金属切屑原理

切削加工过程中所采用的切削速度、切削深度和进给量等工艺参数，又称切削数据。如图所示，切削速度v（米／分）表示工件被切削表面与刀刃之间的相对运动速度；切削深度ɑp （毫米）表示在垂直于切削速度与进给方向所组成的平面内测量的车刀与工件的接触量；进给量有3种表示方法：①每分钟进给量v f(毫米／分)：表示每分钟内工件与刀具之间的相对位移量,②每转或每行程进给量f（毫米／转或毫米／双行程）：表示每转或每次往复行程中工件与刀具间沿进给方向的相对位移量,③每齿进给量ɑf（毫米／齿）:表示多齿刀具相邻两齿与工件接触的时间间隔内，工件与刀具的相对位移量。3种进给量之间的关系如下式

v f=f·n=ɑf·z·n

式中n为工件或刀具的转速（转／分）或每分钟行程数（双行程／分）；z为多齿刀具的齿数。

切削用量正确选择切削用量，对于保证加工质量、提高加工效率和降低生产成本具有重要意义。选择切削用量时应考虑的主要因素有：刀具和工件的材料、工件的加工精度和表面粗糙度、刀具寿命、机床功率、机床－机床夹具－工件－刀具系统的刚度以及断屑、排屑条件等。最早研究切削用量的是美国人F.W.泰勒，他从1880年开始对单刃刀具的切削进行了 26年（5万次）科学试验，总结出切削用量与刀具寿命、机床功率和切削液等因素相互影响的规律，从而推动了当时机床和刀具技术的重大改革。此后，不少国家在试验研究和生产实践中积累的典型切削数据大多汇编成册,供操作人员查阅和参考;或把这种大量数据存储在电子计算机中成为切削数据中心（库），可为用户随时提供切削用量方面的咨询服务。

与某一工序的切削用量有密切关系的刀具寿命（见金属切削原理），一般分为该工序单件成本最低的经济寿命和最大生产率寿命两类。按前者选择的切削用量称为最低成本切削用量，这是通常使用的；按后者选择的切削用量称为最大生产率切削用量，一般在生产任务紧迫时使用。

用硬质合金车刀车削碳素钢时，刀具寿命与切削用量的关系可用如下的经验公式表示

式中t为刀具寿命（分）；c v为寿命系数，与刀具材料、刀具参数、工件材料和切削条件等因素有关;x、y、z为指数(x=2.5～5,y=1.2～1.8,z=0.6～0.8)。这说明对刀具寿命影响最大的是切削速度，其次是进给量，最小的是切削深度。从最大生产率的观点选择切削用量，应首先选用大的切削深度（或切削宽度），力求在一次或较少几次行程中把大部分余量切去；其次根据切削条件选用较大的进给量（或切削厚度）；最后根据刀具寿命和机床功率的可能选用适当的切削速度。这也是粗加工时选择切削用量的原则。精加工时一般选用较小的切削深度和进给量,然后根据刀具寿命选择较高的切削速度,力求提高加工精度和减小表面粗糙度。

高速加工中心

近十多年来，由于刀具、驱动、控制和机床等技术的不断进步，高速加工和高效加工，特别是高速硬铣已在模具制造业中得到了广泛应用和推广，传统的电火花加工在很多场合已被高速硬铣所替代。通过高速硬铣对一次装夹下的模具坯件进行综合加工，不仅大大提高了模具的加工精度和表面质量，大幅度减少了加工时间，而且简化了生产工艺流程，从而显著缩短了模具的制造周期，降低了模具生产成本。

高速加工中心不断提高的工作性能是模具制造业得以高效和高精度加工模具的重要前提。近年来，在驱动技术的推动下，涌现出结构创新、性能优良的众多不同类型的高速加工中心。90年代中后期出现的三轴高速加工中心(如瑞士Mikron公司在1996年末推出的HSM700型高速加工中心)现已发展到五轴高速加工中心。在驱动方式上，已从直线运动(X/Y/Z轴)的伺服电机和滚珠丝杠驱动发展到目前的直线电机驱动，回转运动(A和C轴)采用了直接驱动的转矩电机，有的公司并通过直线电机和转矩电机使加工中心发展成全采用直接驱动的五轴

用于模具加工的高速加工中心，一个普遍的结构特点是采用龙门式框架结构，以此增强机床刚性，且便于充分利用加工区的空间。机床床身的材料则多数采用了聚合物混凝土，由于这种材料具有较好的阻尼性能和较低的热传导率，故有利于提高模具的加工精度。

目前，根据坐标轴的配置，五轴加工中心基本上可分为两种结构型式。一种是，三个直线轴(X/Y/Z)用于刀具运动和两个附加旋转轴(A和C)用于工件的回转和摆动的结构型式。这种类型的高速加工中心,如德国R?der公司的RXP500DS/RXP800DS，德国Alzmetall公司的

GS1000/5-T，瑞士Mikro的HSM400U/HSM600U和称之为超高速加工中心的XSM400U/XSM600U，以及德国Hermle的C30U/C40U/C50U等。另一种是，五个坐标轴中的一个摆动轴(A)设置在主轴头上的结构型式，通过叉形主轴头实现主轴刀具的摆动，而摆动主轴头也可通过牢固夹紧，使其定位在摆动角度范围内的任意位置上。这种类型的机床如德国德马吉公司的

DMC75Vlinear/DMC105Vlinear，Mikro的HPM1850U和德国RolfWisser的高速铣床

GAMMA605/1200等。有个别机床有把摆动轴和回转轴均设置在主轴头上，如德国Parat公司的G996V/BSH/5A高速铣削中心和德国Edel公司的五轴或六轴龙门铣床。

五轴高速加工中心在价格上要比三轴加工中心高很多，据德马吉DMC75V系列的五轴加工中

心与三轴加工中心进行价格比较，五轴要比三轴的价格约高50%。五轴高速加工中心价格虽高，但这种高档机床特别适合用来加工几何形状复杂的模具。五轴加工中心在加工较深、较陡的型腔时，可以通过工件或主轴头的附加回转及摆动为立铣刀的加工创造最佳的工艺条件，并避免刀具及刀杆与型腔壁发生碰撞，减小刀具加工时的抖动和刀具破损的危险，从而有利于提高模具的表面质量、加工效率和刀具的耐用度。用户在采购加工中心时，是选用三轴加工中心还是五轴加工中心，应根据模具型腔几何形状的复杂程度和精度等要求来决定。

从高速加工中心不断创新的过程中可以看出，充分利用当今技术领域里的最新成就，特别是利用驱动技术和控制技术的最新成果，是不断提高加工中心高速性能、动态特性和加工精度

电主轴

高速电主轴是高速加工中心的核心部件。在模具自由曲面和复杂轮廓的加工中，常常采用2～12mm较小直径的立铣刀，而在加工铜或石墨材料的电火花加工用的电极时，要求很高的切削速度，因此，电主轴必须具有很高的转速。目前，加工中心的主轴转速大多在18000～42000r/min，瑞士Mikro的高速加工中心XSM400U/XSM600U其主轴转速已达54000r/min。

而对于模具的微细铣削(铣刀直径一般采用0.1～2mm)，则需要更高的转速。如德国Kugler 公司的五轴高精度铣床，其最高主轴转速达160000r/min(采用空气轴承)，这样的高转速，当采用0.3mm直径的铣刀加工钢模时，就可达到150m/min的切削速度。目前，德国Fraunhofer生产技术研究所正在开发转速为300000r/min的空气轴承支撑的主轴。

加工模具时，总是采用很高的转速，而高转速产生的发热，以及切削时可能产生的振动是影响模具加工精度的重要因素。为保证高速电主轴工作的稳定性，在主轴上装有用来测量温度、位移和振动的传感器，以便对电机、轴承和主轴的温升、轴向位移和振动进行监控。由此为高速加工中心的数控系统提供修正数据，以修改主轴转速和进给速度，对加工参数进行优化。

目前，模具加工用的高速加工中心或铣床上多数还是采用伺服电机和滚珠

直线电机

丝杠来驱动直线坐标轴，但部分加工中心已采用直线电机，例如德国Röders公司的

RXP500DS/RXP800DS型高速铣床和德吉马公司的DMC75Vlinear型高速加工中心(其轴加速度达2g和快速行程速度达90m/min)。由于这种直线驱动免去了将回转运动转换为直线运动的