1 引言

　　高速切削概念是德國切削物理學家薩洛蒙(Carllomon)于1931年提出的。高速切削加工技術是先進制造技術之一，具有材料切除率高、切削力小、工件熱變形小、可加工難加工材料等特點。將其應用于模具制造領域，可大大縮短模具制造周期、提高產品的競爭力。但是由于高速切削加工理論還不夠成熟，缺乏合理的加工參數選擇方案和刀具選擇方法，目前高速加工技術還沒有得到廣泛應用。在高速加工技術的應用中，機床的大小和類型、可提供的切削動力、使用的切削刀具、被切削的材料、切削速度、進給速度、切深、潤滑、冷卻方式、應用軟件及數控系統等都會直接或間接影響高速加工的速度、性能及可靠性，從而影響加工效率的提高以及工件的表面品質。

　　多年來，人們一直在探索有效、實用、可靠的高速切削技術，如C.K.Toh在2003年研究了熱作工具鋼AISI H13的高速切削策略；一些科研人員在2004年研究高速銑削薄壁件時工藝參數的優化問題。國內有多個機構對模具高速加工進行研究，某理工大學的一些科研人員對高速切削工藝數據管理系統進行研究，設計開發高速切削工藝數據庫。某大學的一些科研人員通過分析傳統模具制造系統中存在的問題，提出了基于高速切削加工技術的現代模具制造系統的體系結構，并研究了高速切削技術中的關鍵技術及應用條件。一些科研人員分別用NX與PowerMill進行了汽車覆蓋件模具數控加工工藝模板開發來實現汽車覆蓋件模具標準化快速數控編程?？蒲腥藛T研究了模具高速切削的粗加工編程的要求，并對編程時刀具、走刀方式的選擇等方面做了研究。

　　盡管許多人對高速加工技術在模具制造中的應用進行了研究，但是目前模具高速加工中仍存在的主要問題有：由于切削工藝參數選擇不當而影響零件的加工質量、加工效率和刀具磨損的情況還比較嚴重；高速切削理論還不夠成熟；模具型腔的編程需要很強的經驗性。在高速加工編程中，由于需要設置的參數眾多，特別容易遺漏。通過設置編程模板進行數控加工的程序編制，可以借鑒已有工藝設計經驗和經實踐驗證的工藝參數，在此基礎上快速地生成零件對應加工特征的合理加工參數，幫助工藝人員快速完成模具的數控編程。所以，開發基于實例推理的輔助系統用于選擇合適的高速加工工藝與編程模板，為模具制造企業提供合理實用的高速銑削工藝決策指導，不僅可以提高自動編程系統的編程效率，還可減輕數控加工工藝設計人員的勞動量，對于提高模具的生產效率和生產水平，也具備一定的理論和實際意義。所以收集、分析、處理并有效管理現有的模具高速銑削工藝信息，建立模具高速銑削工藝模板，對推廣高速切削加工技術具有非常重要的意義。

2 高速加工對刀具路徑要求

　　高速加工對數控程序提出了更高的要求：過渡平滑、負荷穩定，因而在編程時需要設置的參數進項與普通編程相比就更加細致。在模具高速加工時，如要相應地提高速度，在生成的刀具路徑中就不應該有尖銳（銳角）的地方和突然改變方向這類現象。在模具高速加工編程中，以小切深，恒定側向切削步距，高進給為準則，配合一些細節處理，包括圓弧過渡、圓弧進刀、螺旋進刀、優化進給速度、切削速度等等，使刀具路徑做到圓滑、平穩地過渡。通過上述方法，使機床不會突然降速或加速，刀具有一個恒定的負載，以達到降低導軌磨損，延長刀具和機床的使用壽命，保證工件表面加工品質的目地。

　　CimatronE7.0軟件具有世界領先的高速加工技術、靈活的加工方法及優秀的仿真模擬校驗工具，并且該軟件提供了基于知識的用戶模板設置的功能，可以將編制的加工程序的參數設置成模板供新的刀路軌跡或加工程序直接應用。利用Cimatron E7.0軟件創建的模板能夠確保生成的刀具路徑平顧、切削負荷穩定、切削效率更高，并且保證刀路有很高的安全性，以發揮數控機床的最大效能。

3 數控程序模板設計

　　以飛輪殼凹模高速加工數控程序模板設計為例，來介紹用Cimatron E7.0軟件進行程序模板設計的方法。飛輪殼凹模結構。

　　3.1 粗加工數控程序設計

　　粗加工的主要目的是實現單位時間內最大的材料去除率，并且形成接近半精加工的外形輪廓。粗加工時，加工效率是首要指標，對零件尺寸精度和表面質量的要求都不高。在粗加工時，開啟Cimatron E 7.0的層間加工功能。層間加工功能使得進行粗加工計算時，系統會在兩層之間查找過多余量并對這些部分進行自動的層間再加工，從而使高速精加工之前得到一個余量非常理想的，均勻的零件表面。這種動能可以減少粗加工及二次粗加工的時間。

　　選用φ36R8的環形刀粗銑所有區域，用體積銑中的粗加工環行銑的銑削方式。設置刀具運動參數，在“進刀與退刀”中選擇法向，并使用系統默認的進退刀輪廓值，為了避免刀具與毛坯相碰，使用絕對坐標。粗加工余量為2m，公差0.5mm。設定機床參數：當工件的質量要求能夠得到保證時，為提高生產效率，可選擇較高的進給速度，在加工中選用2500mm/min的進給速度，600r/min的轉速，每層切深為0.6mm。

　　3.2 半精加工

　　采用二次開粗加工方式對粗加工后所殘留的毛坯進行半精加工。加工的順序選擇接層加工。選擇按層加工時，刀具路徑將在同一高度內的所有內外型加工完之后，再加工下一層，為精加工保留較均勻的加工余量。選用φ24R6的環形刀進行二次開粗加工，加工余量為0.2mm，公差設為0.05mm，進給速度為1600mm/min，轉速為1000r/min，切削深度0.5mm。

　　3.3 精加工數控程序設計

　　Cimatron E7.0的精加工功能既有通常的沿表面光刀的加工方法，又有先進的區域識別能力，即對零件的形狀可以進行有效的斜率分析，這些都可提高加工的效率和加工的質量。精加工刀具軌跡優化的主要目的是提高產品的加工精度，可從加工方式、走刀方式及工藝參數的合理選擇等方面進行優化。根據模具的特點，用φ18R2的環形刀采用曲面銑中的“環切-3D”的方式進行精加工，進給速度為2600mm/min，轉速為1500r/min，切削深度0.5mm。曲面銑要開啟高速加工模式，這樣軟件會自動在加工過程中避免刀具過載，并自動采用光滑的進，退刀方式和光滑的移刀方式。

　　3.4 局部精細加工

　　Cimatron E7.0在精細加工方面功能豐富，在精細加工中應用比較廣泛的是自動清根功能。清根加工可以自動偵測大刀具銑削后的殘留余料區域，再以小刀具針對局部區域進行后續處理。建立新工序，選擇清根加工程序。因清根主要是清除模具型腔內有四角部位的余量，所以甩φ1080.5的環形刀清根銑，進給速度為1800mm/min，轉速為2000r/min。切削深度0.3mm。

　　3.5 模擬加工和檢驗分析

　　Cimatron E7.0系統提供的仿真模擬不僅可以驗證宴體切削狀態下的刀具路徑是否合理及有無過切、干涉現象，在工藝上存在缺陷時還可以進行有效的報警并提示人員修改相應的部分。在仿真結果上，還可以進行定性的測量與加工結果的校驗，可以幫助編程人員迅速根據零件的加工結果與余量狀況，作出下一步工藝編程的決定。局部精細仿真加工結果。

　　3.6 模板制作

　　把當前所有的刀具路徑程序，加工零件、加工毛坯和加工程序等參數保存為模板。在以后加工同類零件時，既可用該模板更新刀路軌跡或加工程序。

4 結論

　　高速加工技術是現代先進制造技術中最重要的共性技術之一，并逐新成為切削加工的主流技術。高速加工技術直接應用于模具型腔的粗精加工，與傳統的模具加工方法如電火花加工等相比，可大量節省模具后續加工中的手工研磨時間和加工成本，顯著提高加工效率和加工精度。編程模板在模具數控加工中的應用，通過借鑒已有工藝設計經驗和經實踐驗證的工藝參數，快速地生成零件對應加工特征的合理加工參數。針對不同零件的數控加工，調用相應的程序模板，只需對少數切削參數進行相應的修改，便可以生成適合實際應用的加工工藝與數控程序，以提高工藝設計及編程的效率與質量，減輕數控加工工藝設計人員的工作量，規范數控加工工藝規程。