1 引言
高速加工（High Speed Machining，简称HSM），是相对传统加工系统而言，通过高性能的机床，以通常意义上的几倍，甚至几十倍的加工速度来实现对零件的高精度、高效率加工，最终达到提高生产率的目的。在高速铣削零件本身刚度不足（如薄壁件和细长杆件）、复杂曲面加工、难加工材料以及精密切削等加工领域中都得到了充分的应用。本文以NX CAM为例，详细分析在高速加工技术的应用。
2 高速加工的优势
高速加工之所以日益得到广泛的工业应用，是因为它相对传统加工具有显著的优越性，具体来说具有以下优点：
（1）提高加工效率
高速铣削加工允许使用较大的进给率，比常规铣削加工提高5～10倍，单位时间材料切除率可提高3～6倍。当加工需要大量切除金属的零件时，可使加工时间大大减少。
（2）降低切削力
由于高速铣削采用极浅的切削深度和窄的切削宽度，因此切削力较小，和常规切削相比，切削力至少可降低30％，如图1所示。这对于加工刚性较差的零件来说可减少加工变形，使一些薄壁类精细工件的铣削加工成为可能。
图1 切削载荷随切削深度和主轴转速的变化
（3）提高了加工质量
因为高速旋转时刀具切削的激励频率远离工艺系统的固有频率，不会造成工艺系统的受迫振动，保证了较好的加工状态。由于切削深度、切削宽度和切削力都很小，使得刀具、零件变形小，保持了尺寸的精确性，另外也使得切削破坏层变薄，残余应力小，实现了高精度、低粗糙度值加工。
（4）简化了加工工艺流程
传统的加工工艺不能直接加工淬火后的材料，而且淬火变形必须进行人工修整或通过放电加工来解决。高速铣可以直接加工淬火后的材料，在很多情况下可省去放电加工工序，消除了放电加工所带来的表面硬化问题，减少或免除人工光整加工。图2为某模具制造中分别采用常规加工与高速铣削加工时的工序。
图2 常规加工与高速加工方式的比较
a—传统加工方式 b—高速加工方式
3 NX CAM的高速加工策略
在模具高速加工编程中，以小的切削量，恒定侧向切削步距，高进给率为准则，配合一些细节处理，包括圆弧过渡、圆弧进刀、螺旋进刀、优化进给速度、切削速度等，使刀具路径做到圆滑、平稳地过渡。通过上述方法，机床不会突然降速或加速，使得刀具负载恒定，达到降低导轨磨损、延长刀具和机床的使用寿命、保证零件表面加工品质的目的。在高速加工切削方式中刀具路径不存在尖角和突然改变方向等现象。下面以NX软件为平台，介绍如何生成满足高速加工要求的刀具路径来体现高速加工的特点。
（1）切削方式
NC软件里提供了多种切削方式来进行高速加工，主要有平行往复铣削、摆线方式加工、跟随周边铣削、跟随工件铣削、轮廓铣、螺旋线驱动加工等。对于精加工，可以使用跟随周边或者区域轮廓铣，螺旋驱动的切削模式更适合于高速加工。根据零件特征选择合适的切削方式。如图3所示。
图3 摆线切削和螺旋式切削
（2）螺旋与圆弧进退刀
刀具切入/切出零件时应尽可能采用倾斜式（或圆弧式）进刀，避免刀具垂直切入零件，同时要尽可能的减少切入/切出零件的次数。在进行局部区域铣削操作时应尽可能使用“螺旋”和“圆弧进刀”的进刀方式，使刀具减小受力，并圆滑刀轨路径。如图4所示。
图4 螺旋与圆弧进退刀
（3）光顺刀轨
在高速铣削过程里，为了保证机床的性能，所有刀轨尽可能避免尖角过渡；基于NX CAM模块里拐角控制相应的处理方法，如图5所示。通过设置参数使得进刀和退刀的刀轨都光顺加工，如图6所示。也可以使步进光顺过渡，光顺进给以避免刀具在进给和切削运动间产生停顿现象。如图7所示。光顺的刀轨更符合高速加工应用。
图5 拐角控制
图6 尖角的刀轨和设置圆角的刀轨
图7 光顺步进
（4）刀轨点的均布
刀轨点的均布大大改进了加工零件的表面光洁度。在NX CAM中“区域铣削”和“流线加工”操作在要加工的面上输出更均匀的点栅格（默认行为），如图8所示。
图8 传统的计算和NX优化计算方式
新的刀轨点均布使控制器光顺了相邻刀路提供一致的机床运动，输出高端精加工刀路；在模具加工行业大大减少抛光的工艺、提高了生产效率，如图9所示。
图9 传统与NX优化刀轨加工质量的比较
（5）后处理输出
对于复杂曲面的轮廓铣削，如果后处理方式和CNC控制都支持“NURBS”输出，则使用该功能可以用更高的进给率产生更光顺的曲面精加工效果。在NX CAM中机床运动控制应选择NURBS控制，如图10所示。
图10 NURBS控制
NURBS使用控制点、节点矢量、权3个变量来表达自由曲线，如下公式所示：
使用NURBS进行插补，误差小、精度高，可以简化NC代码程序，不仅可以控制机NURBS曲线的曲率变化，进行不超出机床许可加速度的自动进给速度控制，可实现高速、高精度的模具加工。
4 结束语
NX具有极强的读取并处理数据模型的能力，加工功能也非常强大。通过实例加工证明，NX是能够输出光滑、平顺、稳定合理的刀具轨迹，非常合适用于高速加工，为高速加工行业大大提高生产效率。
(审核编辑: Doris)
