成功的高速加工需要重視
刀具、主軸和
機床動力學(xué)。
8NJ (l GzK{. xf 工具技術(shù)和機床控制能力的進(jìn)步使高速加工在航空零部件的制造中獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。盡管高速加工技術(shù)特別適合鋁合金的加工，但在復(fù)合材料和硬
金屬材料的加工中也有其用武之地。
0SV#M6`GX @EzSosmF 競爭壓力正不斷迫使制造商以更高效的方式加工零件。與此同時，航空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)商也需要強度更高、質(zhì)量更輕、
公差要求更嚴(yán)的構(gòu)件。采用高速加工技術(shù)可以使制造商縮短加工循環(huán)時間，同時還能加工出比以往更精巧、壁更薄的零件。
@ .fuR# zIWw055W 按照哈斯（Haas）公司加工經(jīng)理Wayne Reilly的看法，許多人在使用高速加工這一術(shù)語時并不嚴(yán)謹(jǐn)。在Reilly看來，雖然一些人認(rèn)為任何主軸轉(zhuǎn)速超過10000rpm的加工就算高速加工，但另一些人對此卻有更復(fù)雜一些的定義。他說，“實際上這取決于該術(shù)語的使用背景。工具制造商可能將其定義為轉(zhuǎn)速，而機床制造商則可能將其定義為CNC數(shù)控系統(tǒng)中的某些前瞻處理程序塊。高速加工的技術(shù)發(fā)展趨勢是采用更快的切削速度、進(jìn)給率和負(fù)荷更輕的切削，而傳統(tǒng)加工通常采用負(fù)荷較重、切深較大的低速切削�！崩纾构旧a(chǎn)的立式加工中心（VMC）為高速加工提供了高達(dá)30000rpm的額定主軸轉(zhuǎn)速和30馬力（22.4kW）的
驅(qū)動系統(tǒng)額定功率。
lIO.LF3 m~~_iz_* 辛辛那提（MAG Cincinnati）公司的鋁件加工平臺經(jīng)理Randy Von Moll表示，“與其孤立地討論主軸轉(zhuǎn)速，我倒更喜歡高效加工這個術(shù)語�！彼亩x除了主軸轉(zhuǎn)速外，還包括機床的動態(tài)響應(yīng)。他用了5個
參數(shù)來定義高效加工：①主軸轉(zhuǎn)速；②主軸功率；③高的進(jìn)給率和刀路速率；④高的加、減速度；⑤高
精度。后三個條件專門定義了機床的動態(tài)響應(yīng)而不是主軸特性。Von Moll說，“為了更有效地切削合金材料（如鋁合金），確實需要將高性能的主軸與機床的高動態(tài)響應(yīng)結(jié)合起來。”
@FL?,_,Y{ 22|e iW/a 如果將航空零件分為“薄板件”和“厚板件”兩大類，他認(rèn)為可將高速加工分別定義為：對于厚度在50mm以內(nèi)的薄板件，主軸轉(zhuǎn)速為30000rpm，額定功率為80馬力（60kW）；對于厚度在50mm以上的厚板件，主軸轉(zhuǎn)速為18000rpm，額定功率為135馬力（100kW）。
|,bsMJh0 9Y 1&SEsNX Von Moll解釋說，“在切削加工薄板件和厚板件時，機床的最高動態(tài)響應(yīng)參數(shù)并無太大不同。對于兩種工件，加速度/減速度都應(yīng)在0.5g左右，應(yīng)提供盡可能快的（非切削）往復(fù)運動，至少達(dá)到1500ipm（38m/min）。”
^_JD
7-g 9|dgmEd 在加工復(fù)雜的凹腔類工件時，加速度/減速度對切削時間有很大影響，因為刀具在加工中必須多次改變方向。
q{ov62t` Vb06z3"r 機床的往復(fù)移動時間會影響切削時間，尤其是輔助時間（切削鋁合金時輔助時間可占到全部加工循環(huán)時間的20％）。輔助時間包括切削一個新工件時刀具的定位時間或刀具移動到換刀機械手的時間。按照精益制造的觀點，輔助時間是一種需要消除的浪費。幾年前，辛辛那提公司推出了可實現(xiàn)快速往復(fù)移動與高加/減速度完美結(jié)合的HyperMach立式仿形銑床系列。這些機床的快速往復(fù)移動速度高達(dá)4000ipm（101m/min），其目的就是為了縮短輔助時間。HyperMach的X、Y、Z軸行程分別達(dá)到33m、3500mm和1250mm，并配置了附加的A、B或C軸，機床的主軸轉(zhuǎn)速高達(dá)30000rpm。大部分HyperMach立式仿形銑床都是在一個共用的X軸龍門結(jié)構(gòu)上安裝兩個相互獨立的主軸。為了應(yīng)對提高大型工件（尺寸可達(dá)2000mm×4000mm）加工效率的市場需求，辛辛那提公司將在IMTS 2008（2008年美國芝加哥國際制造技術(shù)展覽會）上展出并演示HyperMach臥式系列。
cu|gM[ < pI2} “切削出小切屑并盡可能快速地加工”是牧野（Makino）公司設(shè)計工程師Alan Hollatz對高速加工的定義。他認(rèn)為，高轉(zhuǎn)速、小切深的加工方法可以減少傳入工件或刀具中的切削熱，工件和機床所受的切削力也較小。傳統(tǒng)的低轉(zhuǎn)速、大切深加工方法容易使現(xiàn)代設(shè)計中壁厚薄至0.030″（0.76mm）的工件產(chǎn)生變形。較小的切削力還意味著可以降低對工件夾持的要求。
KotJ,s]B m; {_%oQ; Hollatz建議，在精加工鋁合金時，應(yīng)盡可能采用高速切削，“如果主軸額定轉(zhuǎn)速為30000rpm，我們將嘗試全速運行。同時，我們還會限制所用刀具的直徑。考慮到刀具不平衡引起的離心力，機床轉(zhuǎn)速越高時，刀具直徑應(yīng)越小�！弊鳛橐粋�實例，牧野生產(chǎn)的一種大型機床（主軸轉(zhuǎn)速33000rpm，電機功率107馬力[80kW]）不推薦使用任何直徑大于50mm的刀具。對于大多數(shù)切削加工而言，直徑為25mm或更小的刀具切削效率最高。
Nm%&xm Qvs}{h/ 與大多數(shù)機床供應(yīng)商一樣，Hollatz推薦在主軸轉(zhuǎn)速較高時采用空心短錐柄（HSK刀柄），而不要采用CAT型刀柄。他指出，CAT刀柄在高速加工時可能會引起Z方向的精度問題。在以高轉(zhuǎn)速進(jìn)行加工時，曾經(jīng)出現(xiàn)過CAT刀柄卡住主軸的極端情況。HSK刀柄的設(shè)計特點是采用錐面和端面雙重接觸，因此可以控制Z方向的精度�！爱�(dāng)主軸轉(zhuǎn)速在20000rpm以下時，可以采用CAT刀柄，但當(dāng)轉(zhuǎn)速高達(dá)30000rpm時，除了采用HSK刀柄以外別無選擇�！�
cD^n}'ej >`p`^: 高速加工的另一個關(guān)鍵因素是CNC控制器及其在高速條件下精確控制機床運動的能力。具有“前瞻”功能的控制器可以根據(jù)刀具將要到達(dá)的位置控制刀具當(dāng)前的速度和加/減速度，該功能與高速驅(qū)動主軸同樣重要。
!o 2" th AJSe +1 據(jù)Hollatz介紹，牧野機床控制器的
標(biāo)準(zhǔn)“前瞻”功能有超過60－80個G碼模塊。其中的Super GI.4控制器程序包是為高速加工而專門設(shè)計的，有超過180－250個模塊。對于相同的刀具路徑，Super GI.4的運動速度比它所替代的SGI.3控制器提高了15%－30%。
sT
