高速加工（HSM或HSC）是二十世紀九十年代敏捷發(fā)展利用的先進加工技巧。通常是指高的主軸轉(zhuǎn)速（10,000-100,000r/min）、高的進給速度(40m-180m/min)下的銑削加工。高速加工在實際利用中能解決新材料的加工標題，適應(yīng)表面質(zhì)量高、精度高、外形復(fù)雜的三維曲面加工，減少和避免效率低的電火花加工，解決薄壁零件的加工標題，數(shù)控高速復(fù)合加工還可以減少搬運與裝夾次數(shù)，避免重復(fù)定位帶來的加工誤差等，既提高了加工質(zhì)量，又提高了加工效率。高速加工技巧逐漸利用于加工鑄鐵和硬鋁合金，尤其是加工大型籠罩件沖壓模、鍛模、壓鑄模和注射模。目前國際上高速切削加工技巧重要利用于模具、航空航天和汽車產(chǎn)業(yè)等復(fù)雜曲面的加工范疇。國內(nèi)高速切削加工技巧的研究與利用始于20世紀90年代，也是重要利用于模具、航空航天和汽車產(chǎn)業(yè)，但采用的高速切削CNC機床、高速切削刀具和CAD/CAM軟件等以進口為主。
高速加工一般采用高的銑削速度和快速多次走刀來提高效率，小直徑刀具，適當?shù)倪M給量，小的徑向和軸向切削深度，即切削體積。隨著銑削速度的提高，加工時間大幅度縮短，并且切削力降落、振動小，尤其是徑向切削力大幅度下降，零件變形小，由于在切削時大批的切削熱被切屑帶走，工件表面溫度較低。由于高速銑削的的上述特點，高速加工相對慣例加工具有突出長處：高生產(chǎn)率、工作安穩(wěn)、加工表面質(zhì)量很高，無需再進行其它表面處理工序、有利于加工薄壁零件和高強度、高硬度脆性材料、可縮短交貨期、減少設(shè)備臺數(shù)及車間面積、減少工人數(shù)目。盡管在初期的設(shè)備投資用度增加，但高速銑削工藝的綜合效益仍有明顯提高。
1 高速加工與模具制作
目前塑料模具越來越精巧、結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，請求的合模次數(shù)接近和超過80萬次，采用的模具鋼材的硬度越來越高，有的甚至超過HRC 64以上，而模具的交貨期卻請求越來越短。這些市場特點給模具制作商帶來了極大的壓力。高速加工技巧的呈現(xiàn)為模具制作帶來了新的發(fā)展機會，尤其在中小型精密塑料模具加工中顯示了宏大的上風。
大多數(shù)模具材料都是高硬度、耐磨性能好，其加工難度大。傳統(tǒng)工藝廣泛采用電火花（EDM）微切削加工成形，生產(chǎn)效率極低。高速加工技巧對模具加工工藝產(chǎn)生了宏大影響，它轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)模具加工所采用的“電火花→拋光”等復(fù)雜冗長的工藝流程，甚至可用高速切削加工調(diào)換本來的全部工序。在模具的高淬硬鋼件（HRC45～65）的加工過程中，采用高速切削可以代替電加工和磨削拋光的工序，避免了電極的制作和費時的電加工時間，高速加工技巧除可利用于淬硬模具型腔的直接加工（尤其是半精加工和精加工）外，在EDM電極加工、快速樣件制作等方面也得到了廣泛利用。大批生產(chǎn)實踐表明，利用高速切削技巧可節(jié)儉模具后續(xù)加工中約60%-100%的手工拋光時間、也可減少EDM的工序與時間、節(jié)儉加工本錢用度近30%、刀具切削效率可提高1倍，這種節(jié)儉已經(jīng)在很多國外模具廠商得到了真實反應(yīng)。
用高速銑削加工模具，不僅可用高轉(zhuǎn)速，大進給，且粗、精加工一次完成，大大提高了生產(chǎn)效率。采用高速切削加工淬硬鋼模具，硬度60HRC以上，表面粗糙度Ra0.6μm，達到了磨削加工的程度，效率比電加工高數(shù)倍，不僅節(jié)儉了大批的修光時間，還可代替盡大部分的電加工工序。
2 高速加工對CNC系統(tǒng)的請求
高速加工是一項先進的、復(fù)雜的系統(tǒng)工程技巧，與傳統(tǒng)加工工藝技巧相比，它對機床、刀具、刀柄、加工工藝、把持系統(tǒng)、CAD/CAM軟件等多項指標都有較高請求。由于模具加工的特別性以及高速加工技巧的自身特點，對模具高速加工工藝系統(tǒng)（加工機床、數(shù)控系統(tǒng)、刀具等）提出了比傳統(tǒng)模具加工更高的請求。
先進的數(shù)控系統(tǒng)是保證模具復(fù)雜曲面高速加工質(zhì)量和效率的關(guān)鍵因素，其特征體現(xiàn)在加減預(yù)差補，前饋把持，準確矢量補償，最佳拐角減速、安全防護與實時監(jiān)控等方面。模具高速切削加工對數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)請求為：
高速的數(shù)字把持回路，如采用64位并行處理器、極短的直線電機采樣時間。
速度和加速度的前饋把持、數(shù)字驅(qū)動系統(tǒng)的爬行把持。
先進的基于NURBS的樣條插補盤算方法，以獲得良好的表面質(zhì)量、準確的尺寸和高的幾何精度。
預(yù)處理功效。請求CNC具有大容量緩沖存放器，可預(yù)先瀏覽和檢查多個程序段(如1000～2000個程序段)，以便在被加工表面外形（曲率）產(chǎn)生變更時可及時采用轉(zhuǎn)變進給速度等措施以避免過切等。
誤差補償功效，包含因直線電機、主軸等發(fā)熱導致的熱誤差補償、象限誤差補償、丈量系統(tǒng)誤差補償?shù)裙πА?
此外，模具高速切削加工對數(shù)據(jù)傳輸速度的請求也很高。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，如RS232串行口的傳輸速度為19.2kb，而高速加工中心均已采用以太局域網(wǎng)（Ethernet）進行數(shù)據(jù)傳輸，速度可達200kb。
3 Heidenhain iTNC 530數(shù)控系統(tǒng)
海德漢公司是一家擁有100多年歷史的專門生產(chǎn)高精密丈量元件和數(shù)控系統(tǒng)的跨國集團公司。所生產(chǎn)的高性能數(shù)控系統(tǒng)和丈量反饋元件在模具加工和高精密加工范疇中得到了廣泛的利用。
Heidenhain的iTNC 530把持系統(tǒng)是合適銑床、加工中心或需要優(yōu)化刀具軌跡把持之加工過程的通用性把持系統(tǒng)。該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理時間比以前的TNC系列產(chǎn)品快8倍，所配備的“快速以太網(wǎng)”通信接口能以100Mbit/s的速率傳輸程序數(shù)據(jù)，比以前快了10倍，新型程序編纂用具有大型程序編纂才能，可以快速插進和編纂信息程序段。在新系統(tǒng)中，該公司首次將NC主控盤算機與驅(qū)動把持單元離開，并裝了英特爾處理器。該機采用15英寸高分辨率XGA顯示器（1025×768）或10.4英寸（640×480）VGA顯示器顯示。任何熟悉TNC系統(tǒng)的把持者很快便可以把握這種新系統(tǒng)的把持。機械師不必記憶G代碼，只需要用組合鍵按鍵就可以編制線段、弧段、循環(huán)程序。
針對模具加工的復(fù)雜曲面，假如要實現(xiàn)高速、高精和高表面質(zhì)量加工，必需具備好的硬件基礎(chǔ)、良好的伺服性能及高速把持才能。
高速3D把持器Heidenhain iTNC530重要特點是采用了速度更快的400 MHz的AMD處理器，iTNC530所有的實時任務(wù)均在自己開發(fā)的實時把持系統(tǒng)（HEROS）下完成，而且也可供給帶雙處理器的主盤算機，一個用來運行Heidenhain把持系統(tǒng)，即CNC的核心“New Heros”，另一個用來運行MS Windows 2000把持系統(tǒng)。它既可以保證系統(tǒng)的實時盤算和穩(wěn)固性能，同時又能滿足用戶對Windows利用程序的需求。
Heidenhain iTNC530程序段的處理時間是0.5ms。幾何外形越復(fù)雜、公差請求越嚴格，點的密度將越高。用高速進給加工時，必需更快地處理相應(yīng)的NC編碼，以免產(chǎn)生所謂的數(shù)據(jù)饑餓限制進給速度。當被處理的NC程序段的緩存中沒有數(shù)據(jù)時，由于缺乏定位指令，運動將結(jié)束或突變。HSM的CNC的特點是程序段的處理時間要短到1ms甚至更短的時間。iTNC530完整能勝任高速加工（HSM）請求的CNC系統(tǒng)。
高速加工利用中的數(shù)控加工NC程序是在外部的CAM系統(tǒng)上天生的。通常，NC程序只有幾百千字節(jié)，也經(jīng)常有高達數(shù)百兆字節(jié)的程序。因此，HSM應(yīng)用的CNC系統(tǒng)的重要特點是，要具有高速數(shù)據(jù)傳輸才能的快速以太網(wǎng)接口。以太網(wǎng)接口的傳輸速度是100 MBit/s，這是現(xiàn)今慣例網(wǎng)絡(luò)的尺度速度。新型的Heidenhain CNC系統(tǒng)主機單元帶有各類數(shù)據(jù)通信接口（Ethernet/RS232/RS422/USB等），所配備的快速以太網(wǎng)通信接口能以100Mb/s的速率傳輸程序數(shù)據(jù)。
iTNC 530系統(tǒng)采用限制加加速值并利用過濾器對加加速度進行了光滑處理。高速進給時，假如任何一個軸忽然換向會導致過高加速度和加加速，將造成機床結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動。通過CNC實現(xiàn)速度、加速度和加加速平滑計劃是下降或打消該影響的好方法。
Heidenhain iTNC 530支撐姊妹刀具的主動調(diào)換功效。為了主動處理刀具磨損或斷裂需要用同尺寸的銑刀進行調(diào)換的情況，而且假如CNC支撐該功效的話，把持職員可加載多個雷同銑刀的換刀裝置，將這些雷同的銑刀標識為姊妹刀具用于NC程序的調(diào)用。CNC將主動用這些特定的姊妹刀具調(diào)換磨損或斷裂的銑刀，持續(xù)完成NC程序。
Heidenhain iTNC 530的“預(yù)讀”功效為256行。所謂“預(yù)讀”功效預(yù)先盤算每一個程序段所應(yīng)采用的準確速度和加速度，并天生速度和加速度配置計劃以便滿足編程的刀具路徑請求。預(yù)先盤算的信息被讀進到CNC系統(tǒng)內(nèi)的緩存中，并按加工中的程序請求從緩存中調(diào)用。一旦緩存中沒有數(shù)據(jù)，由于CNC系統(tǒng)的盤算速度無法跟上進刀速度，機床將結(jié)束運動直到達到下一個預(yù)先盤算行動止。這種標題被稱為數(shù)據(jù)饑餓?，F(xiàn)代CNC系統(tǒng)的程序段處理時間越來越短，為避免產(chǎn)生數(shù)據(jù)饑餓需要數(shù)控系統(tǒng)預(yù)讀的行數(shù)也越來越少。
在強盛硬件的支撐下，iTNC 530采用了全數(shù)字化驅(qū)動技巧。其地位把持器、速度把持器和電流把持器全部實現(xiàn)數(shù)字把持。數(shù)字電機把持技巧能獲得非常高的進給速率。iTNC 530在同時插補多達5軸時，還能使轉(zhuǎn)速高達40000r/min的數(shù)控主軸達到請求的切削速度。
該系統(tǒng)通用性好并合適五坐標把持，在需要優(yōu)化刀具軌跡把持的情況下，其強盛的把持才能可盤算實際坐標系，因而簡化了加工循環(huán)的編程。在脫線編制3D外形程序時，該系統(tǒng)可盤算單臺機床的幾何結(jié)構(gòu)，所以同一程序可用于不同的機床。
4 結(jié)語
模具高速加工技巧目前已在發(fā)達國家的模具制作業(yè)中廣泛利用，而在我國的利用范疇及利用程度仍有待提高，隨著我國模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，采用高速切削生產(chǎn)模具已經(jīng)成為模具制作的大趨勢，高速切削逐漸代替電火花精加工模具在國外的模具制作企業(yè)已經(jīng)廣泛采用，高速切削生產(chǎn)模具已經(jīng)成為逐漸模具制作的大趨勢，大大提高了模具生產(chǎn)效率和質(zhì)量。在德國用HSC技巧生產(chǎn)模具以來，實現(xiàn)了生產(chǎn)本錢和加工時間的大幅降落，相對以前用的電火花方法，生產(chǎn)鍛模的本錢降落了50到60％，而加工時間降落了約70％，已經(jīng)顯示了其為模具制作企業(yè)帶來的宏大利益。
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