刀具在零余量加工中的重要性

图1  图中为一块经过硬化处理的H-13金属（硬度为54HRC）已被加工出精细的型腔，CAD模型的精度为微米级

　　想要成功的实现零件的零余量加工，其关键在于立铣刀的选择是否合适。

　　零余量加工（ZSM）（也称近净成形或负余量加工）是指模具在加工时无需留出额外的余量。当ZSM被有效的应用时，可以使模具制造商得到很大的利益，费时的EDM加工、手工操作、抛光、装配、校准和修整等都可以被省略，组装和整体制模的时间也可以大幅缩短。实现ZSM加工需要的几个要素（机床、编程和刀具），所有这些协调运用即可达到预期的效果。

　　合适的机床能够提供高精度、高主轴转速（18000+r/min）、高进给速度（500 +ipm），以及良好的稳定性和刚性。高效的编程软件将提供更准确的高度优化的刀具路径，缩短了加工时间。在5轴加工中，编程软件将刀具定位在工件的最佳加工角度上，如果其中某个要素选择或使用不当，加工将毫无效率。

　　立铣刀的作用

　　高效模具制造方法的一个要素就是立铣刀。通常情况下，刀具的重要性会被低估或忽略，但是当刀具从机床、编程和成品零件中被提出来单独考虑时，它的重要程度就变得十分清晰。

　　需要特别指出的是ZSM不是铣削技术，相反它是将已经确定的铣削技术（HSC和硬铣削）与整体模具制造方法结合应用。ZSM的建立来自于一种突破传统的方法，这需要如同改变思维一样来改变技术，这种变化来源于对刀具重要性的认识。这里我们所要讨论的内容包括冷却/润滑和涂层技术，这些是影响刀具性能必不可少的因素。

　　有效的高速切削

　　从刀具的角度来看，高速切削是ZSM的基础。HSC是金属材料被高速切削的加工方法（比传统的机械加工速度快5~10倍），并且是具有高加速度和高精确的快速运动。HSC利用主轴转速，在加速进给时采用相对较浅的切削深度能有效地去除金属材料。也可以这样定义：在切削加工时采用足以产生一定摩擦（释放热量）的高速度，使切削下来的金属碎屑熔化。

　　碳化物的耐热性结合最优化的排屑槽几何尺寸，便于微小碎屑快速排出，并使切削区周围迅速冷却。

　　由于高转速主轴要实现高速切削(HSC)，刀具本身必须具有良好的平衡性。 如刀具应采用直柄，在进行精加工操作时，刀具应该有偶数的排屑槽，这样可以使切削加工更加流畅和均匀。最重要的是立铣刀的刀柄和切削直径要达到微米级的公差，以便减少振动，从而延长刀具寿命（图1）。