用edm進(jìn)行模具型面精加工和拋光的工藝已經(jīng)逐浙減少，高速銑削逐浙成為模具的重要加工工藝手段，它為進(jìn)一步縮短模具生產(chǎn)周期提供了條件。
模具是機(jī)械制造業(yè)中使用量大面廣的重要基礎(chǔ)工藝裝備，已成為當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)中的重要手段和工藝發(fā)展方向。美、日等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家模具產(chǎn)值早已超過(guò)機(jī)床產(chǎn)值，目前*模具年產(chǎn)值約600億美元，超過(guò)機(jī)床產(chǎn)值。我國(guó)1997年模具產(chǎn)值就已接近200億元人民幣，但仍有某些模具，特別是以汽車覆蓋件模具為代表的復(fù)雜模具存在供求缺口（缺口約占需求量的2/3）。1996～1998年模具進(jìn)口金額分別為9.18、6.31、6.63億美元。
面對(duì)化市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，隨著新產(chǎn)品開發(fā)周期和產(chǎn)品更新期的日益縮短，對(duì)模具設(shè)計(jì)制造的快速響應(yīng)要求也就越來(lái)越高，要求盡可能縮短模具生產(chǎn)周期，這已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。
隨著模具cad/cae/cam系統(tǒng)的進(jìn)步，加工設(shè)備高速化、精密化、數(shù)控化的發(fā)展，都為進(jìn)一步縮短模具生產(chǎn)周期提供了條件。本文著重介紹高速銑削技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用。
80年代以來(lái)，隨著高速銑削技術(shù)的成熟和發(fā)展，用edm進(jìn)行模具型面精加工和拋光的工藝已經(jīng)逐浙減少，高速銑削逐浙成為模具的重要加工工藝手段。在德國(guó)和日本，采用高速銑削作為模具半精加工、精加工的手段已成為主流工藝。
采用高速銑削的理由
1） 除了有內(nèi)銳角的型腔和窄而深的型腔，基本上都可以用高速銑削取代edm加工。
2） 采用高速銑削加工模具比edm方法可以節(jié)省25%～60%的加工時(shí)間；
3） 高速銑削的模具表面質(zhì)量提高，避免了edm加工時(shí)可能出現(xiàn)的表面微細(xì)裂紋；
4） 高速銑削45～60hrc硬表面，精銑表面的粗糙度可達(dá)ra=0.63μm，從而可以減少工資費(fèi)用高的手動(dòng)拋光時(shí)間；
5） 省卻了edm加工方法電極的制造環(huán)節(jié)，從而顯著地縮短了模具制造的周期。
模具高速銑削使用的刀具
由于刀具材料性能的改善和新型刀具材料及涂層工藝的開發(fā)，刀具允許的切削速度幾乎每隔10年提高1倍。高速銑削正是基于這一重要前提。對(duì)刀具材料既要求硬度高、耐磨性好、耐熱性（紅硬性）好，又要求韌性好、耐沖擊，以適應(yīng)高硬度模具鋼的高速銑削要求。
1. 粗銑和半精銑通常使用細(xì)顆粒、超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金球頭立銑刀或平頭立銑刀，刀具經(jīng)復(fù)合涂層，切削深度0.1～0.3mm，切削速度可以達(dá)150～250m/min。
2. 在半精銑和精銑中使用氮化硅陶瓷刀具或si3n4+tic（或tin）復(fù)合陶瓷刀具，切深0.05～0.15mm，切削速度可達(dá)250～600m/min。
3. 超硬材料立方氮化硼是模具高速精銑的主要刀具材料。聚晶立方氮化硼（pcbn）硬度高、耐熱性*，近年來(lái)在提高韌性和更好的化學(xué)穩(wěn)定性以后，開始用于淬硬鋼模具的高速銑削。精銑時(shí)切深0.05～0.10mm，切削速度300～1200m/min，精銑效果幾乎可代替磨削。
除了正確選用刀具材料外，高速銑削還應(yīng)優(yōu)化刀具幾何參數(shù)，解決刀具（連同主軸）的動(dòng)平衡和刀桿抗振性問(wèn)題。與常規(guī)銑削相比，高速銑削銑刀的前角相對(duì)減小而后角有所增大。銑刀直徑較小時(shí)（通常為球頭立銑刀），為避免球頭頂端靠近回轉(zhuǎn)中心部分由于切削速度很低而降低切削性能，應(yīng)使用能使刀具擺動(dòng)的cnc機(jī)床，通常主軸傾斜30°。
有一個(gè)擺動(dòng)軸的即為4軸cnc聯(lián)動(dòng)，有二個(gè)擺動(dòng)軸的為5軸cnc聯(lián)動(dòng)。而使用平頭立銑刀銑削3維自由曲面時(shí)編程較復(fù)雜。
cad/cam系統(tǒng)和數(shù)控仿形集成化技術(shù)
在模具復(fù)雜曲面的數(shù)控加工中，必須先產(chǎn)生刀具軌跡和數(shù)控加工指令，這可以通過(guò)數(shù)控仿形測(cè)量實(shí)現(xiàn)。即根據(jù)實(shí)物（樣件）模型數(shù)控仿形測(cè)量結(jié)果（3維點(diǎn)群數(shù)據(jù)），建立幾何形體數(shù)字化模型，再由cad／cam系統(tǒng)生成刀具軌跡和數(shù)控加工指令（見圖1），從而可在cnc機(jī)床上加工出與實(shí)物模型一致的曲面形狀。
于是，就將模具復(fù)雜曲面的直接測(cè)量引入到設(shè)計(jì)-加工過(guò)程中， 構(gòu)成測(cè)量-造型-加工集成化系統(tǒng)，即數(shù)控仿形銑床。
它*不同于傳統(tǒng)的機(jī)械仿形或電氣仿形銑床，它既具有數(shù)控、仿形功能，又具有數(shù)字化功能。
這種數(shù)控仿形銑床特別適合于型腔較淺、型面高度變化不大、型面輪廓有相當(dāng)斜度的模具復(fù)雜曲面的仿形加工。其數(shù)字式測(cè)頭或非接觸式激光測(cè)頭（激光掃描傳感器）能以10m/min甚至更高的速度進(jìn)行仿形掃描和數(shù)字化轉(zhuǎn)換，仿形精度可達(dá)±5μm。
高速銑削加工機(jī)床必須具備的條件
數(shù)控仿形銑床、cnc高速銑床或高速加工中心是模具高速銑削使用的機(jī)床，這些機(jī)床有下列基本特征：
1. 高速大功率主軸單元。能提供很高的轉(zhuǎn)速，因?yàn)榍蝾^立銑刀往往直徑較小，為達(dá)到足夠高的切削速度，主軸必須有*的轉(zhuǎn)速。圖2所示，瑞士mikron公司開發(fā)的hsm700高速銑床（加工中心）主軸zui高轉(zhuǎn)速42000r/min。
2. 具有高加、減速的高速進(jìn)給系統(tǒng)。高速銑削不僅切削速度高，而且為保持合理的每齒進(jìn)給量，也相應(yīng)要求有很高的進(jìn)給速度。hsm700高速銑床的工作進(jìn)給速度可達(dá)20m/min，進(jìn)給軸加速度10m/s2，zui大快移速度40/min。
3. 能使用錐面與端面雙定位的1：10空心短錐柄刀夾的主軸端部結(jié)構(gòu)和hsk工具系統(tǒng)，以確保在*轉(zhuǎn)速下刀具的定心精度。
4. 高速精密cnc系統(tǒng)。具有在輪廓加工中能減小跟蹤誤差的高精度伺服單元，具有*加減速特性，具有各種誤差補(bǔ)償及超前控制功能。
5. 不僅能實(shí)現(xiàn)干切削，必要時(shí)可使用切削液，或使用氣-油噴射冷卻（油量極少）。
6. 設(shè)有全封閉安全防護(hù)裝置。
7. 整機(jī)具有良好的熱穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)剛性。
近年來(lái)興起的并聯(lián)桿系機(jī)床（國(guó)內(nèi)亦稱虛擬軸機(jī)床，俗稱六腿機(jī)床），由于其運(yùn)動(dòng)是基于stewart平臺(tái)運(yùn)動(dòng)原理實(shí)現(xiàn)的，特別適于高速加工，有很廣的工藝范圍。
如圖所示為德國(guó)mikromat公司與fraunhofer機(jī)床與成形研究所（iwv）聯(lián)合開發(fā)的6x型高速立式加工中心示意圖。其特點(diǎn)是取消了安裝主軸頭的動(dòng)平臺(tái)，6桿直接與主軸頭殼體用球關(guān)節(jié)聯(lián)結(jié)且不在同一平面上（見圖b）。主軸頭移動(dòng)行程630×630×630mm，擺動(dòng)角度30°，電主軸zui高轉(zhuǎn)速30000r/min，zui大功率16kw，額定扭矩17nm，刀柄為hsk50。6桿的zui大直線運(yùn)動(dòng)速度30m/min，zui大加速度10m/s2。
這種6x型機(jī)床由于取消了安裝主軸頭的動(dòng)平臺(tái)，運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量減輕了, 因而可實(shí)現(xiàn)高速銑削所需的很高的軌跡銑削速度，特別適合于模具高速銑削加工。