高效率加工的新概念
在金屬切削過程中，選擇很高的切削速度，并不一定是提高加工效率的唯一方法。不要忽視在中等切削速度下的大進(jìn)給量加工方案，這是由大量切削實(shí)踐得出的結(jié)論。基于這一新的認(rèn)識(shí)，為適應(yīng)汽車制造業(yè)和航空制造業(yè)的迅速發(fā)展形勢(shì)和不斷開發(fā)出新產(chǎn)品的市場(chǎng)需要，最近發(fā)展為一門嶄新的技術(shù)——即高效率加工技術(shù)。他們認(rèn)為，通常所謂的高速切削，是選用很高的切削速度與很低的進(jìn)給量和很小的切削深度進(jìn)行切削的。這種切削方案實(shí)際存在著許多問題，其中最大的問題是：主要目的是用于提高生產(chǎn)效率的高速切削，實(shí)際上并沒有提高生產(chǎn)效率。它要求機(jī)床在高主軸轉(zhuǎn)速下切削，但為提高機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速來提高切削速度，往往是以降低進(jìn)給量﹑減小切削深度為代價(jià)的。所以切除率很低，生產(chǎn)效率不高。當(dāng)然，這時(shí)機(jī)床的主軸功率可以很小。這一點(diǎn)對(duì)于那些尺寸精度、表面粗糙度及表面完整性要求很高的零件的精加工（要求零件不變形，因而切削中產(chǎn)生的切削力要小等一系列極其苛刻條件下的加工），確是非常有利的。
由Philipp Andrae教授開發(fā)研究的高效率加工技術(shù)，從開始就強(qiáng)調(diào)切削加工中加工零件的質(zhì)量與生產(chǎn)效率的共同更大幅度的提高。該研究繼承了高速切削可以降低切削力﹑提高加工零件精度和表面質(zhì)量等特點(diǎn)。著重從極大地提高生產(chǎn)效率的目的出發(fā)（提高粗加工中的切除率），進(jìn)行了大量的切削試驗(yàn)研究。從理論和實(shí)踐的結(jié)合上解決了許多技術(shù)難題。使高效率切削技術(shù)開發(fā)研究取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。
高效率加工技術(shù)的關(guān)鍵在于：采取了選用或新設(shè)計(jì)出具有足夠的機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速與較大地傳遞力矩的能力的高功率﹑高剛性機(jī)床，進(jìn)行大功率切削；選用目前最好的先進(jìn)刀具材料；選用適合高速﹑大功率切削的先進(jìn)的刀具夾頭；采用獨(dú)具風(fēng)格的特殊加工方法以及選擇合理的切削參數(shù)等技術(shù)措施。
不僅如此，在大量切削試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)切削理論研究上的新突破，也是使這項(xiàng)科研成果獲得成功的決定性因素。
切削理論研究上的新突破
他們從大量的切削試驗(yàn)研究中驚奇地發(fā)現(xiàn)：在大功率的高效率切削中的動(dòng)力學(xué)條件，極其有利地影響著刀具的切削性能和磨損形式。其中：動(dòng)力學(xué)條件主要是指工件和刀具間極短的接觸時(shí)間、極其頻繁的接觸頻率、極其懸殊的切削溫度變化，以及在大功率的切削中,較大地影響刀具和工件接觸長(zhǎng)度的（切削前后的）很小的切屑厚度比等。這些發(fā)生在高效率加工中的動(dòng)力學(xué)條件，都使切削區(qū)產(chǎn)生很高的切削溫度，使切削區(qū)的工件材料軟化，使零件加工后的表面粗糙度變壞。但卻降低了切削力，減輕了刀具的磨損（此時(shí)使刀具磨損的矛盾降為很次要的位置）。尤其是在有色金屬材料例如鋁合金零件的高效銑削中，這些現(xiàn)象體現(xiàn)得更為明顯。它可使切削區(qū)的切削溫度變高、使工件軟化，所以切削輕快。當(dāng)然，這不包括必須采用動(dòng)力學(xué)條件很差、技術(shù)上困難很大的小進(jìn)給量的平面與圓弧面的銑削加工。這樣的加工會(huì)引起由于工件軟化變形造成的加工尺寸精度不高等一系列問題。但是，這一系列的技術(shù)難題，可在高效率加工中的精加工階段給以解決。以上結(jié)論與高速切削研究得出的結(jié)論基本吻合。但這是在大進(jìn)給量﹑大切削深度和中等切削速度條件下得到驗(yàn)證的，無疑是在切削理論方面的新的突破。有這一理論作基礎(chǔ)，才使高效率加工技術(shù)研究獲得成功。
選用或新設(shè)計(jì)出能進(jìn)行大功率切削的機(jī)床
要提高生產(chǎn)效率，就必須提高切除率。由切削原理可知，金屬切削中的切除量與切削速度﹑進(jìn)給量和切削深度有著密切的關(guān)系。受切削動(dòng)力學(xué)的限制，在一般切削中，切削深度不能選擇太大，高效率切削也不例外。但高效率加工可以選擇大進(jìn)給量（除在短距離的切削中，由于受加速度的限制，只有選擇小進(jìn)給量加工外）與適當(dāng)大的切削深度進(jìn)行加工。再通過選擇盡量高而不是選擇很高的切削速度加以配合，也能達(dá)到高切除率。但必須選用或新設(shè)計(jì)出具有足夠的機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速與較大地傳遞力矩的能力的高功率﹑高剛性機(jī)床，才能進(jìn)行大功率切削。目前新設(shè)計(jì)的用于大功率切削的機(jī)床已能在24000r/min的（為機(jī)床設(shè)計(jì)的）中等切削速度條件下，對(duì)鋁合金零件進(jìn)行大功率的粗銑加工。
在一般高速切削中，機(jī)床提供的大功率通常是通過限制主軸轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)機(jī)床輸出功率不變，主軸轉(zhuǎn)速增加、切除率下降時(shí)，其原因是：由于主軸轉(zhuǎn)速的增加，提高了主軸空轉(zhuǎn)所消耗的功率。而減少進(jìn)給量（增加了刀具與工件間的接觸時(shí)間），反而增加了刀具與工件間的摩擦力。所以在高效率切削的粗加工中，選擇很高的機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速，實(shí)際上是無用的。還要根椐欲加工零件材料﹑刀具材料及尺寸大小等切削條件，對(duì)切削速度、進(jìn)給速度和切削深度等切削參數(shù)進(jìn)行認(rèn)真的選擇。例如：選用小直徑刀具加工鋁合金零件時(shí)，可以選擇高至100000r/min以上的主軸轉(zhuǎn)速和低進(jìn)給速度加工。而加工大直徑的其它材料，相對(duì)選取稍低的主軸轉(zhuǎn)速。
在高效率加工中，只需選擇18000r/min 的切削速度與很大的進(jìn)給速度，就可以使切除率達(dá)到5000cm3/mm。由此可見，在高效率加工中，根椐欲加工零件材料等切削條件，合理地選取擇切削參數(shù)，也是高效率加工順利進(jìn)行的保證之一。
選用先進(jìn)刀具材料
從高效率切削原理方面來分析,在高效率切削過程中，作用在切削刀具上的切削力的大小，取決于切削區(qū)內(nèi)的切削溫度的高低。同時(shí)，切削中切削刀具受離心力的作用的影響也相當(dāng)嚴(yán)重，因?yàn)楹苄〉碾x心力都會(huì)使切削系統(tǒng)產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)。所以，必須選擇高硬度﹑高韌性的刀具材料和利于降低切削力同時(shí)又能保證刀頭強(qiáng)度的刀具的幾何形狀。例如，選擇硬質(zhì)合金（涂覆與非涂覆）、金屬陶瓷、陶瓷材料、聚晶金剛石（PCD）和聚晶立方氮化硼（PCBN）等最好的刀具材料；刀具幾何形狀方面，均采用經(jīng)計(jì)算機(jī)優(yōu)化了的切削刀具的幾何形狀，且與適應(yīng)于高速高效率切削的刀具夾頭相配合，同時(shí)，必須在使用前進(jìn)行高精度平衡。
選用先進(jìn)的刀具夾頭
在高效率加工中，最經(jīng)常使用的刀具夾頭是液壓可漲式夾頭和熱漲冷縮式夾頭。后者具有剛性好和能傳遞極大力矩的能力。但存在替換速度慢和適應(yīng)性（柔性）差的缺點(diǎn)。而液壓可漲式夾頭則相反，裝卸方便快速，但傳遞力矩小，只能用于所需夾緊力不大的有色金屬，例如小型鋁合金零件的高效率精加工。
采用特殊的加工方法
為充分發(fā)揮高效率加工的高效率優(yōu)勢(shì)，采取一些特殊加工方法，也是使切除率提高的重要環(huán)節(jié)。例如，該大學(xué)在試驗(yàn)研究中，選擇在高功率的臥式加工中心上（因?yàn)樗鄬?duì)立式加工中心具有天然的自動(dòng)排屑能力），用多刃的聚晶金剛石（PCD）或涂覆金剛石制成的（鉆頭與鉸刀）復(fù)合式孔加工刀具加工高精度內(nèi)孔；為提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，使用機(jī)夾式多刃聚晶立方氮化硼（PCBN）立銑刀進(jìn)行高精度的內(nèi)孔加工（通過程序控制實(shí)行粗﹑精加工，進(jìn)行內(nèi)孔尺寸加工的調(diào)整）。 例如，在鋁合金箱體零件上加工6個(gè)不同直徑、范圍為12mm～32mm的孔,通常的加工方法是至少使用6把鉆頭、6把鉸刀對(duì)孔進(jìn)行粗精加工。而現(xiàn)在，只需選用1把粗銑刀和1把精銑刀進(jìn)行高效率加工，就可保證加工高精度的質(zhì)量要求，并節(jié)約切削時(shí)間25%；另外，選用多刃涂覆硬質(zhì)合金粗銑刀，進(jìn)行大平面去除余量的大功率銑削等獨(dú)具風(fēng)格的特殊加工方案，都取得了良好的加工效果。
目前，這項(xiàng)研究還處于開始階段，且由于是一種技術(shù)復(fù)雜涉及面廣泛的系統(tǒng)工程，還需多方面的協(xié)作與合作，進(jìn)行大量的研究工作。目前多數(shù)還只能用于需要大批量高效率加工的航空和汽車用鋁合金等有色金屬零件。但由于它能極好地提高制造企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，具有很好的市場(chǎng)前景，因而必然會(huì)得到快速發(fā)展。許多有戰(zhàn)略眼光的企業(yè)家，都投身于高效率加工技術(shù)的開發(fā)研究。據(jù)最新資料介紹，F(xiàn)adal公司為了更好地幫助用戶實(shí)現(xiàn)高效率加工，進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究工作，在他們?cè)O(shè)計(jì)生產(chǎn)的多種立式加工中心上都增加了旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)、自動(dòng)冷卻系統(tǒng)、雙臂自動(dòng)換刀系統(tǒng)和切屑自動(dòng)傳輸系統(tǒng)等，用以更好地提高生產(chǎn)效率，大大提高了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。 |
