高速加工(HSM)通常指的是在合理的速度和較高的表面進給速度下進行的立銑加工。例如，在鋁制飛機框架部分掏糟的特形銑削加工中，材料去除率很高，這種加工就是高速加工。在過去60年的時間里，高速加工已經(jīng)在很寬范圍的金屬和非金屬工件材料上得到應用，包括對要求采用特定表面拓撲結(jié)構(gòu)的零部件進行的生產(chǎn)以及硬度為50HRC或50HRC以上材料進行的加工。

1. 高速加工是制造業(yè)發(fā)展的需要

為了存續(xù) 市場上日益激烈的競爭一直都在不斷設(shè)定新的標準。對時間和成本效益的要求變得越來越高。這已經(jīng)迫使人們必須開發(fā)新的過程和生產(chǎn)技術(shù)。高速加工為此提供了希望和解決途徑。

材料 新材料和難加工材料的發(fā)展更加突出了開辟新的加工方法的必要性。航空工業(yè)采用自己的專用耐熱和不銹鋼合金。汽車工業(yè)具有不同的雙金屬復合材料、密實石墨鐵以及用量越來越大的鋁材。模具行業(yè)主要要面臨的問題是加工高度淬火的工具鋼，從粗加工直到精加工。

質(zhì)量 對零部件或產(chǎn)品質(zhì)量提出較高要求是激烈競爭的結(jié)果。如果將高速加工技術(shù)適當應用，則可以在這方面提供解決方案。可以替代手動精加工就是一個實例。特別是對于具有復雜三維幾何形狀的模具或零部件，這一點尤其如此。

工藝 通過高速加工，可以在很大程度上滿足這樣的需求，即通過減少裝夾次數(shù)和簡化流程(后勤)而縮短加工時間。在模具行業(yè)中一個典型的目標是通過一次裝夾而對完全硬化的小尺寸模具完全加工好。通過高速加工還可以減少甚至免除成本高昂而費時的EDM(電火花加工)過程。

結(jié)構(gòu)和開發(fā) 在當今的競爭中，其中一個主要特點就是利用新穎方面的價值而出售產(chǎn)品。汽車的平均產(chǎn)品使用壽命周期為4年，計算機及其附件為1.5年，手機為3個月……。這些結(jié)構(gòu)方面的快速發(fā)展以及產(chǎn)品方面的迅速發(fā)展其前提之一就是高速加工技術(shù)。

復雜的產(chǎn)品 在零部件方面，多功能表面越來越多、諸如一個新的蝸輪葉片結(jié)構(gòu)就既具有新穎的，也具有優(yōu)化的功能和特征。早期的設(shè)計中，可以用手或機器人(機械手)進行拋光處理。而采用新型、較復雜結(jié)構(gòu)的蝸輪葉片就必須通過機加工進行拋光，并最好是采用高速加工方式。還有越來越多需要進行機加工的薄壁工件(醫(yī)療設(shè)備、電子元件、國防產(chǎn)品和計算機零件等)實例。

生產(chǎn)設(shè)備 切削材料、夾具、機床、控制器等的強勁發(fā)展，特別是CAD/CAM以及設(shè)備等方面的發(fā)展，開辟了只能用新生產(chǎn)方法和技術(shù)才能滿足相應要求的可能性。

2. 高速加工的含意

高速加工的原始定義 索羅門理論“采用較高的切削速度”在1931年獲得了一項德國專利，在該理論中他指出：“在一定的切削速度(比常規(guī)加工高5～10倍)下，在切削刃處的切屑去除溫度將會開始降低……(附圖)。”結(jié)論是：“這種高速加工將有可能，在較高的切削速度下采用普通刀具進行加工而提高生產(chǎn)率……。”

很遺憾，現(xiàn)代研究卻沒有能夠完全證實該理論�，F(xiàn)實中確實存在這樣的現(xiàn)象，即對于不同的材料，在以一定的切削速度進行切削的切削刃上，溫度有相對的降低。對于鋼和鑄鐵而言，這種溫度降低的程度較小。而對于鋁和其他非鐵金屬材料，這種溫度降低的程度較高。因此高速加工的定義必須基于其他因素。

有關(guān)高速加工的討論在某些程度上是混淆的。如今存在許多意見、許多說法和許多不同的方式來定義高速加工。

真實的切削速度 由于切削速度既與主軸轉(zhuǎn)速有關(guān)，也與刀具直徑有關(guān)，因此高速加工應該被定義為超出一定水準的“真實的切削速度”。切削速度和進給速度之間的線性關(guān)系導致了“進給速度與轉(zhuǎn)速成正比”的關(guān)系。如果選用較小的刀具直徑進行加工，則進給速度甚至會更高，條件是各個刀齒的進給速度以及刀齒的數(shù)量是不變的。為了對刀具直徑較小作出補償，必須提高轉(zhuǎn)速，以維持相同的切削速度，而轉(zhuǎn)速提高卻又導致了vf較高。

較淺的切痕 對于高速加工應用而言，非常典型而必要的是切削深度ae和ap以及平均切屑厚度hm，與常規(guī)機加工相比要小得多。因此材料去除率Q也要比常規(guī)機加工中小得多。例外的情況發(fā)生在鋁材、其他非鐵材料的加工以及各種材料的精加工和超精加工中。

3. 高速加工的應用條件

在進行高速加工應用時，必須采用具有特定結(jié)構(gòu)和可選項的剛性高、專門設(shè)計的機床和控制器。生產(chǎn)設(shè)備都必須針對高速加工的特定過程而設(shè)計。

還必須使用高級編程技術(shù)，其中要具有最合適的刀具路徑。確保各個工序和刀具的恒定切屑去除量是進行高速加工的一個前提，并是高生產(chǎn)率和過程安全性的一個基本準則。特定的切削和夾緊刀具也是這類加工的一個必備條件。

4. 高速加工對縣的選用

在模具行業(yè)，高速加工技術(shù)中適合的粗加工和精加工最大的、比較經(jīng)濟實惠的工件尺寸為400mm×400mm×150mm(長、寬、高)。最大尺寸與高速加工中相對較低的材料去除率有關(guān)。當然，也與機床的動態(tài)性能以及尺寸有關(guān)。

在成套(單次裝夾)加工中，大多數(shù)模具其尺寸都非常小，遠遠小于上述尺寸。典型工序有粗加工、半精加工、精加工以及許多情況下還要涉及超精加工。始終應該進行拐角和半徑的剩余銑削加工，以便為后面的工序和刀具創(chuàng)立恒定切屑去除率的可能性。在許多情況下，一般采用3～4種刀具。

常用的刀具直徑范圍為1～2mm。在80%～90%的情況下切削材料為整體硬質(zhì)含金立銑刀或球頭立銑刀。通常采用具有較大拐角半徑的立銑刀。整體硬質(zhì)合金刀具具有加強的切削刃和中性或負傾角(主要用于加工54HRC以上的材料)。一種典型而重要的結(jié)構(gòu)特征是采用較厚的核心，以保證刀具最大的粘接韌性。

另外還最好采用切削刃接觸長度較短的球頭立銑刀。另一種重要的結(jié)構(gòu)特征是掏槽能力，這種能力對于在沿陡峭而具有較小的間隙之壁部進行加工時是必需的。還可以采用尺寸較小的、具有可轉(zhuǎn)位刀片的切削刀具。特別是對粗加工和半精加工，情況尤其如此。這些刀具應該具有最大的刀柄穩(wěn)定性和彎曲韌性。采用錐度刀柄可以提高剛度。此外，采用用重金屬作成的刀柄也可以收到這種效果。

模具的型腔最好比較淺，并且不要太復雜。某些幾何形狀也比較適合具有高生產(chǎn)率的高速加工。將特形銑刀具路徑與順銑結(jié)合的可能性越大，獲得的加工結(jié)果就越好。

在采用高速加工方式對淬硬工具鋼進行精加工
或超精加工時，要遵循的主要參數(shù)是切痕要較淺。切深不得超出0.2/0.2mm (ae/ap)。這樣做是為了避免過高的夾具和切削刀具變形，并保證在模具加工中較高的公差水準和幾何精度。每把刀具均勻分布的切屑去除率還可以保證恒定而比較高的生產(chǎn)率。當ae/ap恒定時，切削速度和進給速度將處于恒定的比較高的水準。優(yōu)點是在切削刃上將存在較小的機械變化和工作負荷，還可以提高刀具壽命。

切削數(shù)據(jù) 典型的整體硬質(zhì)合金立銑刀(采用TiC,N或TiAlN涂層)切削淬硬鋼材：48-58HRC的切削數(shù)據(jù)為：

粗加工：

Vc=100m/min,
ap=刀具直徑的6%～8%，
ae=刀具直徑的35%～40%，
fz=0.05～0.1mm/齒。

半精加工：

Vc＝150～200m/min，
ap=刀具直徑的3%～4%，
ae=刀具直徑的20%～40%，
fz=0.05～0.15mm/齒。

精加工：

Vc=200～250m/min，
ap=0.1～0.2mm，
ae=0.1～0.2mm，
fz=0.02～0.2mm/齒。

5．對高速加工比較實用的定義

高速加工不是一種簡單的高切削速度加工。它應該被看作是這樣一種過程，其中操作是用非常特定的方法和生產(chǎn)設(shè)備完成的。高速加工不一定是高主軸轉(zhuǎn)速加工。許多高速加工應用是在采用中等主軸轉(zhuǎn)速和大尺寸刀具情況下完成的。在采用高轉(zhuǎn)速和高進結(jié)對淬硬鋼進行精加工時，要采用高速加工，通常采用4～6倍于普通加工的切削數(shù)據(jù)。高速加工是指對小尺寸零件從粗加工到精加工進行高生產(chǎn)率加工以及對各種尺寸的零件進行精加工和超精加工時的高生產(chǎn)率加工。高速加工隨著零件獲得越多的凈形狀，其重要性會顯得越高。高速加工如今主要在主軸錐度為No40的機床上進行。