高速加工(HSM)已經(jīng)成為并將繼續(xù)是生產(chǎn)航空航天部件的良好加工策略纱意。主軸轉(zhuǎn)速高谐创、進給速率快與切削深度小相結(jié)合近殖，在常常具有精細的薄壁和底座的框架部件等零件上加工出必要的表面光潔度和精度侍除。然而刷粒，如果說航空航天工業(yè)在零件生產(chǎn)方面有一個最為重要的“速度”，那么這個速度就是零件徹底加工并作好裝配準(zhǔn)備的速度晋蛾。Sandvik Coromant (新澤西州費爾勞恩)認為宵穆，在必須快速切除大量材料的情況下，可以幫助加工車間從HSM方式改變?yōu)樗俣壬月拊骸⑿矢叩那邢鞴に嚺词獭Ｔ摴痉Q之為高效加工(HEM)。

顧名思義迅忆，HEM的焦點是優(yōu)化切削效率究惨，以獲得最大的材料切除率。與HSM不同的是苇裤，HEM通常將主軸轉(zhuǎn)速控制到一定的程度：既產(chǎn)生很大的切削力矩和功率治拿，又允許較大的吃刀深度。HEM也不同于傳統(tǒng)的大余量切削笆焰，在大余量切削方式下劫谅，刀具充分切入材料，而HEM僅利用刀具有效直徑的一小部分進行切削嚷掠，為提高進給速率和材料切除率酌留余地捏检。

在生產(chǎn)航空航天部件時，HEM或許不會取代HSM，HSM固有的快速淺切削仍將是半精加工和精加工某些關(guān)鍵零件特征所必須的贯城。然而熊楼，若要粗加工鋁和鈦而不造成零件損傷或刀具過早磨損，HEM的潛在好處是值得考慮的能犯，特別是在加工某些航空航天零件的情況下鲫骗，每個毛坯工件可能最多有95%終成切屑，HEM尤其具有重要意義踩晶。

Sandvik Coromant航空航天開發(fā)經(jīng)理Brian Davis在是屆Q&A年會上講解了HEM技術(shù)與HSM技術(shù)相融怎樣可以成為最快生產(chǎn)航空航天部件的最佳途徑执泰。

1. HSM與HEM之間的基本差異是什么

HSM在可能達到的主軸速度和進給率方面取決于機床，對指定以很淺的吃刀深度加工的幾何特征來說子桩，還取決于刀具杖烘。HEM策略則更注重于全過程和零件，力圖循環(huán)時間最小化奄刊。

HEM與HSM共有的一個方面是缺乏通用的加工參數(shù)集于抬。假如向10個機械師詢問HSM的定義，很可能得到10個不同的答復(fù)饱粟。Sandvik Coromant認為HSM涉及的主軸速度大于18,000 r/min锐校，吃刀深度一般會在0.010" (精加工，0.25mm)~0.100"(粗加工慨蜒，2.5mm)范圍內(nèi)矮按。相反，HEM的主軸速度可能遠遠低于HSM歉羹，但是HEM的吃刀深度是HSM的許多倍膨泄。這些參數(shù)總是因工件類型而大相徑庭。

2. 哪種機床最適合于HEM帅挫？

最適宜于HEM的機床是50#錐度臥式加工中心段丸。用于HEM的臥式加工中心不僅要有12,000~15,000r/min的最高主軸速度，而且必須提供很高的可用功率和切削力矩抡草。

這個簡單曲線表示切削功率與主軸轉(zhuǎn)速的關(guān)系饰及。為了進行高效加工，
應(yīng)選擇切削功率和切削力矩同時勝任切削工序的最高主軸速度康震。

在HSM方式下燎含，主焦點是進給速率和主軸轉(zhuǎn)速，但切削力矩同HEM的其它指標(biāo)一樣重要腿短，因為它是材料切除率最大化的關(guān)鍵屏箍。為了確定HEM工藝的初始主軸速度，了解切削力矩與功率在機床主軸速度范圍內(nèi)的關(guān)系是有益的橘忱。在最大主軸速度下赴魁，機床不可能提供最大力矩；速度太高時，力矩開始下降颖御。了解上述關(guān)系的目標(biāo)是確定機床在怎樣的最高主軸速度下同時提供勝任切削工序的力矩和功率榄棵。這個目標(biāo)速度因材料和機器而異。

例如潘拱，鋁合金比較軟秉继，一般可以采用很高的切削速度。然而由于切削力矩總是在主軸速度過高的情況下減小源相，一臺大功率機床在切削鋁件的過程中有可能停止轉(zhuǎn)動。同樣横罪，切削鈦合金需要高力矩下乱，但是主軸速度往往比切削鋁件時低得多。

HEM切削負載高于HSM蚂悯，臥式切削除了提供一個剛硬穩(wěn)定的平臺控制切削負載以外条肢，使大量的切削能夠從零件上脫落下來，以免發(fā)生常見于立式切削的排屑不暢蒜薇、切屑再次被切的現(xiàn)象稀忘。顯然，很長的航空航天部件脯堂，如加強桿扣筛，可能需要大型立式龍門機床。冷卻液貫穿主軸的冷卻方式不僅對延長刀具壽命很重要颤与，而且有助于切削區(qū)排屑水导。另外，必須考慮機床是否具有輸送大量切屑的能力继找。

3. HSM和HEM在刀具方面的主要差異是什么遂跟？

整體式硬質(zhì)合金刀具一般應(yīng)用于HSM，而且這些刀具往往具有多晶金剛石(PCD)鍍層婴渡』盟可轉(zhuǎn)位鑲?cè)械毒咄瑯涌梢允褂茫撬鼈兊闹睆揭话悴淮笥?"(50mm)边臼。HSM快速淺切削專用的刀刃非常鋒利哄尔，為排屑流暢提供可能性。這些刀具可能對HEM不適用柠并，因為它們不適合于深切削究飞。在某些情況下，不太昂貴的無鍍膜硬質(zhì)合金刀具可以提供較好的材料切除率堂鲤，其吃刀深度和刀刃強度較大亿傅，因此吸收較大的切屑載荷。可轉(zhuǎn)位鑲刀更常用于HEM葵擎。

當(dāng)HEM涉及到快速大余量切除材料時谅阿，不要把HEM與傳統(tǒng)的大余量切削或重切削混為一談。傳統(tǒng)大余量切削的目標(biāo)多半是使刀具始終在切削長度和寬度上完全切入材料某蛆，而且一般在相當(dāng)?shù)偷倪M給速率和主軸速度下進行碴秽。

高效加工可以用來粗加工鋁件的壁面或隔墻。
一個方法是采用交迭诸跳、交錯(在隔墻的兩面)“臺階支撐”走刀方式承叫，
對被加工面的反面產(chǎn)生額外的支撐力。

許多現(xiàn)代化的可轉(zhuǎn)位鑲?cè)?a target="_blank" class="mmstipl3" href="http://www.atkqc.com/milling-cutter/">銑刀具有最優(yōu)的吃刀深度比(通常為刀具直徑的30~40%)彼使。在僅以刀具直徑幾分之一的深度下走刀织鳖，可以大大提高進給率，這增加了材料切除率接馏。這種徑向吃刀不僅提供最好的進刀角度卷哟，而且提供足夠的排屑空間并確保冷卻液達到刀刃上。

從刀具的最優(yōu)吃刀深度比開始是合適的扇蚯，只要我們知道切削過程是穩(wěn)定的役躬。如果某個設(shè)置是微弱的或者一個零件設(shè)計容易在切削壓力下發(fā)生變形，建議著手采用一半的吃刀深度比柿糖。

4. HEM可以用于薄壁加工嗎纸兔？

HSM普遍應(yīng)用于薄壁型零件，由于吃刀量很小否副，走刀過程不易引起薄壁變形食拜。臺階支撐式銑削使一些薄壁鋁件可以采用HEM，盡管吃刀深度較大副编。采用這種技術(shù)時负甸，刀具在薄壁的兩個面從上到下交替走刀。第一刀的切削深度遠遠小于以后的走刀痹届，使切削點背面的材料發(fā)揮支撐作用呻待。

在這些情況下，鈦合金特別容易變形队腐，彈性模量低蚕捉，使之在走刀以后回彈到原來的位置。為此柴淘，加工鈦質(zhì)薄壁時應(yīng)采用HSM迫淹，此時刀具通過加工表面的速度非常快为严，致使材料不太可能離開刀具升筛。

5. HEM適合于鍛件嗎振沾？

HEM在大型鍛件粗加工中可能非常有用。例如柳竟，鈦合金起落架支撐梁可能從2,000磅的鍛件開始加工莽恩，加工完畢變成600磅的零件。這些鍛件具有很大的拔模斜度和鋸齒狀飛邊慰乾，HSM過程需要花費特別長的時間清除這些缺陷妨试。最好的辦法是首先采用HEM粗加工，然后采用HSM進行半精加工和精加工殊童，以控制零件變形并提供良好的表面光潔度词俏。

盡早參與

航空航天工業(yè)與其它工業(yè)不同，其差別在于前者不需要年年都出新型飛行器或新型重要部件海泵。在安全規(guī)章和對工藝的一致性和可靠性要求方面标腮，航空航天技術(shù)也是表率。正是由于這些原因掺厦，許多制造方法在零件的早期設(shè)計階段就鎖定了。刀具制造商在設(shè)計階段參與得越早碉渡，從零件生命周期的起點確定使用正確的刀具的可能性越大聚谁，而且長期的回報和效益越大。

Derek Korn

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