高速加工——开启高效大门之匙

　　高速加工简介

　　高速加工（HSM）已经不简简单单是一种缩短生产时间和提高工件精度的技术革新，它已切实上升成为替企业提高生产率的生产策略。这种策略直对生产成本和生产时间，结果不仅要获得高质量的工件，更要提高生产效率。

　　高速加工的核心是通过提高主轴转速和进给，获得更好的加工质量，此举开创了加工技术新的先河。应用于薄壁件的加工，得到超光滑的加工表面，高金属去除率等优势已得到广泛认可。这种技术不仅可用于有色金属，更适用于淬硬钢和其他难加工材料，广泛应用在航空、模具、小零件和医疗等行业。

　　尽管高速加工的概念已经提出了很长时间（十九世纪20年代首次出现），然而对它的定义仍然很模糊。1931年，Carl Salomon首次将高速加工定义为：切削速度比传统切削高出5～10倍的加工运动。然而今天，我们知道高速加工不仅仅意味着高主轴转速，更是一种提高生产率和节约成本的全局策略。

　　高速加工的应用

　　一些运用铝合金的特殊产业，例如汽车零件，小型电脑零件以及医疗设备等，需要在加工中实现高速金属去除率，也引发了对高速加工的需求。航空领域中，以铝合金为原料的机翼和机身，由于加工壁很薄，也依赖于高速加工的运用，令主轴转速在高进给的前提下仍可达到5000～15000r/min。

　　模具工业是高速切削铣削的又一个运用领域。它要求刀具在加工高硬度材料和较软材料，甚至是加工EDM行业中的石墨电极和铜电极时，都能满足严格的公差，高精度以及高表面质量。

　　同时，高速加工实现了模具行业用小型刀具，小切深进行加工的可能性，也令窄槽以及复杂型面的加工可选择铣削来取代电加工。除此之外，高速加工得到的光洁表面还省去了人工抛光的环节。

　　上述应用不仅有主轴转速标准，更需要有一套稳定的工艺支持其实现。涉及的方面包括工具系统，工艺流程和控制程序，而这些将与传统加工的要求相差甚远。在一些情况下，对工艺的选择还需要了解机床在不同主轴转速下的状态。

　　考虑到不同机床的规格，为实现针对不同工件的高速加工，工艺设计者要将加工中的各个环节统合到一个平衡的系统中。这要求设计者考虑以下几个重要环节：

　　刀具材料

　　刀具的合金牌号和切削参数在工艺中扮演着重要的角色。也因此，伊斯卡开发了IC08牌号硬质合金——一种无涂层，超细颗粒，硬质合金牌号，用于有色金属的高速加工。除此之外，伊斯卡还研发了IC903牌号合金——一种钴含量为12%的超微细颗粒、TiALN PVD涂层，具有高韧性、高耐磨性的特质，适用于淬硬钢（62HRc以上）、钛合金、镍基合金和不锈钢等。这些刀具经过特殊的几何形状和断屑槽设计，适用于高速加工。除此之外，高强度材质令刀具可抵抗高频率的冲击力，也同时具有较低的热膨胀系数。

　　刀柄——突破平衡问题

　　对于刀柄等附件系统，影响高速加工效率的有主轴、副轴、驱动电机、刀柄和刀具等。主轴是至关重要的元素，因此，为了保持高效率和高精度，一定要保证跳动被降至最低。跳动值越小，刀片的寿命也就越长，特别是在高速加工中，跳动值大小尤为重要。在切削刃上TIR的值应控制在10μm之内。跳动值每增加10μm，刀具寿命将减少50%。即使刀具、刀柄和主轴都保持高度平衡性，也会产生一些不稳定因素。因素之一便为刀柄和主轴间隙，二者间常常存在不可忽略的间距。而这个间隙甚至可能囤积铁屑和灰尘。在实际加工中，一个转速为20000r/min的立铣刀，仅需要将动平衡调整至20g/mm。

　　为了最大程度地保证精确度，伊斯卡研发了热缩夹头 （SHRINKIN）——通过热胀冷缩原理实现夹紧的系统，通过此方式令硬质合金立铣刀夹紧达到更高刚性。新夹紧系统获得了更高的扭力，更小的跳动和更高的重复定位精度。热缩夹头的刀柄细长，可提供更多的长度选择，也可完成更深的型腔铣和有侧壁干涉的铣削。

　　　伊斯卡为用户提供热缩夹头的全套设备，包括独特设计的加热器，配有可移动加热手柄。加热器自带先进的温度测控仪，操作者可简单、方便地在加工中心或工具室进行操作。

　　伊斯卡为高精度的高速加工提供了另一个选择是动平衡刀柄（BALANCIN）——在刀柄上安装动平衡调节系统。动平衡刀柄系列有若干优势，如可在刀柄上直接读出高精度的动平衡值，调节系统可方便地用于各种动平衡仪等。另外，此刀柄可进行动平衡和静平衡的调节，补差值达到61g/mm。

　　除此之外，为确保高速加工精度，我们还需考虑主轴的结构、热稳定性、运动顺序，硬件、离心扩张、热扩张和振动等因素。

　　提起振动，它有可能来源于刀具和工件的接触，或切削引起的共振，也有可能是因为离心力作用在不平衡的刀具或刀柄上。控制振动，不仅能提高加工精度和效率，也可延长机床主轴和刀具的寿命。振动还会影响表面光洁度，造成切削刃崩刃和产生噪音。

　　速度带来的高效率

　　机床工具的运动状态以及整个系统的稳定性决定了被加工工件的质量。除此之外，切削刃的设计，加工参数和加工时的系统状态决定了工件的表面质量。这也意味着，长期来看，一套优秀的支持高速切削的加工设备可实现最佳的回报率。

　　使用直线驱动电机较之传统的滚珠丝杠驱动电机可以大大的提高生产效率。而且使用直线电机可以减少类似传统滚珠丝杠驱动系统中由于机械配合引起的误差。

　　使用先进的高速加工技术可以看作是一种管理方式。它需要整合、协调加工中的各个环节，来实现加工效率的最大化。

　　结论

　　残酷的市场竞争要求更新的加工技术和解决方案，高速加工就是实现高效率而同时节省加工成本的优秀范例。

　　虽然对机床设备提出了更高的要求，但高速加工给予我们的是无尽的利益。它为我们节约了生产时间，减少了加工步骤（例如人工抛光），同时还保证了加工精度。虽然我们对高速加工已经有了一定了解，但为了更好的质量和更低的成本，对它的研究和开发必须继续进行。

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