高速切削加工技术是21世纪的一种先进制造技术，有着强大的生命力和广阔的应用前景。通过高速切削加工技术,可以解决在汽车模具常规切削加工中备受困扰的一系列问题。近几年来，在美国、德国、日本等工业发达国家高速切削加工技术在大部分的模具公司都得到了广泛应用，85%左右的模具电火花成形加工工序已被高速加工所替代。高速加工技术集高效、优质、低耗于一身，已成为国际模具制造工艺中的主流。

    汽车模具高速切削工艺技术研究的技术手段

    一、切削加工有限元模拟技术

    电脑技术的飞速发展使得利用数值模拟方法来研究切削加工过程以及各种参数之间的关系成为可能，始于上世纪70年代的金属切削加工的有限元模拟技术在电脑技术的发展中也得到了长足的进步。金属切削加工的有限元模拟考虑了材料属性、刀具的几何条件、切削加工参数(切削速度、进给量、切削深度)以及切削加工引起的切削力载荷、热载荷和残余应力等因素。在试验辅助和验证的基础上，虚拟切削加工过程中刀具和零件相对运动的作用过程，对切屑成形过程进行动态物理仿真，可以显示加工行为以及被加工零件的内部应力、应变、应变率和温度等物理量的分布情况，预测零件的加工质量和刀具磨损、破损等情况。进而，通过对工艺参数的优化，可以提高零件的加工质量，有效减少刀具的磨损程度，减少采用传统试凑法确定新工艺时所需的昂贵费用和时间。另外，金属切削加工模拟时，可以定义相关因素(加工参数、刀具几何条件以及热、力的上限)与材料的去除率之间的关系。在确保零件加工质量的前提下，通过改变切削参数提高材料的去除率，从而达到提高生产率的目的。

    汽车覆盖件模具高速切削加工机理和加工参数优化技术涉及材料科学、力学、金属物理学、机械制造等多个学科，在数控加工领域一直难以解决。现有的CAM软件只能根据零件曲面特徵进行数控编程，保证刀位轨迹不碰撞、不干涉，但难以保证加工后的零件在表面质量和刀具寿命等物理目标上也是最优的，往往造成产品精度低下，刀具磨损严重，所以对高速切削加工过程进行最优化分析是一项比较困难却又相当重要的课题。从上述切削加工有限元模拟技术概述来看，走数字模拟仿真和试验研究相结合之路，是解决该实际问题的有效措施。切削工艺过程和切屑成形过程的有限元模拟为深入研究切削机理、提高切削加工质量提供了新的、更加有效的分析方法。

    二、基于实例推理的高速切削加工数据库构建技术

    基于实例的推理(CBR—Case-Based Reasoning)起源于二十世纪七十年代，是人工智能技术发展过程中出现的一种推理模式。简单地说，就是利用以前类似问题的解决方案及知识来解决新问题。基于实例推理是一种被广泛应用于各种问题求解领域的推理方法，应用这种推理方法求解问题不依赖于所求解问题领域的规则，而是依赖于以前积累的经验和成功解决的类似实例。这非常接近于人类专家解决问题的思路和方法。

    实际上，基于实例推理的技术是一种问题求解方法，可应用于众多的领域。在汽车模具高速切削加工领域，问题求解要考虑的因素非常多，解决方案的某些部分可用简单的规则来确定，但大多数情况下，则要注意到实际问题的具体情况。如选择切削刀具时，刀具类型可很简单地应用规则来确定，但像刀具尺寸、几何角度、刀片型号、尺寸、角度、加工参数等数据的确定，就很难用简单有效的规则来确定。有时，使用某些已经存在的规则甚至可能导致错误的结论。在这种情况下，应用基于规则的推理就受到了很大的局限，应用人工神经网路演算法又很难处理问题领域的非数值型数据，而应用基于实例推理的技术来解决这样的问题就很容易克服上述困难。

    另外，由于积累的经验少，高速切削加工过程中，零件与刀具材料的最优匹配及切削用量的选择、切削液的选用、机床刚性与工件刚性对加工精度和表面质量的影响及切削方法与机床的选用、刀具寿命与切削用量和加工成本之间的合理匹配、零件及加工面类型对工艺方案的影响等问题，也不能用简单的公式或规则来表示。而这些信息和经验对推广高速切削技术意义重大，因此如何收集和处理十分重要。而基于实例推理解决问题的方法正好可以利用上述经验和加工实例来解决高速切削加工过程中出现的各种问题。在目前高速切削加工领域缺乏大量系统适用的切削数据、经验和规则的情况下，应用基于实例推理技术解决问题的思想方法，可为建立高速切削数据库、推广高速切削加工技术，提供一条切实可行的途径。

                                         

                                               图1 汽车模具高速切削工艺研究技术路线

                                          

                  图2 在高速加工中心上进行的汽车覆盖件模具高速铣削