摘 要：本文介绍了数控铣床的主要应用领域。重点分析了高速加工的优点。指出采用高速加工必须考虑的关键要素：具有高速
主轴的数控铣，由硬质合金等新型材料制造的高速刀具，具有双面定位结构的高速刀柄。最后给出了在高速5轴卧式加工中心上加工飞机铝结构件，钢模具和铸铁模具的实例。
关键词：数控机床；高速铣床；刀具；刀柄
在数控机床的应用中,数控铣床(加工中心)占有很大的比重,应用最广,其中高速铣近年来更受到用户的青睐。
１ 数控铣床应用领域
１．１ 汽车制造业
据统计,数控机床的第一大用户是汽车业,拥有进口机床的比率也最高。例如从1984～2001年的18年间,我国仅从日本SNK(新日本工机)公司进口的数控龙门加工中心等总数达123台。其中:汽车行业32台,占24%,为第一位。飞机制造业17台,占13%为第二位。其余为模具,造船,机床,轻工,纺织等行业使用。主要用于箱体类加工,一般要求主轴转速为10，000～24，000rpm。
１．２ 模具制造业
国外已普遍使用15，000～40，000rpm的高速铣削加工技术。国内模具制造技术水平与国际先进水平相比还有较大差距，表现在制造周期方面尤为明显，为模具制造的交货期,国内所需时间一般是国际先进水平的3～6倍。复杂模具一般是6倍。如精冲复合冲裁模(料厚3mm,尺寸Φ45mm,低碳钢),国内水平60～90天,国际先进水平10～15天。简单模具一般是3倍,如中小型注塑模,国内水平90～150天,国际先进水平30～45天。模具行业的全员劳动生产率,国际先进水平为10～20万美元/年·人。国内为10万元人民币/年·人。所以模具行业迫切需要大量的数控机床。
１．３ 机床制造业
近年来大量采用五面体加工中心和卧式加工中心加工箱体和床身等大件。
１．４ 航空航天业
大量采用5轴联动加工中心(立式,龙门式,卧式)加工铝合金结构件,钢结构件,飞控仪器零件等。
１．５ 造船业
加工柴油发动机缸体,样板,箱体等。
１．６ 军事工业及其他行业
数控铣床也越来越广泛地被应用于军事工业及其他行业中的构件制造。
２ 高速加工和高速铣的发展
高速加工是切削加工的发展方向,高速加工提高了生产效率和加工质量,缩短了生产周期,降低了成本, 因此国内外以前所未有的势头发展中小型和大型的立式,卧式高速铣床(加工中心)。
２．１ 主轴的最高转速
通用主轴：3，000～6，000rpm。
准高速：6，000～10，000rpm,目前使用最多。
高速：10，000～20，000rpm,目前使用较多。
超高速：20，000～42，000rpm,国内开始使用。
据称瑞士MIKRON已研制出60，000rpm的高速主轴,而美国MOORE的坐标磨床,其主轴转速为160，000rpm时可采用铣刀进行铣削,曾在新加坡一家航空企业使用,这可能是世界上最高的铣削转速。
２．２ 采用高速铣的优点
1) 高效。 高速主轴和快速工作进给配合.可提高切削效率,缩短生产周期。据瑞士MIKRON(米克朗)介绍,在进行模具加工时,生产周期可减少60%,成本下降40%,并可替代部分电加工工序。日本MAKINO(牧野铣床)介绍,其V55立式加工中心(主轴转速从18，000～20，000rpm)加工时,由切屑带走95%的热量,使工件保持常温,加工凸凹模时可缩短40%的工时,并可省去铣削后的抛光工序。
2) 高精度。 切削力小,变形小,切削热可由切屑带走。
3) 特殊应用：
a)蜂窝铣,高速，切削力小,在加工时不变形。
b)窄槽,薄壁零件加工。MIKRON称可加工的最小壁厚可薄至0.04mm。
c)石墨加工。
4)可替代抛光,但比抛光效率高,精度高；可替代电火花加工,但比电加工表面质量更好,效率更高。
5) 降低成本,缩短生产周期。
２．３ 高速铣削加工的发展和应用基础
２．３．１ 具有高速主轴的高速铣
高速伺服驱动,高速轴承,高速码盘,冷却,动平衡等是其关键技术。MIKRON的HSM-400主轴转速可达32,000～42,000rpm；日本SNK的HPS-120B主轴可达20,000rpm/18.5KW；台湾FEELER(友嘉)的FV-1000A可达10,000～24,000rpm；北京机床所的KT1400B可达15,000rpm；广东佳铁机械雕刻机NC-2000采用进口主轴可达27,000rpm/1.3kw；汉川机床的XH715G可达8,000～12,000rpm,是我省重点发展的产品,2002年出口德国20台。
２．３．２ 高速刀具
高速刀具材料的发展是高速切削技术的基础。根据不同被加工材料使用不同刀具材料。表1为日本东芝刀具与被加工材料对应表表1 东芝刀具与被加工材料
２．３．３ 高速刀柄(刀套)
传统的刀柄(刀套)结构符合定位原理,而高速刀柄BBT采用并不符合定位原理的过定位结构,即采用双面定位,这种结构要求制造精度高,机床
主轴
与刀柄的锥面和端面同时贴紧,提高了刚性。日本大昭和精机的BIG牌刀柄专为高速铣开发出BBT双定位结构。握径Φ0.5～Φ6mm和Φ20mm规格最高转速可达40,000rpm。握径Φ16～Φ42mm规格最高转速可达30，000rpm。
２．３．４ 冷却
高速切削时采用油雾/气的冷却方式,MIKRON建议在20,000rpm以上时采用,实际应用中,用户常在6,000rpm以上即采用这种冷却方式。
３ 高速铣的应用实例
1)日本SNK公司的HPS-120B型5轴卧式加工中心,该机床是为美国航空企业制造,曾在2001年北京国际机床展展出。
工作台尺寸:宽1220mm,长:3048mm。工作台位置:安装工件时0°(水平),加工工件时90°(垂直)。工作台承重:5，000kg。
主轴转速,最高20，000rpm。主轴驱动电机18.5kw。主轴套锥度，ISONO.50(BBT双面接触式)。
坐标行程:X3，150mm；Y1，320mm；Z762mm；A+/-45度；C+/-270度。
CNC系统:型号FANUC15i-MA
同时控制轴数：5轴
该机床采用翻转式立卧工作台,解决了高速切削时大量排屑问题。
2)HPS-120B型加工中心用于加工铝件槽腔、悬挂支座模具、曲轴模具、内腔模具加工和多件组合加工均取得了良好效果。
3)日本SNK公司的HPS-4B。双翻转工作台(每个工作台:宽×长=2，032×4，000mm），5轴卧式加工中心。加工实例:波音737-700零件,梁间肋(尾翼部件)。采用主轴转速12,000rpm,实现双工位,24小时自动化无人加工。零件材料:铝合金,特点:0.635mm薄壁件。
4)上述两种5轴卧式加工中心的设计结构，是高速加工技术促进卧式加工中心传统结构设计变革的典型范例。在加工梁间肋合金结构件时，与采用传统的5轴立式加工中心单件加工方案相比，使解决高速加工中令人头痛的排屑问题变得轻而易举，有双工作台的HPS-4B的生产效率高了几倍至十几倍。主轴实际运转切削率高达71%.精度和质量完全满足美国波音公司图纸设计要求，被美国波音公司中国项目总裁誉为第一流产品。
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