20世紀90年代初開始邀杏，現(xiàn)代先進大型飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計制造技術(shù)出現(xiàn)了明顯變化：更多地采用復(fù)合材料和金屬整體結(jié)構(gòu)件設(shè)計制造技術(shù)晾充，以實現(xiàn)大幅度減少飛機零部件數(shù)量哪趟、減輕飛機結(jié)構(gòu)重量升碱、提升飛機性能踩林、改善飛機安全可靠性和提高飛機使用壽命。其中高速加工技術(shù)在航宇制造業(yè)中得到廣泛應(yīng)用是酣，推動了飛機金屬結(jié)構(gòu)件更加明顯轉(zhuǎn)向采用整體結(jié)構(gòu)件設(shè)計和切削加工簡單制造法醋掖，取代傳統(tǒng)成百上千個零件通過連接技術(shù)組成的組合結(jié)構(gòu)件。

　　典型高速加工技術(shù)(HSM)

　　高速加工從技術(shù)概念的提出并發(fā)展到較成熟的工業(yè)應(yīng)用黄刚，大致經(jīng)歷了高速切削機理研究(上世紀70年代初前)捎谨、高速切削應(yīng)用探索研究(上世紀70年代)、高速切削初步工程應(yīng)用(上世紀70年代末到80年代中)和高速切削較成熟工程應(yīng)用(上世紀80年代中至今)四個階段憔维。特別最近10多年來涛救，由于諸如高速機床結(jié)構(gòu)、高速主軸业扒、快速坐標驅(qū)動检吆、高速切削刀具、高性能控制系統(tǒng)和高速編程技術(shù)等許多高速加工工程應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展進步程储，使得比常規(guī)切削加工具有許多明顯優(yōu)勢的高速加工在金屬切削加工領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用蹭沛，特別是在航宇、模具和汽車制造業(yè)≈掳澹現(xiàn)今交煞，設(shè)計制造一臺主軸轉(zhuǎn)速達數(shù)萬轉(zhuǎn)每分鐘斟或，進給速度達數(shù)十米每分鐘的高速數(shù)控加工機床已不再是困難的事了虫喝。在航宇和汽車制造業(yè)，許多機加工廠現(xiàn)場處處可以看到先進的五軸聯(lián)動高速數(shù)控加工中心(MC)機床在運行晚惊，高速加工在許多產(chǎn)品零件生產(chǎn)中得到極為廣泛實際應(yīng)用乐太，并已成為現(xiàn)代制造企業(yè)實現(xiàn)高生產(chǎn)率產(chǎn)品制造的關(guān)鍵技術(shù)。

　　但直到現(xiàn)在莉孽，工業(yè)界對高速加工還沒有一種明確、統(tǒng)一来锥、權(quán)威和公認的定義液珠。實際上，高速加工最基本技術(shù)的概念在于其切削速度是常規(guī)切削速度的5~10倍以上酝润。同時，由于工件材料的多元性和切削加工工藝的多元性(車构回、銑蕉陋、鉆、磨凳鬓、鏜、拉等)缩举，因此作為呈現(xiàn)高速加工技術(shù)基本特征的切削速度也具有多元性特點，即不同工件材料或不同切削加工工藝時其作為高速加工定義的切削速度范圍則是不同的托猩。

　　首先，隨著工件材料相對可加工性Kr的減小溶迹，高速加工允許使用的切削速度將降低。典型工件材料相對可加工性及其分級見下表雄工。目前硬拴，鋁合金材高速加工的切削速度可達2500~7500m/min，普通鋼為600~2400m/min魁济，而鈦合金材僅為100~1200m/min，淬硬鋼和航空高溫合金等硬合金材則更低孙已。如鋁合金材實際高速加工使用的切削速度目前多在1500~6000m/min。

　　其次投放，在給定切削速度下适贸，使用的切削刀具直徑越小，則允許的主軸轉(zhuǎn)速越高拜姿。或者說低主軸轉(zhuǎn)速場合蕊肥，可通過大刀具直徑獲得高切削速度。

　　第三批狱，高速加工技術(shù)中的“高速”是一種相對概念展东，主要取決于被加工材料的特性，如切削速度達1000m/min盐肃，對鋁合金材而言可能不被視為“高速”，但對鈦合金材而言則是很“高速”了酒管，對于航空高強度高溫合金材則是超“高速”了“柩蓿　

　　典型高速加工工程應(yīng)用開發(fā)研究，主要始于針對航宇制造業(yè)中廣泛使用的鋁合金(輕合金)材構(gòu)件的高速切削加工需求而開展的值港。因此阻洋，典型高速加工是一種應(yīng)用高主軸轉(zhuǎn)速、快進給速度和低負載的切削加工败芙，主要應(yīng)用于輕合金材工件精加工或半精加工惫谤。許多高等院校、專業(yè)研究所溜歪、數(shù)控機床/刀具制造商以及最終用戶等對鋁合金材的高速加工技術(shù)研究已相當廣泛和深入，工業(yè)應(yīng)用也較成熟调衰，從某種意義上講已基本趨于標準化自阱。工業(yè)實踐表明，高速加工與常規(guī)切削加工相比具有明顯優(yōu)勢：切削力減少約30%沛豌，進給速度可提高5~10倍，切削加工時間減少約60~80%叫确，金屬切除率提高3~5倍叁渣，刀具耐用度提高70%，表面粗糙度優(yōu)于8~10μm炼注，工件溫升低，熱變形與熱膨脹減小辞镇，特別適宜細長臭赃、復(fù)雜薄壁零件的加工忙甩，通常可降低加工成本20~50%等等揉罗。因此高速加工技術(shù)已成為本世紀機械切削加工領(lǐng)域最重要的和應(yīng)用極廣泛的一種具有創(chuàng)新性的機械切削加工技術(shù)掷情。

　　最近幾年，高速加工技術(shù)持續(xù)發(fā)展呈現(xiàn)出如下兩個基本趨勢：

　　(1)向更高金屬切除率的高速加工能力(即后文將要討論的高效加工技術(shù)和工序復(fù)合加工能力(即高效高速加工技術(shù))凹耙，以實現(xiàn)對大型整體構(gòu)件的高生產(chǎn)率加工發(fā)展肠仪。

　　(2)隨著鈦合金材結(jié)構(gòu)件在航空飛機設(shè)計制造中所占比例的急速增加，人們開始將對鋁合金材的關(guān)注轉(zhuǎn)向鈦合金等硬質(zhì)合金材的高速加工技術(shù)的工程應(yīng)用研究异旧，取得了較大進展，并開始實現(xiàn)實際工業(yè)應(yīng)用荤崇，推出了許多先進的用于硬質(zhì)合金材高速加工的數(shù)控加工機床匹涮。

　　高效加工技術(shù)(HEM)

　　如前所述，大型航宇整體結(jié)構(gòu)件多采用簡單制造法喜每，材料去除率一般可高達60~95%拘挖。整體結(jié)構(gòu)件簡單制造法，通常先采用高效加工技術(shù)進行高速粗加工挑画，快速切除大部分余量，而后通過高速加工技術(shù)實施高速精加工融沟，實現(xiàn)“一次裝夾完成全部加工”的工藝策略欠住。在進行精加工序前還可能需要進行高速半粗加工或高速半精加工工序佳珊，以使最終精加工的余量最佳化杆荐。這種被作為高速粗加工/半粗加工應(yīng)用的高效加工技術(shù)，一般又稱之為高切除量加工诉濒，是一種高效率的高速加工，為高速加工技術(shù)范疇专挪，但又不完全等同于典型高速加工技術(shù)片排。

　　(1)實際應(yīng)用目標不同

　　高效加工和高速加工最基本的差異在于它們實際應(yīng)用所追求的目標不同。典型高速加工技術(shù)，主要用于高速精加工或高速半精加工锌畸，其關(guān)注的是高主軸轉(zhuǎn)速和進給率，即要求取得盡可能高的零件表面積切除速率比默，以快速取得高加工質(zhì)量的高速加工為應(yīng)用目標盆犁。而高效加工主要用于高速粗加工或高速半粗加工，其關(guān)注的是切削加工效率噪怜，即要求有盡可能高的金屬切除率鸟焊，以取得短零件加工周期(即高效率)的高速加工為應(yīng)用目標∨毫洌　　

　　(2)加工工藝策略不同

　　盡管高效加工和典型高速加工都屬于高速技術(shù)范疇削蕊，但二者采用的加工工藝策略卻是不一樣的，這是由于二者實際應(yīng)用目標不同之所致元丈。高速加工通常采用高主軸轉(zhuǎn)速喘建、小每齒進給量轧葛、高進給速度艇搀、適當大切寬(WOC)和小切深(DOC)的加工工藝策略尿扯；高效加工通常采用中等高主軸轉(zhuǎn)速焰雕、較大刀刃進給量矩屁、較高進給速度、適當大切寬和大切深的切削加工工藝策略泊脐。比如對鋁合金材烁峭，典型高速加工通常要求主軸轉(zhuǎn)速超過18000r/min，每齒進給量0.1~0.4mm/r挤毯，切深從0.25~2.5mm，允許刀具接觸弧系數(shù)(切寬WOC對刀具直徑D的百分比)達100%两漫。而高效加工主軸轉(zhuǎn)速通常在10000~15000r/min宅集，每齒進給量0.1~0.3mm/r，切深可為高速加工的好幾倍(取決于工件類型)完各，刀具接觸弧系數(shù)通常≦75%瘟麻。如在一立式數(shù)控MC機床上粗加工鋁合金材6061-T6工件，使用直徑51mm的5齒端銑刀耍才，主軸轉(zhuǎn)速10000r/min航夺，切深9.5mm崔涂，切寬51mm始衅，進給速度7620mm/min，切削速度1600m/min汛闸，每齒進給量為0.152mm/r蝙茶，金屬切除率達3690cm3/min诸老。

　　這就是說别伏，典型高速加工是一種高速精加工工藝策略，而高效加工則是一種高速粗加工工藝策略愧口。

　　高效高速加工技術(shù)(HEM-HSM)

　　在航宇制造業(yè)咆杯，許多大型復(fù)雜金屬整體結(jié)構(gòu)件采用常規(guī)加工工藝路線，通常先在普通數(shù)控MC機床上完成粗加工與半粗加工后卸下瑟捡，轉(zhuǎn)序并裝夾到高速五軸數(shù)控MC機床上進行半精加工和最終精加工萨羽。這種加工工藝路線钙径，存在有明顯的不足：

　　(1)工件需要二次裝夾和重新定位，且這些大型工件裝夾村肯、調(diào)整和定位操作往往是既困難又費時的疏菩，增加了不少非切削加工時間，還帶來二次裝夾定位誤差夹姥。

　　(2)轉(zhuǎn)序加工就意味著需要工序間輔助時間辙售，還可能需要待工，增長了零件交付時間祈搜。

　　(3)由于構(gòu)件尺寸大容燕，結(jié)構(gòu)復(fù)雜曹铃，裝夾、調(diào)整和定位操作需要有較高技能的操作者桶辉，增加了產(chǎn)品制造勞力費用杠尘。

　　(4)加工一個零件往往需有多種理斜、多臺不同加工設(shè)備來完成伐薯，增加了設(shè)備的臺數(shù)和生產(chǎn)廠房占地面積弥禀，加重了企業(yè)的資金投入，同時也就增高了零件加工成本費用诡岂。

　　因此登鄙，航宇制造企業(yè)急需一種能實現(xiàn)多工序復(fù)合加工既憔、切削加工效率高與費用低廉的大中型復(fù)雜整體構(gòu)件切削加工技術(shù)。隨著高速數(shù)控加工設(shè)備抚官、切削刀具和高速切削工藝等技術(shù)的發(fā)展與進步凌节，特別是高性能五軸聯(lián)動高速數(shù)控機床在現(xiàn)代制造企業(yè)中的廣泛使用刊咳，使得人們有可能創(chuàng)新性地在同一臺高速數(shù)控機床上通過一次裝夾工件就能“高效率”地連續(xù)完成大型復(fù)雜整體結(jié)構(gòu)件粗精(可含半粗或與半精)高速切削加工娱挨，使一臺高速數(shù)控機床進行多工序復(fù)合加工跷坝，以實現(xiàn)取得和高生產(chǎn)率的專用組合機床那樣的等同切削加工效果柴钻，從根本上解決前述采用常規(guī)加工工藝路線所產(chǎn)生的問題淫蜕。

　　這種在同一臺高速數(shù)控機床(如五軸聯(lián)動的高速數(shù)控MC機床或車銑復(fù)合加工中心機床等)上連續(xù)進行高效粗加工或半粗加工和高速精加工或半精加工的切削加工技術(shù)被稱為“高效高速加工”技術(shù)，或稱“高生產(chǎn)率加工”技術(shù)肩检，也被稱為“高性能加工”技術(shù)叛剩。

　　高效高速切削加工效率也是通過金屬切除率來評估，即通過高效加工與高速加工切削加工時的mrr進行評估泉疆∨闪希可以由以下公式確定：

　　對銑削加工有：

　　mrr=aeapF×10-3=aeapzfZn×10-3(cm3/min)

　　式中，ae：切寬WOC(徑向切深滑攘，RadialDepthofcut)腊匆，mm；ap：切深DOC(軸向切深超璧，AxialDepthofcut)隙趣，mm；fZ：每齒進給量嘴缓，mm/r旱万；z：刀具齒數(shù)；n：主軸轉(zhuǎn)速参咙，r/min；F：加工進給率或加工進給速度硫眯，且F=nfZz(mm/min)蕴侧。

　　對車削加工有：

　　mrr=aeVCfZ=aeπDfZn×10-3(cm3/min)

　　式中，VC：切削速度两入，m/min净宵；fZ：刀刃進給量，mm/r裹纳；D：工件切削直徑择葡，mm。

　　通常，高效加工應(yīng)用場合的金屬切除率為典型高速加工應(yīng)用場合mrr的2~5倍敏储。目前阻星，對鋁合金材的高效高速切削加工中，典型高速加工時mrr已達700~1000cm3/min已添，鈦合金材可達50~100cm3/min妥箕。

　　典型高速加工技術(shù)，如前所述主要用于高速精/半精加工鹰觅，其關(guān)注的是高主軸轉(zhuǎn)速和高進給率涮婿，即要求取得盡可能高的零件表面積切除速率，以取得高加工質(zhì)量的高速精加工為應(yīng)用目標田蝠。因此掠佛，作為評估高效高速加工應(yīng)用中的高速加工的金屬切除率，人們也使用cm2/min作為單位來表征权塑。

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