什么高速切削？關(guān)于高速切削還有許多問題和一些互相矛盾的定義。在下面將提及這些問題，并用有助于消除圍繞高速切削謎團(tuán)的方法進(jìn)行討論。

歷史背景

    術(shù)語高速切削(HSM)一般是指在高轉(zhuǎn)速和高表面進(jìn)給下的立銑。例如，以很高的金屬去除率對鋁合金飛機(jī)翼架的凹處進(jìn)行切削。在過去的60年中，高速切削已經(jīng)廣泛應(yīng)用于金屬與非金屬材料，包括有特定表面形狀要求的零件生產(chǎn)和硬度高于或等于50 HRC的材料切削。對于大部分淬火到約為32-42 HRC的鋼零件，當(dāng)前的切削選項包括：

在軟(退火)工況下材料的粗加工和半精加工切削

達(dá)到最終硬度= 63 HRC要求的熱處理

    模具的某些零件的電極加工和放電加工(EDM)(特別是金切削刀具難于接近的小半徑深凹穴)

    用適合的硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、整體硬質(zhì)合金、混合的陶瓷或多晶立方氮化硼(PCBN)刀具進(jìn)行的圓柱/平/凹穴表面的精加工和超精加工

    對于許多零件，生產(chǎn)過程牽涉到這些選項的組合，在模具制造案例中，它還包括費(fèi)時的精加工。結(jié)果導(dǎo)致生產(chǎn)成本高和準(zhǔn)備時間長。

在模具制造業(yè)中典型的是僅生產(chǎn)一個或幾個同一產(chǎn)品。生產(chǎn)過程中產(chǎn)品不斷改變，由于產(chǎn)品改變，需要進(jìn)行測量與反向設(shè)計。

    主要標(biāo)準(zhǔn)是模具的尺寸和表面粗糙度方面的質(zhì)量水平。如果加工后的質(zhì)量水平低，不能滿足要求，就需手工精加工。手工精加工可產(chǎn)生令人滿意的表面粗糙度，但是對尺寸和槽形的精度總是產(chǎn)生不好的影響。

    這種模具制造業(yè)的主要難題之一已獲解決，但現(xiàn)在仍然需要減少或免除手動拋光，從而提高質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本和縮短準(zhǔn)備時間。

高速切削發(fā)展的主要經(jīng)濟(jì)和技術(shù)因素

    生存 市場上日益激烈的競爭導(dǎo)致不斷設(shè)置新的標(biāo)準(zhǔn)。對時間和成本效率的要求越來越高。這就迫使新工藝和生產(chǎn)技術(shù)不斷發(fā)展。高速切削提供了希望和解決方案……

    材料 新的更難加工的材料已經(jīng)強(qiáng)調(diào)了發(fā)現(xiàn)新的切削解決方案的必要性。航空航天業(yè)的心臟是用耐熱合金鋼和不銹鋼制造的。汽車工業(yè)使用了不同的雙金屬材料、小石墨鑄鐵(Compact Graphite Iron)，并增加了鋁的用量。模具制造業(yè)必須面對切削高硬度的淬火鋼的問題，從粗加工到精加工。

    質(zhì)量 對質(zhì)量的高要求是空前激烈的競爭所導(dǎo)致的結(jié)果。

    高速切削如果使用得正確，可以在這個領(lǐng)域提供一些解決方案。 替代手工精加工是一個例子，這對有復(fù)雜3D槽形的模具尤為重要。

    工藝 對加工時間更短的要求 －只需很少幾次裝卡和簡化的物流(后勤)的要求在大部分情況下可由高速切削解決。模具制造業(yè)內(nèi)的一個典型要求是在一次裝卡中完成所有完全淬火小零件的切削。使用高速切削，可以減少和免除費(fèi)時費(fèi)錢的EDM(放電加工)加工。

    設(shè)計與發(fā)展 今日競爭中的主要方法之一是銷售新奇的產(chǎn)品�，F(xiàn)在小汽車的平均生命周期是4年，計算機(jī)和配件1年半，手機(jī)3個月……這種快速的改式樣和快速的開發(fā)產(chǎn)品的發(fā)展的先決條件是高速切削技術(shù)。

    復(fù)雜產(chǎn)品 零件多功能表面增加了，例如新設(shè)計的渦輪機(jī)葉片有新的和優(yōu)化的特性與功能。早期的設(shè)計允許用手工或機(jī)器人(機(jī)械手)來拋光。有新的、復(fù)雜的形狀的渦輪機(jī)葉片必須通過切屑來拋光，最好是用高速切削拋光。有越來越多的薄壁工件必須用切削進(jìn)行精加工的例子(醫(yī)療設(shè)備、電子、國防產(chǎn)品、計算機(jī)零件)。

    產(chǎn)品設(shè)備 切削材料、刀柄、機(jī)床、控制件，特別是CAD/CAM特性與設(shè)備的巨大發(fā)展就可能滿足一些要求，這些要求是新的生產(chǎn)方法和技術(shù)提出的，是必須滿足的。

高速切削的原始定義

    1931年，德國一個專利中的Salomons理論講到：“以某一高切削速度(比常規(guī)切削高5－10倍)進(jìn)行切削，在切削刃上去除切屑的溫度開始降低……" 

    由以上得出結(jié)論：“似乎有用常規(guī)刀具以高切屑速度提高生產(chǎn)率的機(jī)會。”

    不幸的是，現(xiàn)代研究已經(jīng)能全面驗證這個理論。對于不同的材料，從某一切削速度開始切削刃上的溫度有相對降低。對于鋼和鑄鐵來說，這種溫度相對降低不大。但是，但是對鋁和其它非金屬則是大的。高速切削的定義必須依據(jù)其它因素。

今日的高速切削的定義是什么？

    對于高速切削的討論在一定程度上是混亂的。關(guān)于高速切削的定義，存在許多觀點、許多謎團(tuán)和許多方法和許多方法。讓我們看一下這些定義中的幾個：

    在下面的討論影響高速切削過程的參數(shù)。從實用的觀點描述高速切削非常重要，這也可為高速切削的應(yīng)用提供許多實用準(zhǔn)則。

實際切削速度

    因為切削速度取決于主軸轉(zhuǎn)速和刀具的直徑，高速切削應(yīng)定義為“實際切削速度”高于一定水平 － 切削速度和常規(guī)切削的切削速度之間的線性關(guān)系。

    例外是，當(dāng)在鋁和其它有色金屬中切削和所有材料的精加工和超精加工工序時，在淬硬工具鋼中的高速切削特性。

Vf=fz×n×z

淺深度切削

    非常必要的和典型的高速切削應(yīng)用是切削深度ae(徑向切削深度)和ap(軸向切削深度)和平均切屑厚度hm與常規(guī)切削相比小得多的切削。因而金屬去除率Q遠(yuǎn)比常規(guī)的小。例外是，在鋁和其它有色金屬中切削和所有材料的精加工和超精加工工序。

Q= ap×ae×Vf [cm³/min]

1000

在淬硬工具鋼中的高速切削特性

    在模具制造業(yè)，最大的經(jīng)濟(jì)工件尺寸約為 400×400×150 (長×寬×高)。最大尺寸與高速切削中相對低的材料去除率有關(guān)。當(dāng)然也與機(jī)床的動力特性和大小有關(guān)。如前面所述，大部分模具在完全的切削(單次裝卡)中尺寸相當(dāng)小。進(jìn)行的典型工序為粗加工、半精加工、精加工和許多情況下的超精加工。圓角和圓弧的銑削總是要為后面工序的刀具留下一定的余量。在許多情況下，要使用3-4種刀具。

    通常直徑范圍為1-20 mm。在80到90%情況下，切削材料是整體硬質(zhì)合金立銑刀或球頭立銑刀。常常使用有大圓角的立銑刀。整體硬質(zhì)合金刀具的切削刃加強(qiáng)了，前角為零或負(fù)(主要用于硬度在54 HRC以上的材料)。一個典型的和重要的設(shè)計特點是為了得到最大彎曲強(qiáng)度而加厚了芯。

    使用有短切削刃和接觸長度的球頭立銑刀是有利的。另一個重要的設(shè)計特點是掏槽能力，當(dāng)沿陡壁切削時，這必需的。也可以使用帶可轉(zhuǎn)位刀片的尺寸較小的切削刀具。特別是用于粗加工和半精加工。這些刀具應(yīng)有很大的刀柄穩(wěn)定性和彎曲剛度。錐度刀柄提高了剛度，重金屬制成的刀柄也提高了剛度。

    模具的槽形應(yīng)當(dāng)是淺的，不能太復(fù)雜。一些槽形也適合使用具有高生產(chǎn)率的高速切削。

    使輪廓切削刀具的路徑與順銑結(jié)合得越好，切削效果越好。

    一個精加工或半精加工時應(yīng)遵循的原則是采取淺深度切削。切削深度應(yīng)不超過0.2/0.2 mm(ae/ap)。這是為了避免刀柄/切削刀具產(chǎn)生過大的彎曲，以保持模具的小公差和槽形精度。每個刀具均勻分布的余量也是保證恒定的個高的生產(chǎn)率的條件。當(dāng)ae/ap恒定時，切削速度和進(jìn)給率應(yīng)總是保持在高的水平上。這樣，機(jī)械變化和切削刃上的負(fù)載會較小，刀具壽命也提高了。

切削參數(shù)

    TiC,N或TiAlN涂層的整體硬質(zhì)合金立銑刀在淬硬鋼(HRC 54-58)上的典型切削參數(shù)：(HRC 54-58)

粗加工

    實際切削速度vc：100 m/min，ap(軸向切削速度)：刀具直徑的6-8%，ae(徑向切削深度)：刀具直徑的35-40%，fz(進(jìn)給量每齒)：0.05-0.1mm/齒

半精加工

    實際切削速度vc：150-200 m/min，ap(軸向切削速度)：刀具直徑的3-4%，ae(徑向切削深度)：刀具直徑的20-40%，fz(進(jìn)給量每齒)：0.05-,15 mm/齒

精加工和超精加工

    實際切削速度vc： 200-250 m/min，ap(軸向切削速度)： 0.1-0.2 mm, ae(徑向切削深度)： 0.1-0.2 mm, fz(每齒進(jìn)給量)： 0.02-0.2 mm/齒 當(dāng)然，這些值與外桿、懸伸、應(yīng)用的穩(wěn)定性、刀具直徑、材料硬度等有關(guān)。這些值僅是典型值和具體的某一應(yīng)用的值。在對高速切削的討論中，有時可以看到提到的切削速度值是極高和不現(xiàn)實的。 推薦使用有壓縮空氣或高壓油霧的干銑削 高速切削的實用定義 

    HSM不是簡單意義上的高速切削速度。 它應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是用特定方法和生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行加工的工藝。 高速切削無需高轉(zhuǎn)速主軸切削。許多高速切削應(yīng)用是以中等轉(zhuǎn)速主軸并采用大尺寸刀具進(jìn)行的。如果在高切削速度和高進(jìn)給條件下對淬硬鋼進(jìn)行精加工，切削參數(shù)可為常規(guī)的4到6倍。 在這些情況中，切削速度vc可能是用刀具的名義直徑計算的，而不是用切削的有效直徑。例如： 90°角的立銑刀，直徑6 mm。實際切削速度為250 m/min時的主軸轉(zhuǎn)速 = 13 262 r/min。 球頭立銑刀，名義直徑為6 mm，軸向切削深度ap為0.2 mm時有效切削直徑為 2.15 mm。實際切削速度為250 m/min時的主軸轉(zhuǎn)速 = 36 942 r/min。 在小尺寸零件的粗加工到精加工、精加工及任何尺寸零件的超精加工中，HSM意味著高生產(chǎn)率切削。 零件形狀變得越來越復(fù)雜，高速切削也就顯得越來越重要。 現(xiàn)在，高速切削主要應(yīng)用于錐度40的機(jī)床上