图1 在Feintool精密工具公司，采用Makino公司V33i型立式加工中心的硬态铣削加工，大大缩短了加工零件的交货时间，而且这些零件由硬质材料制成，具有紧密的公差尺寸和复杂的几何形状

投资订购由Makino公司生产的硬态铣削加工机床，使这一精密冲压件制造商的交货期缩短了55%，同时减少了体力劳动，提高了零件的加工质量。

近年来，随着高速加工机床、延长刀具使用寿命的涂层以及可避免刀具方向发生突然变化的CAM刀具路径和其他技术的不断发展，硬态铣削加工技术也逐渐开始流行起来。采用高进给速度和高主轴转速的轻型走刀方式可以生产由硬质材料制成的复杂零件，其加工速度高于EDM放电加工和其他传统的生产加工工艺。

然而，速度并不是硬态铣削加工的唯一优势，因为有一家制造商，在安装一台为此技术而设计的机床时发现了由Makino公司(位于俄亥俄州Mason市)提供的V33i型机床(图1)。 “我们购置硬态铣削加工机床的目的是为了缩短交货期，”Feintool辛辛那提精密工具公司的工具室经理Beat Andres先生说。“我们所获得的结果几乎达到了坐标磨床的磨削加工精度，其表面质量无需人工再次抛光，具有无人化加工的能力，提高了冲压件的加工质量。”

Feintool精密工具公司于1959年在瑞士创立，其创业初期是一家精密冲压机械制造商，这一工艺过去常用于快速生产大批量的精密冲压件。如今，该公司在瑞士、美国和日本拥有四个生产部门和技术中心。除了生产和销售精密冲压机械之外，这些技术中心的内部生产设施已全面投入运行，为汽车工业和电子行业提供服务。

这些技术中心的其中之一，设立在美国俄亥俄州辛辛那提市的一个工厂内，Andres先生就在那里工作。

Feintool 公司创建于1978年，其目的是为美国的精密冲压加工市场开发新的应用领域，因为该市场对此技术还知之甚少。当时，该工厂拥有4.5万 ft2(1ft2=0.0929m2)的生产面积，5台精密冲压机和19名员工。从那时候起，其生产面积已增加了三倍，达到了13.5万ft2。现在，该工厂拥有200名员工和20多台冲压机，其中一些冲压机的压力可高达1×107N。“我们特别优化了精密冲压生产工艺的设计，一些冲压件以及最终成品零件都在我们自己公司生产的压力机上进行冲压和精密冲压加工。”Andres先生说。

精密冲压机的操作运行采用一套淬火的冲压模具，将铜材、钢材、黄铜或铝材制成的薄板冲压成形。其生产工艺与一般的冲压工艺不同，采用一个不太有力的反冲压力，使零件直接对着向前推进的冲压模上。据说，采用这种方法生产的冲压件，具有比较平整和比较光滑的表面。此外，该公司还声称，由该压力机生产出来的零件几乎都可以直接使用。

精密冲压工艺的主要优势之一是：在冲压剪切时，它不会产生碎裂。在其整个生产运行过程中，它还包括其他一些优点：例如具有良好的尺寸控制精度、很高的加工精度和重复精度。与其他的工艺相比较，精密冲压是一种更为经济的生产解决方案，可大批量生产加工高精密冲压件。

在 Feintool精密工具公司，精密冲压的应用往往涉及到汽车、船舶和其他应用领域安全设备的关键部件。因此，这些零件的生产必须完全符合公差尺寸的要求，以减少故障。这种公差尺寸采用一般的冲压工艺是不可能达到的。事实上，其所面临的这一挑战是：这些零件往往都是由淬火的硬质材料制成的，加工比较困难。这就是为什么在精密冲压机上使用的冲模，必须比其冲压零件的本身具有更高精度的原因，Adres先生说。要达到这种精度，说起来容易，做起来很难。在精密冲压过程中，由于其需要承受几百吨的压力和几百万次的重复冲压，因此冲模的生产也像其冲压的零件那样，必须采用淬火的硬质材料制成——其硬度往往需要达到60HRC或更高。虽然经过淬火的硬质材料可生产经久耐用的冲模，但对其精密和高效的加工十分困难。从传统上来说，这一工艺将涉及到几小时的手工作业、坐标磨床的磨削加工、放电加工或寻求专业铣削加工厂的外协加工。

图2 Makino公司的V33i型立式加工中心是专门为硬态铣削加工而设计的，配有一刚性主轴和芯部冷却系统以及润滑系统，据说该系统能够使高速加工条件下的热变形降到最低

“几十年来，手工打磨和坐标磨床的磨削加工是达到我们所要求加工精度的最好选择，但是自从那时候开始，硬态铣削技术已走过了一条漫长的道路，”Andres先生解释说，“2006年，我们开始评估硬态铣削加工机床，并找到了一台可满足精度、重复精度和速度要求的机床。”

在评估期间，该公司曾与Feintool日本精密工具公司共同合作，购置了一台Makino V22型机床，其性能超过了Cincinnati操作所要求的规格。

最初所选择的机床是V33型立式加工中心。然而，适合于该公司加工需要的答案显然是2008年出厂的V33i型机床(图2)。现在，V33i型机床是该工厂最繁忙的加工机械，每天几乎24h操作运行。数控编程员兼V33i型机床的操作员Phil Porter先生说，这台机床具有每天生产多个冲模的硬态铣削加工能力，而以前则需要通过坐标磨床进行磨削加工，从而节约了大量的时间、资金和体力劳动。

同样，硬态铣削加工也减少了对冲模的加工时间，以前这种冲模需要通过放电加工技术进行生产。例如，齿轮冲模的加工，以前需要为期两天的交货时间，现在可以在短短的两三个小时内完成生产，而离合器板的加工以前需要采用线切割机床，现在可在铣床上完成铣削加工，使加工效率提高了50%，Porter先生说。

然而，旧的生产方式并没有完全被淘汰，Porter先生解释说。例如，有些工件仍然要求采用坐标磨床进行精加工磨削。然而，即使在这样的情况下，与坐标磨床的整个磨削工艺相比，V33i型机床仍然可节约相当可观的生产周期时间。例如，在一台坐标磨床上，一家越野车制造商用于生产一个传动系零件的冲模加工需要 40min。而在V33i型机床上，完成一个精度在0.05mm范围内的成品冲模的粗加工和半精密加工，该公司可使其总加工时间减少到10h以下，同时还能保持其所要求的0.0025mm公差尺寸。这种情况与车间中的放电加工机床相类似。“我们已经做了我们能够避免使用滑枕式放电加工机床所做的一切事情，但不要误会我的意思。滑枕式放电加工机床确实可以加工完成非常精密公差尺寸和几何特性的工件。”Porter先生解释说，“然而，我们却可以在其生产石墨电极模具及燃烧应用领域所耗费的时间内，采用铣床完成冲压零件的出厂加工任务。”为此，他列举了座位调节冲压件作为一个例子加以说明。如采用滑枕式放电加工机床加工这一冲压件，需要花费一周的时间，其中包括石墨电极模具的生产。现在，采用硬态铣削加工方法，可以在1h的时间内完成这个零件的加工。

Porter 先生将接近于坐标磨床的磨削定位精度及主轴刚性作为立式加工中心的关键特点。其定位精度使刀具的选用十分灵活，并能够使用直径只有0.3mm的端面铣刀，以用于精密工件的铣削加工。这一切也应归功于Feintool精密工具公司的生产能力，实际上他们能够生产加工任何所需的表面质量，只需少量的手工加工或无需手工加工，从而使体力劳动的效率提高了40%以上。机床可持续的刚性扩展到整个主轴转速的宽广范围，从而延长了刀具的使用寿命，Porter先生说。结合该机床所配置的一套25 把刀具容量的ATC自动换刀装置及其所具有的清除切屑的特性和高刚性，增强了该机床无人化操作运行时的可靠性。而且，它还能使该公司采用一系列适合于使用极小刀具所必要的主轴转速，以便对其冲压模具所通用的精密几何形状的半径，进行硬态铣削加工。与以前的工艺相比，硬态铣削加工使冲压件的质量和寿命都有所提高。

以最近加工的一个冲压件为例，由于这些优点，导致其效益大大提高。这一个零件需要沿着外部的半径加工160个齿，每个齿具有一个 45×0.02in(1in=25.4mm)的倒角。以前采用EDM机床加工需要一天的时间，包括使用金刚石锉的手工加工，以使其倒角达到适当的精度。今天，采用V33i型机床来切削加工每一个齿，其形状完全一致，规格符合要求，完成这一冲压件的加工只需花费2.5h。

由于Porter先生在硬态铣削加工方面没有经验，因此要想正确地运用这一技术似乎是一项艰巨的任务。然而，鉴于Makino公司的技术解决方案，Porter先生迅速地成为一名常驻专家。经过与Makino公司应用工程师Ken Werbich先生的密切合作和一对一的培训，Porter先生已经在设备的安装过程中，学会了对该机床的操作。在几周内，他发现自己已能应付工厂内某些最困难工件的加工。“在短短的几个月内，我已从一个从未操作过铣床的人员，成为了一个二班工作的操作人员。”他说。

Andres先生说，该工厂的硬态铣削加工能力还在继续发展壮大。除了为新的立式加工中心输送更多的冲压件加工以外，该公司还计划购置第二台机床和采用一套无人化作业的自动化生产方案。