在過去十年間挨约，加工車間所用CNC加工中心的主要發(fā)展趨勢(shì)是速度更快叉橱、智能化程度更高胖烛，并采用質(zhì)量更輕眼姐、功耗更低的主軸。而目前不斷上升的能源成本也加速了這一進(jìn)程佩番。這種發(fā)展趨勢(shì)與使用能在一次走刀中實(shí)現(xiàn)大切深切削的強(qiáng)力機(jī)床完全背道而馳众旗。高速加工（HSM）也必然意味著是低功耗加工（LPH），它需要采用不同的刀具趟畏，以及對(duì)刀具有不同的認(rèn)識(shí)贡歧。

　　近年來，日益提高的能源成本和對(duì)全球氣候變化的關(guān)注已經(jīng)賦予這種發(fā)展趨勢(shì)新的緊迫性赋秀。許多制造商發(fā)現(xiàn)利朵，他們的電力、能源等公用事業(yè)支出以每年25%或更高的速度遞增沃琅。作為一種回應(yīng)哗咆，一些企業(yè)開始采用新的策略搂物，承諾實(shí)施“綠色制造”和“低能耗制造”。更多的制造商雖然沒有大肆聲張读铁，但也在企業(yè)范圍內(nèi)默默但有意識(shí)地尋求加工工藝的變革囱蕴，以降低金屬切削加工的能耗水平。選用適當(dāng)?shù)牡毒吆偷凸募庸し椒梢詾閷?shí)現(xiàn)這一目標(biāo)做出貢獻(xiàn)砂两。

　　為了應(yīng)對(duì)高速/低耗加工的發(fā)展趨勢(shì)朋堪，許多一流的刀具供應(yīng)商正在開發(fā)高速加工專用刀具系列，或在他們的刀具產(chǎn)品上增加額定主軸轉(zhuǎn)速的標(biāo)注汪汰。某些刀具供應(yīng)商的步伐則更加超前盹扮。這樣做的原因在于：雖然高速加工或額定主軸轉(zhuǎn)速的現(xiàn)狀是好的，對(duì)高速主軸的安全性也是必要的步盼，但其發(fā)展尚不夠充分字拒。高速加工或額定轉(zhuǎn)速本身僅僅意味著鉆頭或刀具以12000轉(zhuǎn)/分或40000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速實(shí)際運(yùn)行時(shí)具有足夠好的平衡性，同時(shí)刀片在刀具中安裝牢固樊鲁。但是投嫂，這并不能說明刀具的加工效率，而效率才是節(jié)約能源和保護(hù)輕型機(jī)床結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素蔗彤。

　　當(dāng)然川梅，高速加工或額定轉(zhuǎn)速是需要強(qiáng)調(diào)的，但眼光還應(yīng)該看得更遠(yuǎn)一些然遏。你會(huì)發(fā)現(xiàn)贫途，在目前用于高速加工的各種銑刀和鉆頭中，在加工效率及能效上存在巨大差異待侵。這些差異對(duì)于粗加工丢早、一次走刀銑削和大直徑孔加工尤其重要。

　　讓我們首先解剖一臺(tái)典型的CNC高速加工中心诫给，看看它與傳統(tǒng)機(jī)床有何不同香拉。當(dāng)然，它的速度很快中狂，具有最高可到40000r/min的額定主軸轉(zhuǎn)速，并可達(dá)到極高的進(jìn)給率扑毡；它的智能化程度也很高胃榕，其控制系統(tǒng)通常能實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)加工、刀具路徑優(yōu)化和3－6軸聯(lián)動(dòng)加工瞄摊。不過它也有不足之處勋又，一是主軸電機(jī)的額定功率可能只有20馬力（25kW）或更小颈缆；二是機(jī)床結(jié)構(gòu)很輕葡料，因此更容易發(fā)生偏斜和振動(dòng)（這一點(diǎn)常常被忽視）汗钳。實(shí)際上，限制材料去除率提高的通常是結(jié)構(gòu)剛性而非主軸功率佃贞。不只是主軸電機(jī)磺瓤，這種機(jī)床整體上都是為輕載、快速的多次走刀切削（而非大切深隶俄、少走刀的切削）而設(shè)計(jì)的设连。

　　從刀具的觀點(diǎn)來看，高效低耗加工的關(guān)鍵是瞬時(shí)加熱切削區(qū)以軟化被切削金屬剿蹦，并將熱量傳遞給切屑蛀蜀，使熱量隨切屑一起離開切削區(qū)。很明顯叹盼，金屬越軟报斗，切除金屬所需的功率越小。與過去采取一切可能的方法降低加工溫度相比运杭，這是一種完全不同的思維方式夫啊，這就要求我們?cè)诘毒咴O(shè)計(jì)階段以及用戶在刀具選擇階段都必須采取與過去不同的方法。

　　切削熱可能仍然是刀片的大敵县习，但在工件上的切削點(diǎn)以及切屑中涮母，它的確可以變?yōu)橛欣蛩亍Ｈ缃裨O(shè)計(jì)的高速銑刀性能更為先進(jìn)躁愿，它與高速主軸（及其高表面切削速度）配合叛本，可使切削點(diǎn)的金屬發(fā)生塑性軟化。如能找到這種刀具——它能利用切屑變形產(chǎn)生的熱量軟化待切削金屬彤钟，使其正好達(dá)到更易切削的狀態(tài)——就能實(shí)現(xiàn)更快速来候、更節(jié)能的切削加工，同時(shí)可以延長(zhǎng)刀具和機(jī)床的壽命逸雹。

　　為低功耗加工而開發(fā)的刀片還應(yīng)具有另外兩個(gè)重要特征：一是基體和涂層能夠耐高溫营搅、耐沖擊；二是切削刃幾何形狀的設(shè)計(jì)能充分實(shí)現(xiàn)自由切削（高速梆砸、無支承切削）转质。基體和涂層需要經(jīng)受得住與切削區(qū)材料塑性變化有關(guān)的高溫環(huán)境版药，同時(shí)還要承受以較高表面速度反復(fù)碰撞工件的頻繁沖擊埠限，這些沖擊力隨著主軸轉(zhuǎn)速的提高而成比例地增大。

　　關(guān)于低功耗銑削刀具的前刀面幾何形狀茅铺，刀片至少應(yīng)具有雙重正前角——在徑向和軸向均為正前角旦珊。這樣，可保證在兩個(gè)方向上都有平滑的劈入式切削效果，與用更鈍的0°前角刀具產(chǎn)生的刮削效果相比昵诅，產(chǎn)生的切削力較小盈侣，耗費(fèi)的功率也更少。然而貌梦，并非所有的刀片都具有雙重正前角瘩穆，因此需要注意選擇。

　　還需要尋找具有螺旋切削刃的銑刀（此類銑刀牌號(hào)很少）亮蜓，這種銑刀可顯著降低功率需求和沖擊力嘉容，其曲線切削刃使刀片更容易切入工件。從微觀層面來看挠囚，它更像在鈑金加工時(shí)用帶角度的刀片一次只剪切掉一部分材料饿呢，而不是一次性地猛烈沖壓整塊金屬板。銑刀采用20°～45°的螺旋升角也可減小刀具切入時(shí)的沖擊堪遂，并能抑制切出時(shí)產(chǎn)生毛刺介蛉。

　　在模具加工中，使用球鼻銑刀銑削要浪費(fèi)大量功率溶褪，因?yàn)橹挥幸恍〔糠智邢鞅砻妫ㄖ芯暰€周邊區(qū)域）是以最佳表面速度和效率在參與切削币旧。更好的選擇是采用一種有更多直齒的圓鼻銑刀（如英格索爾公司開發(fā)的Chip Surfer銑刀，它可使更多的切削表面參與切削）猿妈。

　　刀具的節(jié)圓半徑及與此相關(guān)的表面切削速度在整個(gè)切削表面上是相當(dāng)一致的吹菱。在切削表面的兩端，其表面速度并不趨近于零彭则，因?yàn)樗仨毧拷虮倾姷兜谋遣亏⑺ⅰＦ浯危谥本€切削中俯抖，采用大的刮削半徑输瓜，利用切屑減薄效應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)更快的材料去除芬萍。大的刀尖圓弧半徑與倒錐度相結(jié)合尤揣，使轉(zhuǎn)角清根變得更為容易，并可使切削力減至最小她忱。所有的切削表面都采用了大的正前角蝇莲，以減小切削力，降低功率消耗园秫。

　　一旦選定了合適的銑刀摹撰，就一定要充分加以利用。切削大多數(shù)鋼材的規(guī)則是：快速切削枫技、熱切削、干切削。提高主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給率秧朝，可引起材料的塑性化效應(yīng)领末，同時(shí)也提高了生產(chǎn)率。將刀具制造商推薦的切削參數(shù)（進(jìn)給量和切削速度）僅僅作為起點(diǎn)噩振，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高痘涧。最重要的一點(diǎn)是不能使用冷卻液。除了要防止刀具受到熱沖擊以外钻寿，還要讓刀具產(chǎn)生軟化工件材料所需要的熱量纤壁。在加工中，或許不需要為沖刷切屑而使用切削液捺信，采用正前角刀具的高速加工能夠很好地排屑酌媒。增加一個(gè)帶除濕功能的噴氣裝置將有所裨益。

　　以下是一些指導(dǎo)原則迄靠，其中一部分通趁胱桑可以應(yīng)用于粗銑加工，但對(duì)于低功耗銑削來說掌挚，所有這些原則都很重要雨席。

　　（1）在可能的情況下盡量采用順銑吠式，它可使切削刃更平滑地切入工件陡厘，既可保護(hù)重量較輕的機(jī)床結(jié)構(gòu)，又可延長(zhǎng)刀具壽命特占。

　〔谥谩（2）通過研究切屑的顏色，可以發(fā)現(xiàn)與切削效率有關(guān)的線索摩钙。在銑削鋼件時(shí)罢低，不必?fù)?dān)心出現(xiàn)深藍(lán)色切屑，因?yàn)樗馕吨己玫你娤鳡顟B(tài)和材料軟化效果荚谢，且切削熱正以正確方式被切屑帶走和月。而在銑削不銹鋼時(shí)，淺草黃色的切屑也是銑削狀態(tài)良好的信號(hào)凯挟。

　∫菝（3）窄肩切削比寬肩切削能效更高，每一次切削的接觸寬度不要超過刀具的75%辱滤。出于相同的原因苦钱，不要用兩個(gè)以上的刀片同時(shí)參與切削，否則只會(huì)產(chǎn)生更多摩擦沽贸、消耗更多功率避晾，得不償失。如果加工中發(fā)生震顫，可以改變刀具的幾何參數(shù)（如前角啥匀、安裝角或?qū)С探牵┩馨稹⒃龃笄行驾d荷和（或）減小（而不是增大）刀片的傾角催首。

　　孔加工通常被認(rèn)為是去除單位材料耗能最多的加工扶踊。即使采用新型麻花鉆，也只有一小部分切削表面能以理想的表面速度進(jìn)行切削郎任；即使在最好的加工環(huán)境條件下秧耗，切屑與容屑槽之間的摩擦也會(huì)消耗切削能量。此外舶治，將切削液輸送到切削表面的液泵也需要消耗能量分井。被加工的孔越大、越深歼疮，對(duì)能量的消耗也越大杂抽。

　　對(duì)于直徑25.4mm以上的大孔加工，比較好的替代方法是采用螺旋銑孔法韩脏。當(dāng)然缩麸，這需要機(jī)床具有插補(bǔ)控制功能。采用這種干式赡矢、節(jié)能的切削方法取代濕式杭朱、耗能的傳統(tǒng)加工工藝具有不錯(cuò)的效果，用單齒或多齒立銑刀加工大直徑孔比用任何鉆頭加工需要的機(jī)床功率和系統(tǒng)剛性都更小洁拓。

　　根據(jù)螺旋銑孔技術(shù)應(yīng)用者的報(bào)告窑笑，定位銷孔的加工循環(huán)時(shí)間縮短了3/4，銑削加工的功率消耗僅為40%挑蚕。如果采用扁鉆加工這種大直徑孔综界，大多數(shù)現(xiàn)代CNC機(jī)床將無法提供所需的功率。由于這一原因撵晨，許多模具制造商僅僅為了加工定位銷孔而不得不將工裝移到坐標(biāo)鏜床或重型鉆床上贴祷。而借助于螺旋銑孔技術(shù)，他們就可以在用于型腔加工的小功率銑床上通過一次裝夾完成全部定位銷孔的加工攒筛。不管你信不信胎汁，采用螺旋銑孔技術(shù)，可以直接在無預(yù)孔的工件上加工大孔鸳辈，而無需為日益增多的大孔鉆削加工浪費(fèi)大量時(shí)間和電能究勺。

　　采用螺旋銑削加工各種深度的孔或盲孔時(shí)，需要注意清除切屑崩旱。銑刀的幾何形狀可以生成細(xì)小切屑酱劫，但并不一定要由刀具自身來清除切屑澄港，在垂直銑削和某些水平銑削加工中，可能需要采用空氣吹屑悴晰。

　　可換齒冠鉆頭（如英格索爾公司的Quick-Twist鉆頭）也可用于大孔加工慢睡，且所需功率小于帶槽鉆頭。由于其獨(dú)特的幾何形狀铡溪，齒冠的切削效率很高，而且鉆桿的直徑小于齒冠直徑泪喊，從而能夠更容易地清除切屑和減小摩擦力棕硫。此外，韌性較好的合金鋼鉆桿能夠承受在輕型機(jī)床上常見的振動(dòng)和刀具變形袒啼，而整體硬質(zhì)合金鉆頭則容易因振動(dòng)和變形而損壞哈扮。

　　可換齒冠鉆頭主要用于大批量生產(chǎn)，以避免重新調(diào)整機(jī)床和各種整體硬質(zhì)合金鉆頭的大量庫(kù)存蚓再，由于其更高效的切削刃幾何形狀和韌性更好的鉆桿滑肉，提升了低功耗鉆削加工的附加值。

　　為了提高高速/低功耗加工的效率摘仅，在選擇銑刀和孔加工刀具時(shí)靶庙，不僅要關(guān)注高速加工（主軸轉(zhuǎn)速），而且要使刀具適合實(shí)際加工谍益。除了高速加工的安全性汁眶，還會(huì)有更多收獲。銑削加工時(shí)逐点，選擇“完全自由切削”的刀具幾何形狀（帶螺旋切削刃的雙正前角銑刀）亮翁，并采用熱硬性好的刀具。鉆削加工時(shí)辞垦，可考慮采用螺旋銑削來加工大孔并臊。對(duì)于普通鉆削加工，可試用具有高韌性合金鋼鉆桿的可換齒冠鉆頭怎棋，以避免整體硬質(zhì)合金鉆頭在不穩(wěn)定的安裝條件下發(fā)生折斷帆疚。可換齒冠鉆頭可以提高金屬去除率坎扰，保護(hù)輕型機(jī)床和刀具曹均，同時(shí)節(jié)省加工功率。

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