

2. 內藤國雄, 大庫和孝, 高田泰久. 高硬度金型の高速切削. 豊田中央研究所R&Dレビュー, 1999, 34(4):35-42

3. 木戸正孝. 高速切削と形彫り放電加工の使い分け技術.　最新金型加工技術(2006年版),67-70

4. 寒月.日本各機床制造廠開拓模具市場.制造技術與機床，2000,(8): 2-3

5. 編輯部. JIMTOF2004展會見聞.制造技術與機床，2004,(12): 11-19

6. 卜基橋.靠核心技術占領市場.現代制造,2004,(21): 26-27

7. 王頻.日本模具企業參觀印象.模具技術，2002,(2): 84-88

8. 日本株式會社池貝上海事務所.高精度高性能的數控機床技術.現代金屬加工，2006,(6): 42－43

9. 丁雪生編譯. 2001年日本金屬加工機床市場需求及發展趨勢. 世界制造技術與裝備市場. 2002,(5): 40-43

10. 井上章, 中澤康行, 上永修士. 金型設計製作支援システム. 松下電工技報, 2002, (8): 63-70

11. 牧野銑床制作所. 高速高精度的模具加工技術. 現代制造, 2003, (18): 24-28