MasterCAM在高速加工技术中的应用

1 引言

　　数控加工技术是第二次世界大战以后，为适应复杂外形零件的加工而发展起来的一种自动化加工技术，其研究起源于飞机制造业。1952年美国空军与麻省理工学院(MIT)和帕森斯公司合作，发明了世界第一台三座标数控铣床，可控制铣刀进行连续空问曲面的加工，揭开了数控加工技术的序幕。而且数控加工可有效地提高生产率，保证加工质量、缩短加工周期、增加生产柔性、实现各种复杂精密零件的自动化加工，易于在工厂和车间实行计算机管理。因此，它是现代制造业的核心和发展军事工业的重要战略技术，是衡量一个国家工业化水平的重要标志。

　　20世纪20年代德国人Saloman最早提出高速加工(Higll Speed Machining，简称HSM)的概念，并于1931年申请了专利。50年代末及60年代初，美困和日本开始涉足此领域，在此期问德国已针对不同的高速切削加工过程及有效的机械结构进行了许多基础性研究工作。自从1979年美国空军和洛克希德飞机公司研制了用于加工轻合金材料的高速铣削设备，开创了“整体制造法”快速切削大量金届材料的方法后．高速切削加工技术得到了进一步发展和更广泛的应用。美国、日本、德国等工业发达的国家对这项先进制造技术极为重视，进行了大量研究，取得了积极成果。80年代初期，因飞机制造业为缩短加工时问以及对一些小型特殊零件的薄壁加工提出了快速铣削的要求，将HSM技术真正应用于实践。

2 高速加工

　　2.1 高速加工基本概念

　　高速加工是近年内迅速崛起的先进制造技术，合理而科学的应用高速加工技术，已经成为提高加工效率、提高加工质量、缩短加工时间的重要途径之一。目前掌握了先进制造技术的工业发达国家，在模具制造、航空航天制造、精密零件加工等领域中已广泛地应用了高速加工技术。

　　2.2高速加工的特点

　　(1)提高生产率

　　随着铣削速度和进给速度的提高，可大幅度提高材料去除率。另外，高速铣削可以加工淬硬零件，复杂型面零件可以通过高速铣削一次装夹完成从粗加工到精加工等全部工序，省略电加工和手工抛光等工序，缩短加工制造周期，提高生产率。如美国GM公司在其发动机总成Powertrain工厂生产V88Northstar发动机的敏捷制造生产线上，采用了57台日本MAKINO(牧野)公司制造的J88型加工中心，

　　最高加工切削速度达1800m／rain，三倍于原来的刚性生产线切削速度，生产准备时问也相应减少了6—9个月。

　　(2)提高加工精度和表面质量

高速加工中心需要具备高刚性和高精度等性能，由于铣削深度较小，而进给速度较快，高速加工时切削力低、工件热变形减小，可以获得高的加工精度和小的表面粗糙度。据英国Delcam公司实验加工工厂的报告。采用高速切削加工铝合金件粗糙度可稳定地达到Ra0.4～0.6，加工钢件可达到Ra0.2～0.4。

　　(3)可使用直径较小的刀具

　　高速加工的切削力较小、切削负荷较为平稳，较高的主轴转速适合使用小直径的刀具，相对于传统加工使用的大直径刀具，可有效降低刀具费用。例如GM公司在RFbll000S机床上高速铣削汽缸精密铸造模具型腔，工件材料硬度为ttRC35的钢材(X38CrAIoV51裔合金工具钢)，加工最大转速和最大进给速度分别为30 000 rpm与5 000 mm／rain，采用的最小刀具半径仅为2 mm。

　　(4)可加工薄壁零件和高强度、高硬度的脆性材料

　　高速加工时的铣削力小，切削力稳定，可确保成功的加工出薄壁零件，采用高速铣削可加工出壁厚0.2mm、壁高20mm，甚至壁厚0.1mm、壁高15mm的薄壁零件。

　　另外由于加工工艺、刀具等技术的进步，目前高速加工已可以加工硬度达HRC60的零件，可以实现热处理后的再加工，简化了模具制造工艺。

　　(5)可实现整体结构零件的加工

　　高速加工可加工飞机框架、构架等大材料去除率>90％的零件，除了可以有效减轻零部件重量、保证零件材料整体性外，也可以减少装配工序，减少零件数目，提高可靠性。如瑞士派士12(PC-12)客机飞机大梁，零件形状复杂，采用Starragahaeckea公司制造的卧式五坐标加工中心高速加工，其制造时问缩短为原有的75％，同时提高了零件精度和互换性。又如波音公司生产的F15战斗机零件中，原本为需要约500个零件组装而成的构件，现仅用一块整料采用高速加工技术即可完成。

　　(6)可替代其它电加工、磨削等加工工艺

　　由于高速加工可以实现对淬火后零件的切削，以及可获得细腻的表面质量和较高的加工精度，在模具型腔加工中可以取代电加工和磨削加工，减少或者取消抛光工序。如上述提及的GM公司采用高速铣削汽缸精密铸造模具型腔一例中，高速铣削后的粗糙度低于Ra0.6，减少了80％的手工抛光时间。

　　(7)提高经济效益

　　由于上述的种种优点，高速加工工艺提高了加工效率；改进了加工质量。筒化了加工工序，减少了额外机床和刀具的费用，从而使综合经济效益显著提高。近年来出现的柔性生产线兀L(FlexibleTransfer Line)，可以比FMS减少30％的投资额。适用于大量制造的场合。目前我国的汽车工业已有诸如上海通用汽车公司等十几条FTL投入使用，在加快制造节拍的同时降低了制造成本。

　　由于高速切削的特殊性和控制的复杂性，在高速切削条件下，传统的NC程序已经不能满足要求。因此，必须认真考虑加工过程中的每个细节，深入研究高速切削状态下的数控编程，MasterCAM软件具有很强大的CAM功能，可很好的实现复杂、难加工零件程序的自动生成。