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（1）减轻刀具质量，减少刀具构件数，简化刀具结构
由试验求得的相同直径的不同刀具的破裂极限与刀体质量、刀具构件数和构件接触面数之间的关系，经比较发现，刀具质量越轻，构件数量和构件接触面越少，刀具破裂的极限转速越高。研究发现，用钛合金作为刀体材料减轻了构件的质量，可提高刀具的破裂极限和极限转速。但由于钛合金对切口的敏感性，不适宜制造刀体，因此有的高速铣刀已采用高强度铝合金来制造刀体。
在刀体结构上，应注意避免和减小应力集中，刀体上的槽（包括刀座槽、容屑槽、键槽）会引起应力集中，降低刀体的强度，因此应尽量避免通槽和槽底带尖角。同时，刀体的结构应对称于回转轴，使重心通过铣刀的轴线。
刀片和刀座的夹紧、调整结构应尽可能消除游隙，并且要求重复定位性好。目前，高速铣刀已广泛采用HSK刀柄与机床主轴连接，较大程度地提高了刀具系统的刚度和重复定位精度，有利于刀具破裂极限转速的提高。此外，机夹式高速铣刀的直径显露出直径变小、刀齿数减少的发展趋势，也有利于刀具强度和刚度的提高。
（2）改进刀具的夹紧方式
模拟计算和破裂试验研究表明，高速铣刀刀片的夹紧方法不允许采用通常的摩擦力夹紧，要用带中心孔的刀片、螺钉夹紧方式，或用特殊设计的刀具结构以防止刀片甩飞。刀座、刀片的夹紧力方向最好与离心力方向一致，同时要控制好螺钉的预紧力，防止螺钉因过载而提前受损。对于小直径的带柄铣刀，可采用液压夹头或热胀冷缩夹头实现夹紧的高精度和高刚度。
（3）提高刀具的动平衡性
提高刀具的动平衡性对提高高速铣刀的安全性有很大的帮助。因为刀具的不平衡量会对主轴系统产生一个附加的径向载荷，其大小与转速的平方成正比。
设旋转体质量为m，质心与旋转体中心的偏心量为e，则由不平衡量引起的惯性离心力F为：
F=emω2=U（n/9549）2
式中：U为刀具系统不平衡量（g·mm），e为刀具系统质心偏心量（mm），m为刀具系统质量（kg），n为刀具系统转速（r/min），ω为刀具系统角速度（rad/s）。
由上式可见，提高刀具的动平衡性可显著减小离心力，提高高速刀具的安全性。因此，按照标准草案要求，用于高速切削的铣刀必须经过动平衡测试，并应达到ISO1940－1规定的G4.0平衡质量等级以上要求。
随着高速切削技术的发展，高速铣削工艺的应用日益广泛，越来越受到制造业的企业和科研工作者的关注。信息产业部某研究所自1999年7月从瑞士 MIKRON公司购进第一台HSM-700型高速立式铣削中心后，2001年10月又购进三台HSM-700型高速铣床用于生产。笔者通过对这批先进高速 铣床的加工效率进行深入、细致的调查研究，对比了不同铣床的加工效率，推导了高速铣削加工效率的计算公式。
按照传统切削理论，切削加工效率ZW(cm3/min)可通过下列公式计算： ZW=v·f·ap (1)
式中v---切削速度；f---进给量；ap---切削深度
根据分析与研究，我们认为式(1)不适用于高速铣削加工效率的计算，原因主要有两点：
1）高速铣床的主轴转速相当高(如HSM-700型高速铣床最高转速达42000r/min,，加工平面时转速也在35000r/min,以上)，如此高的转速使刀具并非每一转都在切削金属；
2）在实际加工中，设定的转速和进给量只是最大转速和最大进给量，实际的刀具转速和进给量时刻都在变化(HSM-700机床的自测功能可以显示整个切削过 程中的变化情况)，切削过程中的实际转速和进给量总是从较低值迅速达到较高值又很快降到较低值，如此反复变化，这是铣削过程的客观反映，而不像车削过程中 可以保持转速和进给量恒定不变。
因此，我们提出用单位时间内的金属去除量Z(cm3/min)表示加工效率，即
(2)
式中W---切削过程总的金属去除量(cm3)
t---切削时间(<0,)
式(2)更符合高速铣削的实际情况，用式(2)很容易实现对高速铣削加工效率的计算，同时也便于不同铣床加工效率的比较。
例如，原来在普通铣床上加工图1所示零件，为了缩短生产周期，一部分零件现采用高速铣床加工。这样，可通过该零件的加工来比较两种加工设备的加工效率。由 于该零件的表面质量要求不高，高速铣削和普通铣削均能达到要求。事实上，高速铣削加工出的零件表面粗糙度要比普通铣削加工低1~2个等级。
图1 零件示意图
用单位时间内的金属去除量Z=W/t(cm3/min) 表示加工效率。试验中取铣削加工过程中的几个时间段，记录加工时间，测量在各个时间段零件加工前 后的体积差，通过式(2)计算得到Z值。通过多次测量计算取Z的平均值，该平均值即可视为较准确的Z值。对于图1所示零件的高速铣削过程，由式(2)算得 的Z值为
按照传统切削理论即按式(1)计算得
比较Z高速和ZW，显然ZW与该零件实际的高速铣削加工效率相差很大。
某研究所目前用于生产的铣 床除HSM-700型高速铣床外，还有国产的立式铣床和进口的铣削中心。国产铣床是二十世纪九十年代初购进的北京第一机床厂生 产的XK5040-1型立式升降台铣床(以下简称国产普通铣床)，目前主要用于零件粗加工及少量铸铁件和钢件的加工；进口铣削中心是美国产VF- 0 HAAS型铣削中心(以下简称进口普通铣床)，可用于粗加工和精加工。
对于图1所示零件，在国产普通铣床上加工的切削效率为 在进口普通铣床上加工的切削效率为
将Z高速分别与Z国普和Z进普进行比较，有
由上述计算和比较可以看出，在高速铣床上加工该零件的金属去除率相当高，与国产普通铣床相比其优势更为明显(据操作工人反映，甚至出现过高速铣床加工效率 比国产普通铣床快10倍以上的情况)。当然，对于不同材质、不同形状和不同加工要求的零件，不同铣床的加工效率并不相同。对于加工面积较大的大型零件或形 状特别复杂的零件，高速铣床具有更为显著的加工效率优势。高速铣床的效率优势主要体现为高的刀具转速n和高的进给速度Vf。在实际加工中，进给速度 Vf 对加工效率的影响往往更大。
比较加工效率必须带有一定的约束条件，应结合企业的实际情况，考虑加工效率与生产成本的关系。用式(2)求得的加工效率Z除以加工成本C来表示考虑了成本因素的加工效率E(cm3/min·万元)，即 式(3)中，为计算简便，设加工成本C 主要为制造费用(包括设备成本、设备维护费用、刀具损耗费用等)，并假设高速铣床、国产普通铣床、进口普通铣床的 日常维护费用相等。为了能客观地反映实际加工效率，对2001年1月到2002年5月这一较长时间段内的机床使用情况进行比较：
瑞士MICRON HSM-700型高速铣床每台价值人民币C0高速=200万元；由于机床零部件价格昂贵，用于机床非日常维护的费用(包括故障检修、更 换零部件等)为C2高速=9.5万元；在高速铣床上使用的刀具均为进口铣刀，价格较为昂贵，再加上缺少针对不同刀具和零件材料的切削用量规范，使得高速铣 刀的使用成本较高，因此，从去年初至今，高速铣刀损耗费用为C3高速=14,548.13元。
美国产VF-0 HAAS型铣削中心是1998年进口的普通铣削中心，当时价值人民币C0进普=80万元 ；机床使用性能较好，除日常维护外，至今没有出 现需要维修的故障，C2进普=0.45万元；与高速铣床一样，所使用的刀具均为进口铣刀，除正常的刀具磨损外，很少出现刀具非正常损耗，铣刀损耗费用为 C3进普=2,195.26元。
1992年从北京第一机床厂购进的XK5040-1型立式升降台铣床，当时价值人民币C0国普=60万元 ；目前主要用于零件粗加工，虽然精度不高，但性 能还比较稳定，除日常维护外，未出现大故障。2000年对其操作系统进行了改造(换装了西门子操作系统)，改造和检修的费用为C2国普=6.45万元； 在 此机床上既使用进口刀具也使用国产刀具，铣刀损耗费用为C3国普=1,377.62元。
设机床的使用年限为20年，按照直线折旧法，机床每年折旧5%，则到2002年，三种铣床的当前成本分别为：
由式(3)可求得考虑成本时三种不同铣床 的加工效率分别为 E高速= Z高速 =0.1291cm3/min·万元
由计算结果可以看出，考虑成本 因素后，高速铣削不再具有显著的效率优势(与进口普通铣削中心的加工效率接近)。这一比较结果说明，目前高速铣削的使用成本还比较高(其设备成本、维护费用和刀具损耗费用都比普通机床高出很多)。
尽管目前采用高速铣削还达不到经济的切削效率，但并不说明高速铣削不具优势。首先，上文对铣削效率经济性的分析仅考虑了生产成本，并没有考虑时间效益。在 技术飞速发展的今天，时间往往是更重要的经济因素。高速铣削加工在缩短加工工时方面的优势是很明显的。其次，上文所作加工效率比较是在高速铣床和普通铣床 均能加工同一种零件的前提下进行的，事实上许多不适合(或不能)在普通铣床上加工的零件(如薄壁零件或对加工表面质量要求较高的零件)只能用高速铣床加 工。第三，高速铣削技术作为一种新的加工技术在我国正经历不断发展的过程，为了获得高速铣削的经济加工效率，必须深入研究高速铣削机理，加快进行高速铣削 工艺的科研开发，同时加强生产管理，提高操作者素质。相信随着对高速铣削技术研究的不断深入，加工的经济性等问题将得到很好解决。
1) 生产实践表明，高速铣床加工零件覆盖面广，特别适用于加工面积较大、形状复杂的精密零部件。零件加工精度高，废品率低。
2) 传统的切削加工效率公 式不适用于高速铣削，用单位时间内的金属去除量来表述高速铣削的加工效率更为准确。
3) 单从机床的切削效率来看，高速铣床 要高出普通铣床好几倍，但目前高速铣床的使用成本较高。在选择工艺方案时，可以考虑用普通铣床进行粗加工，用高速铣床进行半精加工和精加工。
4) 只有深入开展高 速铣削技术的科研开发，才能充分发挥高速铣床的加工效率优势。2100433B
普通铣削加工采用低的进给速度和大的切削参数，而高速铣削加工则采用高的进给速度和小的切削参数，高速铣削加工相对于普通铣削加工具有如下特点：
（1）高效 高速铣削的主轴转速一般为15000r/min～40000r/min，最高可达100000r/min。在切削钢时，其切度削速约为400m/min，比传统的铣削加工高5～10倍；在加工模具型腔时与传统的加工方法(传统铣削、电火花成形加工等)相比其效率提高4～5倍。
（2）高精度 高速铣削加工精度一般为10μm，有的精度还要高。
（3）高的表面质量 由于高速铣削时工件温升小（约为3°C），故表面没有变质层及微裂纹，热变形也小。最好的表面粗糙度Ra小于1μm，减少了后续磨削及抛光工作量。
（4）可加工高硬材料 可铣削50～54HRC的钢材，铣削的最高硬度可达60HRC。
鉴于高速加工具备上述优点，所以高速加工在模具制造中正得到广泛应用，并逐步替代部分磨削加工和电加工。 但是，高速铣削在加工过程中应满足无干涉、无碰撞、光滑、切削负荷平滑等条件。而这些条件造成高速切削在对刀具材料、刀具结构、刀具装夹以及机床的主轴、机床结构、进给驱动和CNC系统上提出了特殊的要求；并且主轴在加工过程中易磨损且成本高（目前）。
以高温合金GH4169为实验材料，其具有强度高、耐腐蚀性好、热稳定性强等优点，是一种在航空、航天领域中应用较广泛的零部件材料，试件尺寸为Φ4．96×30mm。（1）机床及测量设备：机床（DMG ULT...
车削加工和铣削加工的区别：两者都是常见的金属冷加工方式。车削与铣削的不同之处是铣削加工，在主轴驱动下高速旋转，而被加工工件处于相对静止。"车削加工"就是在车床上，利用工件的旋转运动...
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淬硬不锈工具钢高速铣削工艺
淬硬不锈工具钢高速铣削工艺
结合某种S-136淬硬模具的生产,对S-136淬硬钢高速铣削工艺的刀具选择、冷却方式、进给路线进行了分析。结果表明,对具有大而平底面的模具型腔进行高速铣削时宜采用TiAlN涂层的圆角平头铣刀,使用油雾冷却,进给路线宜采用斜坡切入的圆弧进给方式。
淬硬不锈工具钢高速铣削工艺
淬硬不锈工具钢高速铣削工艺
结合生产,对S-136淬硬钢高速铣削工艺的刀具选择、冷却方式、进给路线进行了分析。结果表明,对具有大而平底面的模具型腔进行高速铣削时宜采用TiAlN涂层的圆角平头铣刀,使用油雾冷却,进给路线宜采用斜坡切入的圆弧进给方式。
一、前言
数控高速切削制造技术促进了机械冷 加工制造业的飞速发展，革新了产品设计概念，如通过采用整体件加工取代零部件的分项制造装配，提高了加工效率和产品质量，缩短了产品制造周期。高速切削加速了汽车、模具、航空、航天、光学、精密机械等产品的更新换代，加速了制造技术与装备的升级，推动了企业技术进步。但目前国内存在相当一部分高速机床因各 方面的原因并没有达到理想的效果，如刀具配置跟不上而低速使用，高速电主轴因长期受重载荷或使用不当造成寿命低下，企业高速切削工艺参数库及CADCAM高速编程软件包造成高速切削应用不是很好，高速切削工艺流程与传统的工艺流程没有有机结合，没有充分发挥高速切削加工变形小、加工效率高、定位装夹少的优势。
高速铣削机床的特点，采用主轴运动结构实现载荷的平稳，减小工作台由于运动的惯性，尤其是当工作台承载较大时，工作台本身和工件的运动载荷对高速切削极容易引起冲击，机床结构的新颖性对高速切削有着重要的影响，传统机床依靠工作台移动实现机床的XY方向的移动不是很适合高速切削。高速机床有瑞士Mikron公司VCP710、美国Cincinnati公司HyperMach五轴加工中心、日本Mazak公司SMM－2500UHS、德国Roders公司RFM1000、意大利FIDIA公司KR214六坐标加工中心、FIDIA公司D218五坐标加工中心等，其主轴转速及工作进给如表1所示。
一般情况下，高速切削其切削速度比常规速度高出5～10倍，其材料的去除率是常规切削的3～5倍以上。对于铝合金铣削可达到1100m/min以上，铸铁可到700m/min，钢材可到380m/min以上，钻削200～1200m/min，磨削150～360m/min。如图1所示的是采用FIDIA KR214五坐标高速铣削加工中心机床及机床验收标准试切产品示意图。
二、高速铣削刀具刀柄
1.高速铣削刀柄
由于高速切削时，主轴、刀柄及刀具在高速旋转情况下，较小的偏心就会产生较大的离心力，由振动引起产品的质量、降低主轴和刀具的使用寿命。常规的刀具刀柄系统难以满足高速切削时的切削刚度和精度要求。现阶段比较流行常用的高速刀柄系统主要有德国的HSK刀柄、美国KM刀柄、日本NC5刀柄。 HSK刀柄及KM刀柄均为1:10的锥度，采用主轴锥孔和刀柄端面过定位的方式，实现刀具的定位夹紧，其重复定位精度在传统7:24的锥度刀柄±2.5μm提高到±1μm，采用这种刀柄系统可以提高主轴刚度、由于其契形效果好，能提高刀具的抗扭能力，且转速越高其锁紧力越大。但这种刀柄价格较贵，一般为常规刀柄的1.5～2倍，其最低转速小于KM刀柄。一般情况下，高速铣削时，刀具刀柄的不平衡力小于切削力时，不影响刀具的使用寿命和切削效率。
根据高速切削的动平衡规定，主轴转速至少要达到8000 r/min以上。其进给速度至少大于20m/min。50柄转速达到10000～20000r/min，40柄以及HSK刀柄20000～40000 r/min，KM刀柄达到35000 r/min以上。由于高速铣削动平衡的要求，在配置高速铣削刀柄刀具时优先配置经过动平衡测试的刀具系统，其次用户可以自行采用动平衡机及调整系统进行动平衡调节，但其使用非常麻烦。美国Kennametal公司推出了一种通过调节主轴系统的自动平衡刀柄系统TABS刀柄，但目前应用还不广泛。为有效发挥高速切削的加工效率，在配置高速刀具夹持刀柄系统时显得非常重要，传统的弹簧夹头、螺钉连接刀柄已不能满足高速铣削夹持精度高、结构对称性好、传递扭矩大等要求，以下为作者总结的高速刀具及刀柄配置经验，其刀柄结构如图2所示。
第一、优先配置热胀式刀柄通过热胀式加热仪装置进行加热，通过热胀冷缩的原理对刀具进行夹紧，其回转精度、结构对称性、动平衡性能均较液压式刀柄好，在欧洲应用非常广泛，尤其适合模具等行业产品的高速切削加工，该刀柄可达到40000r/min。其中热胀式装刀装置以德国Thermal Grip为典型代表。
其次、液压式刀柄是高精度、高性能的刀柄夹持柄，其回转精度、结构对称性和动平衡性能均较好，减振性好，可有效提高切削效率和刀具的使用寿命，液压式刀柄以德国雄克公司的为典型代表，经过动平衡后转速可达到25000r/min。
第三、整体式刀柄，如日本Nikken公司刀柄、奥地利盘石的整体铝合金铣削刀柄，其结构主要是刀体和刀柄为一体，在经过动平衡测试调整后，再安装铣削刀片进行动平衡调节来满足高速铣削加工的需要，整体式刀柄尤其适合模具的高速粗加工和铝合金高速铣削。其转速一般可以达到10000～30000r/min之间。
最后、高速铣削应用精密弹簧夹头刀柄和侧固式刀柄时，其转速由于本身结构的限制，一般难以达到20000 r/min，精密弹簧夹头刀柄一般可达到12000～15000 r/min，而侧固式刀柄则难以达到10000 r/min，在高速机床上尽量少用。
2.高速铣削刀具
由于高速铣削对刀具刀柄要求较高，在购置高速刀具时尽量购置经过动平衡测试的刀具，常用的硬质合金、涂层硬质合金、金属陶瓷、立方氮化硼（PCBN），聚晶金刚石（PCD）在经过长时间磨损后，可应用于普通数控机床进行加工。另外一个方面由于高速切削的安全性，在进行工件加工时一定要注意加工防护，如40mm直径刀具，主轴转速达到30000r/min,其射出的速度可达到63m/s的速度，接近于230km/h的 汽车速度，切削过程中如出现断刀摔出，势必有较大的冲击动量。同时对没有把握的刀具刀柄一定要经过高速动平衡仪测试出真实数据，方可进行产品加工。此外由于高速运转时，刀具的长度在高速环境下其刀具直径和长度与静态条件下有所差别，采用激光机内对刀仪可有效解决数控编程的刀具工艺参数的确定，因此在购置高 速铣削机床时，配置激光机内对刀仪是不应少的选项，尤其在进行高精度产品的铣削加工时更能体现其优势。
高速切削钢材时，刀具材料应选用热硬性和疲劳强度高的P类硬质合金、涂层硬质合金、立方氮化硼(CBN)与CBN复合刀具材料(WBN)等。切削铸铁，应选用细晶粒的K类硬质合金进行粗加工，选用复合氮化硅陶瓷或聚晶立方氮化硼(PCNB)复合刀具进行精加工。精密加工有色金属或非金属材料时，应选用聚晶金刚石PCD或CVD金刚石涂层刀具。高速铣削时应针对相应的材料选择合适的刀柄和刀具材料，铝合金高速铣削时可优先选用采用镶刀片的整体刀柄。
三、五坐标高速铣削刀具轨迹设计
高速切削有着比传统切削特殊的工艺要求，除了高速切削机床和高速切削刀具，具有合适的CAM编程软件也是至关重要的。一个优秀的高速加工CAM编 程系统应具有很高的计算速度、较强的插补功能、全程自动过切检查及处理能力、自动刀柄与夹具干涉检查、进给率优化处理功能、刀具轨迹编辑优化功能、加工残余分析功能等。数控编程时应首先要注意加工方法的安全性和有效性；其次要尽一切可能保证刀具轨迹光滑平稳，这会直接影响加工质量和机床主轴等零件的寿命； 最后要尽量使刀具载荷均匀，这会直接影响刀具的寿命。国内外比较成熟适用于高速加工编程的有美国EDS公司UnigraphicsNX、英国DelCAM公司的PowerMill、以色列的Cimatron软件。
1.五轴刀具轨迹设计的关键点
在进行刀具轨迹设计之前，CAD三维模型的系统精度尽可能设置高一些，尤其是在不同的CAD系统之间进行模型转换时，优先采用CATIA(*.model)格式、Parasolid（*.x_t）格式进行数据转换，其次采用IGES格式进行数据转换，当使用IGES格式时，系统精度一般不应低于0.01mm，尤其在进行五轴高速切削精密零件时模型的精度、刀具插补精度对刀具轨迹的输出有着重要影响。
空 间曲面轴加工涉及的内容比较多，尤其是五轴加工时更明显。进行五轴加工时涉及加工导动曲面、干涉面、轨迹限制区域、进退刀及刀轴矢量控制等关键技术。四轴五轴加工的基础是理解刀具轴的矢量变化。四轴五轴加工的关键技术之一是刀具轴的矢量（刀具轴的轴线矢量）在空间是如何发生变化的，而刀具轴的矢量变化是通 过摆动工作台或主轴的摆动来实现的。对于矢量不发生变化的固定轴铣削场合，一般用三轴铣削即可加工出产品，五轴加工关键就是通过控制刀具轴矢量在空间位置的不断变化或使刀具轴的矢量与机床原始坐标系构成空间某个角度，利用铣刀的侧刃或底刃切削加工来完成。刀具轴的矢量变化控制一般有如图3所示的几种方式：
①Line :刀具轴的矢量方向平行于空间的某条直线形成的固定角度方式；
②Pattern Surface:曲面法向式为刀具轴的矢量时刻指向曲面的法线方向；
③from point：点位控制刀具轴的矢量远离空间某点；To point：刀具轴的矢量指向空间某点；
④Swarf Driver：刀具轴的矢量沿着空间曲面（曲面具有直纹性）的直纹方向发生变化；
⑤刀具轴矢量连续插补控制。从上述刀具轴的矢量控制方式来看，五轴数控铣削加工的切削方式可以根据实际产品的加工来进行合理的刀具轨迹设计规划。
UGII/Contour Milling三轴高速等高分层粗铣削时，刀具轨迹之间的圆弧过渡。高速铣削加工的支持：系统提供的等高分层加工应用于高速铣削场合，在转角处以圆角的形式过渡，避免90度急转（高速场合对导轨和电机容易损坏），同时采用螺旋进退刀，系统还提供环绕等多种方式支持高速加工刀具轨迹的生成策略。UGII/Variable Axis Milling可变轴铣削模块支持定轴和多轴铣削功能，可加工UGII造型模块中生成的任何几何体，并保持主模型相关性。该模块提供多年工程使用验证的3~5轴铣削功能，提供刀轴控制、走刀方式选择和刀具路径生成功能。刀具轴矢量控制方式、加工策略。UGII/Sequential Milling顺序铣模块可实现控制刀具路径生成过程中的每一步骤的情况、支持2~5轴的铣削编程、和UGII主模型完全相关，以自动化的方式，获得类似APT直接编程一样的绝对控制、允许用户交互式地一段一段地生成刀具路径，并保持对过程中每一步的控制、提供的循环功能使用户可以仅定义某个曲面上最内和最外的刀具路径，由该模块自动生成中间的步骤、该模块是UGII数控加工模块中如自动清根等功能一样的UGII特有模块，适合于高难度的数控程序编制。如图4所示分别为三轴联动与五轴联动加工刀具轨迹示意图及产品加工实物。
2.整体叶轮加工数控编程
在 进行五坐标加工编程时，加工策略划分对于产品质量是很重要的，尤其是复杂产品的数控编程时，要求更高。如下图对某整体叶轮进行五坐标高速铣削加工，其粗精加工铣削方式和刀具轨迹策略、粗精加工工序余量的合理安排、切削工艺参数加工步距、加工深度、主轴转速、机床进给等的选择对于提高产品的加工效率和质量是 至关重要的。五坐标切削工艺参数的在经验基础上，针对不同的加工产品对象，对不同材料、刀柄刀具、切削方式可通过正交试验等方法进行科学试验、归纳总结选用。表2为某铝合金高速切削工艺参数及其加工情况对比。
如图5为某整体叶轮在FIDIA KR215五坐标高速铣削中心上，分别按照三轴铣削粗加工排量、五轴流道排量、五轴叶片精铣削、五轴流道精加工铣削的加工顺序对该产品进行切削及其产品加工实例。表2为不同切削工艺参数在高速切削铝合金时的对比情况。
四、五坐标高速铣削后处理程序开发
1.五轴机床旋转刀具中心编程RTCP(Rotation Tool Centre Point)
五坐标机床及其加工编程，常用RTCP功能对机床的运动精度和数控编程进行简化，下面对RTCP（ Rotation Tool Centre Point 旋转刀具中心）编程进行简要说明。
非RTCP模式编程：为了编程五坐标的曲面加工，必须知道刀具中心与旋转主轴头中心的距离：这个距离我们称为转轴中心(pivot)。根据转轴中心和坐标转动值计算出X、Y、Z 的直线补偿，以保证刀具中心处于所期望的位置。运行一个这样得出的程序必须要求机床的转轴中心长度正好等于在书写程序时所考虑的数值。任何修改都要求重新书写程序。对于FIDIA C20数控系统G96 激活RTCP，G97 禁止RTCP
RTCP模式编程：选件RTCP 的运行原理是当存在此选项时，控制系统会保持刀具中心始终在被编程的XYZ位置上。为了保持住这个位置，转动坐标的每一个运动都会被XYZ 坐标的一个直线位移所补偿。因此，对于其它传统的数控系统而言，一个或多个转动坐标的运动会引起刀具中心的位移；而对于FIDIA 数控系统（当RTCP 选件起作用时），是坐标旋转中心的位移，保持刀具中心始终处于同一个位置上。在这种情况下，可以直接编程刀具中心的轨迹，而不需考虑转轴中心，这个转轴中心是独立于编程的，是在执行程序前由显示终端输入的，与程序无关。通过计算机编程或通过PLP 选件被记录的三坐标程序，可以通过RTCP 逻辑，以五坐标方式被执行。对于这种特殊的应用方法，必须要求使用球形刀具。这些转动坐标的运动，可以通过JOG 方式或通过手轮来完成，所以在某些加工条件下，允许所使用的刀具，其长度值小于用于三坐标加工的刀具。
2.基于UGNX平台后处理程序的开发
后置处理最重要的是将CAM软件生成的刀位轨迹转化为适合数控系统加工的NC程序，通过读取刀位文件，根据机床运动结构及控制指令格式，进行坐标运动变换和指令格式转换。通用后置处理程序是在标准的刀位轨迹以及通用的CNC系 统的运动配置及控制指令的基础上进行处理。它包含机床坐标运动变换、非线性运动误差校验、进给速度校验、数控程序格式变换及数控程序输出等方面的内容。只有采用正确的后置处理系统才能将刀位轨迹输出为相应数控系统机床能正确进行加工的数控程序，因此编制正确的后置处理系统模板是数控编程与加工的前提条件之 一。后处理的主要内容包括三个方面的内容：
①数控系统控制指令的输出：主要包括机床种类及机床配置、机床的定位、插补、主轴、进给、暂停、冷却、刀具补偿、固定循环、程序头尾输出等方面的控制。
②格式转换：数据类型转换与圆整、字符串处理等：主要针对数控系统的输出格式如单位、输出地址字符等方面的控制。
③算法处理：主要针对多坐标加工时的坐标变换、跨象限处理、进给速度控制。
五轴数控机床的配置形式多样，典型配置有绕X轴和Y轴旋转的两个摆动工作台，其二为主轴绕X轴或Y轴摆动，另外的工作台则相应绕Y轴或X轴摆动来构造空间的五轴联动加工。对于主轴不摆动的五轴数控机床，其摆动轴存在主次依赖关系，即主摆动轴（Primary Table）的运动影响次摆动轴（Secondary Table）的空间位置，而次摆动轴的运动则不影响主摆动轴的空间位置状态。如图7所示为常见五坐标机床运动配置形式。
FIDIA KR214为带旋转工作台的六轴五联动高速铣削加工中心，其机床运动类型如图8所示，其中C轴为主动轴、A轴为从动依附轴、旋转工作台为W轴；由于现有的CAM软件大多不支持六轴联动的数控程序后处理，且实际加工中，一般的五轴联动足够满足生成的需要。针对该机床加工的特性，根据需要可编制三个线性轴X、Y、Z、A、C五个轴联动后处理程序以及包括三个线性轴及A/W的五轴后处理程序。这两种后处理程序方案即可满足工程需求，修改适合KR214(或K211)数控机床的后处理程序。
五、基于Vericut五坐标高速铣削机床运动模拟
由于五坐标高速铣削加工时，刀具轨迹比较复杂，且加工过程中刀具轴矢量变化控制频繁，尤其是在进行高速切削时，刀具运动速度非常快，因此在进行实际产品加工前，进行数控程序的校对审核是非常必要的。由于五坐标联动高速切削其程序量大，许多程序采用手工的方法或者在CAM软件里进行模拟是难以有效的检查数控程序和机床的实际输出是否存在问题。采用Vericut软可以很好的节省校对时间，进行真实的模拟加工，Vericut软件非常真实的模拟机床加工过程中的干涉、过切、进退刀等状况，尤其能很好的模拟五轴加工及其RTCP功能。Vericut提供了许多功能，其中有对毛坯尺寸、位置和方位的完全图形显示，可模拟2～5轴联动的铣削和钻削加工.
UGII/Vericut 切削仿真模块是集成在UGII软件中的第三方模块，它采用人机交互方式模拟、检验和显示NC加工程序，是一种方便的验证数控程序的方法。由于省去了试切样件，可节省机床调试时间，减少刀具磨损和机床清理工作。通过定义被切零件的毛坯形状，调用NC刀位文件数据，就可检验由NC生成的刀具路径的正确性。UGII/Vericut可以显示出加工后并着色的零件模型，用户可以容易的检查出不正确的加工情况。作为检验的另一部分，该模块还能计算出加工后零件的体积和毛坯的切除量。UGII中的数字模型可直接传输到Vericut软件中，进行模拟，包括毛坯、产品、数控刀具轨迹与刀具等数字信息。图9为UGNX环境下提供的Vericut接口界面，图10所示为进行某整体叶轮机床加工时在Vericut软件中的模拟情况，为保证该产品的质量提供了较好的检测过程。
六、小结
本文从高速铣削加工中心的刀柄系统、五坐标高速铣削的刀具轨迹设计、数控编程后处理程序开发、高速铣削切削工艺参数的合理选择、五坐标高速铣削机床加工运动模拟等方面的关键技术及其应用进行了简单介绍，希望对读者有所借鉴作用。
你
铣削是指使用旋转的多刃刀具切削工件，是高效率的加工方法。工作时刀具旋转(作主运动)，工件移动(作进给运动)，工件也可以固定，但此时旋转的刀具还必须移动(同时完成主运动和进给运动)。铣削用的机床有卧式铣床或立式铣床，也有大型的龙门铣床。这些机床可以是普通机床，也可以是数控机床。 用旋转的铣刀作为刀具的切削加工。铣削一般在铣床或镗床上进行,适于加工平面、沟槽、各种成形面(如花 键、齿轮和螺纹)和模具的特殊形面等。
铣削的特征是:
①铣刀各刀齿周期性地参与间断切削。
②每个刀齿在切削过程中的切削厚度是变化的。
③每齿进给量αf(毫米/齿),表示铣刀每转过一个刀齿的时间内工件的相对位移量。
1、TX系列铣削头 TX系列铣削头是通用动力部件，它与铣削工作台或动力滑台配套辅以各种支撑部件可组成各种形式的组合铣床。铣削头以采用疏齿端面铣刀为基础，也可使用较小直径的密齿端面铣刀用来对钢、铸铁、有色金属等材质的零件进行平面铣削；安装辅助工具台后，也可完成铣槽、铣肩等工艺。
本系列铣削头用于钢、铸铁及有色金属零件的平面铣削、铣槽等工艺。普通级精度的铣削头用于粗铣，采用密齿端铣刀可以进行大走刀强力铣削。高精度级（G）铣削头用于高精度铣削，最大进给速度可达2500mm/min。最高加工精度：平面度0.01～0.03/1000，表面粗糙度为≤0.4。 本铣头分为：I型（手动移动和加紧滑套）；II型（带液压自动让刀机构）。
铣削头配有四种传动装置：皮带传动装置，主轴转速较高，用于有色金属的加工；尾置式传动装置，主要用于立式配置型式；手柄变速传动装置，适于经常改变切削速度的要求；顶置式传动装置。应用范围广。
2、TA系列镗削头
TA系列镗削头符合JB1531-75组合机床通用部件-镗削头标准的规定，广泛用于组合机床及组合机床自动线中。本系列镗削头与相同规格的液压滑台或机械滑台相配套组成镗削组合机床，用以完成对铸铁、钢及有色金属工件的单轴刚性粗、精镗孔工序。
本系列镗削头与相同规格的液压滑台或机械滑台相配套组成镗削组合机床，用以完成对铸铁、钢及有色金属工件的单轴刚性粗、精镗孔工序。最高镗孔精度IT7.被加工表面的最佳粗糙度可达1.6.特殊订货可实现手动变速。
3、TD系列动力箱
TD系列动力箱本系列动力箱为齿轮传动的动力源部件，它与主轴箱相配实现机床的主运动，主要适用于具有多轴箱的组合机床及其自动线。
本系列动力箱为齿轮传动的动力源部件，它与主轴箱相配实现机床的主运动，主要适用于具有多轴箱的组合机床及其自动线。
4、HJ系列机械滑台
HJ系列机械滑台用以实现进给运动，可卧式也可立式使用，在机械滑台上安装动力箱(装上多轴箱)．钻削头、镗削头、铣削头、镗孔车端面头等各种部件，用以完成钻、扩、铰、镗、锪窝．刮端面、倒角、车端面、铣削及攻丝等工序。
机械滑台用以实现进给运动，可卧式也可立式使用，在机械滑台上安装动力箱(装上多轴箱)．钻削头、镗削头、铣削头、镗孔车端面头等各种部件，用以完成钻、扩、铰、镗、锪窝．刮端面、倒角、车端面、铣削及攻丝等工序。台面宽320毫米以下的机械滑台，若安装分级进给装置，还可以完成钻深孔工序。
滑台根据行程长度不同，分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型，按不同规格区分为250、400、630、l000、1600毫米。用户可按需要选用，订货时必须注明行程长度。当滑台用于深孔加工时，还应注明带分级进给装置。2100433B
五坐标高速铣削加工与编程