提高切削效率薛对、降低加工成本是金屬切削技術(shù)長(zhǎng)期追求的發(fā)展目標(biāo)母边。一般來講，提高切削效率深冶、降低加工成本主要有三個(gè)途徑：提高切削速度蒲姥、提高進(jìn)給速度和提高切削深度。
　　
1．高速切削
　　
　　切削速度的提高反映了機(jī)械制造整體技術(shù)水平的進(jìn)步欧陋，為機(jī)械制造業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益六泞。

　　從切削加工的發(fā)展歷史來看，通常是通過開發(fā)和改進(jìn)切削刀具材料來大幅度提升切削速度邪蛔，從而達(dá)到提高切削效率急黎、降低生產(chǎn)成本的目的。20世紀(jì)80年代以來侧到，歐美刀具制造業(yè)經(jīng)過大量的試驗(yàn)研究勃教，對(duì)切削機(jī)理的認(rèn)識(shí)有了新的突破，認(rèn)為當(dāng)切削速度的提高超過某個(gè)臨界值（因材料而異）后匠抗，刀具的磨損并非按照泰勒曲線的規(guī)律急劇增加故源，而是在以后的某個(gè)區(qū)間內(nèi)隨切削速度的提高而有所減少，并在經(jīng)歷一個(gè)谷底后再重新上升汞贸。雖然對(duì)這一現(xiàn)象尚未得到一致的理論解釋绳军，但并不妨礙根據(jù)這一規(guī)律在此谷底附近區(qū)間進(jìn)行高速加工技術(shù)的應(yīng)用。目前矢腻，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的航空删铃、汽車、動(dòng)力機(jī)械踏堡、模具、軸承咒劲、機(jī)床等行業(yè)依據(jù)這個(gè)理論發(fā)展高速切削今伏，使上述行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量明顯提高，加工成本大幅度降低轴布，獲得了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)癌越。
　　
　　理論分析和實(shí)踐證明护狠，高速切削是一個(gè)系統(tǒng)工程枢竟。從技術(shù)的層面上看蛔琅，高速切削涉及高速主軸單元台谍、快速進(jìn)給和高加（減）速度的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)蜈沛、高性能的快速CNC控制系統(tǒng)树灶、高剛性的機(jī)床結(jié)構(gòu)努墩、數(shù)據(jù)的快速處理和傳送藤该、動(dòng)平衡控制晨丸、超硬刀具材料和鍍層工藝技術(shù)等各個(gè)方面诱榴；從管理的層面上看裕甸，高速切削涉及高速加工理念、新的管理方法等备则。作為系統(tǒng)的一部分碳扯，各個(gè)環(huán)節(jié)只有互相協(xié)調(diào)，才能發(fā)揮其應(yīng)有的效益隐锭。如在加工模具的曲面時(shí)窃躲，如果其它環(huán)節(jié)都符合高速加工的要求，但其CAM的數(shù)據(jù)處理只使用直線插補(bǔ)而不是圓弧插補(bǔ)或樣條曲線插補(bǔ)來模擬工件表面的曲線钦睡，機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)總是處在不停的加減速過程中蒂窒，就無法達(dá)到預(yù)定的進(jìn)給速度，從而限制了切削效率的提高和生產(chǎn)成本的降低赎婚。同樣刘绣，如果在高速銑削中選用普通結(jié)構(gòu)的三刃立銑刀，由于其通常采用一齒過中心的結(jié)構(gòu)挣输，動(dòng)平衡性能先天不足纬凤，同樣也不能達(dá)到預(yù)定的轉(zhuǎn)速，不能獲得預(yù)期的加工效率撩嚼。
　　
　　瓦爾特公司是世界領(lǐng)先的金屬加工刀具企業(yè)之一停士，在與世界各地的制造業(yè)尤其是德國(guó)汽車業(yè)的合作中積累了大量的成功經(jīng)驗(yàn)。瓦爾特（無錫）有限公司很早就在中國(guó)開始了高速加工的實(shí)踐完丽×导迹看到高速切削正在中國(guó)快速發(fā)展，作為國(guó)內(nèi)企業(yè)的系統(tǒng)刀具伙伴漱屁，瓦爾特（無錫）非常愿意與中國(guó)制造業(yè)共同分享高速切削的技術(shù)成果狈报。
　　
　　在高速切削加工中，首先應(yīng)充分重視刀具安全性問題茧津。銑削是目前高速切削應(yīng)用的主要工藝溺剖，銑刀（包括面銑刀、立銑刀和模具銑刀）是主要的高速切削刀具营鸽。這類刀具在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)各部分都要承受很大的離心力鳖进，由于其作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過切削力的作用（過大的離心力足以導(dǎo)致刀體破碎），因此成為刀具的主要載荷奴万。德國(guó)在20世紀(jì)90年代初就開始了對(duì)高速銑刀安全性技術(shù)的研究葵斗，并在機(jī)器制造商協(xié)會(huì)的支持下，組成了由大學(xué)研究機(jī)構(gòu)个荔、刀具制造廠杂虐、研究所和刀具用戶參加的工作組，從事高速銑刀安全性技術(shù)的研究。經(jīng)過近十年的工作料潘，取得了一系列階段性成果抽碌，制定了德國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)并被采納為歐洲標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)了世界范圍內(nèi)高速切削技術(shù)的發(fā)展决瞳。在此過程中货徙，瓦爾特公司與工作組一起就高速銑刀的強(qiáng)度計(jì)算進(jìn)行了研究。通過專門用于高速銑刀的有限元計(jì)算方法皮胡，分別開發(fā)了刀體痴颊、刀座、刀片屡贺、夾緊螺釘?shù)挠?jì)算模塊蠢棱，還可模擬刀片在刀座里的滑動(dòng)、螺釘頭在擰緊和工作載荷下的變形等甩栈。研究計(jì)算顯示泻仙，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到某臨界速度時(shí)，螺釘達(dá)到臨界應(yīng)力而出現(xiàn)拉伸變形量没。而在達(dá)到臨界速度之前玉转，螺釘首先產(chǎn)生彎曲，實(shí)際長(zhǎng)度變長(zhǎng)殴蹄，夾緊力下降究抓，造成刀片產(chǎn)生位移。
　　
　　為了保證切削加工的安全兄哮，德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定刀具產(chǎn)品應(yīng)在至少超過廠家標(biāo)稱的最高轉(zhuǎn)速60%的情況下才能發(fā)生位移肚微，在至少超過廠家標(biāo)稱的最高轉(zhuǎn)速100%的情況下才能發(fā)生解體或整體刀具的折斷。
　　
　　在實(shí)際應(yīng)用中参匀，瓦爾特公司在2000年的綜合樣本上旭眼，列出了幾乎所有的擴(kuò)孔、鏜孔刀具和銑刀在不同直徑下的的最高轉(zhuǎn)速昭仓，保證在使用規(guī)定的原產(chǎn)刀片和原產(chǎn)配件的條件下銑削是非常安全的教够。
 
　　而在德國(guó)達(dá)姆斯塔特大學(xué)的實(shí)驗(yàn)中，瓦爾特標(biāo)稱最高轉(zhuǎn)速8000r/min的銑刀在實(shí)際轉(zhuǎn)速高達(dá)36700r/min時(shí)才發(fā)生解體沪蜕，也充分說明了瓦爾特刀具本身具有足夠的安全性。隨著高速加工的應(yīng)用日益廣泛始树，現(xiàn)在越來越多的歐美刀具廠商在刀具設(shè)計(jì)階段就考慮對(duì)高速切削的適應(yīng)性泞首。如瓦爾特的球頭銑刀新產(chǎn)品F2339，其刀片底面有兩個(gè)空刀窩绳宰，可與刀體上的凸起部分相配合掖饲，對(duì)作用在夾緊螺釘上的離心力起卸載作用，使其可以采用相對(duì)較高的切削速度。高速銑削時(shí)洒沦，加工鋁合金的面銑刀在直徑較大時(shí)其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也會(huì)很大豹绪，因此瓦爾特對(duì)加工鋁合金的大直徑銑刀采用了高強(qiáng)度鋁合金刀體，極大地降低了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量申眼，增加了刀具的安全性瞒津。2003年，瓦爾特還推出了能在尺寸調(diào)節(jié)過程中自動(dòng)進(jìn)行平衡適應(yīng)的鏜刀括尸。
　　
　　高速加工時(shí)巷蚪，除了刀具本身的安全性，刀具夾持系統(tǒng)的安全性和安裝后的整體動(dòng)平衡性能也必須充分重視濒翻。瓦爾特推薦在高速切削中使用HSK空心短錐柄作為刀具與機(jī)床的接口屁柏，刀柄與刀具的接口采用液壓式、熱膨脹式有送，而將標(biāo)準(zhǔn)的圓柱柄（不帶削平結(jié)構(gòu)）作為刀具柄部的主要形式淌喻。在非常高的轉(zhuǎn)速下，除刀具和夾持系統(tǒng)本身的平衡是必要的前提條件外雀摘，刀具安裝后仍需要進(jìn)行整體的平衡宜柱。因此，用于加工鋁合金的大尺寸銑刀必須能進(jìn)行平衡調(diào)整逝声。一般說來愁豆，高速切削條件下的盤類刀具至少應(yīng)進(jìn)行靜平衡，而桿類刀具則必須進(jìn)行動(dòng)平衡呀胁。由于我國(guó)企業(yè)較少在引進(jìn)高速機(jī)床的同時(shí)引進(jìn)平衡設(shè)備招狈，因此希望能引起刀具用戶的重視。同時(shí)殖吧，筆者認(rèn)為國(guó)內(nèi)刀具供應(yīng)商也必須加強(qiáng)高速刀具安全性的研究类棍，以促進(jìn)我國(guó)高速切削技術(shù)的發(fā)展。
　　
　　由于高轉(zhuǎn)速帶來高的金屬切除率牧返，因此堡迷，即使是加工鋁合金也會(huì)對(duì)機(jī)床的功率提出很高要求。計(jì)算表明弥铸，用直徑30mm的3齒玉米銑刀加工寬30mm骇幽、深度也為30mm的槽，如采用1100m/min的切削速度和0.1mm/z的進(jìn)給量脸候，功率可能達(dá)到57.6kW穷娱。因此，瓦爾特公司推薦用戶采用的高速切削策略是：高的切削速度运沦、中等的進(jìn)給量和小的切削深度泵额。對(duì)于大余量加工配深，建議采用分層切削。
　　
2.高進(jìn)給切削
　　
　　按傳統(tǒng)方式進(jìn)行精加工時(shí)嫁盲，由于對(duì)工件表面粗糙度有一定的要求篓叶，刀具的進(jìn)給量較小。例如車削表面粗糙度要求為Ra0.4μm的圓柱表面羞秤，當(dāng)?shù)都鈭A角為0.8mm時(shí)缸托，其進(jìn)給量fz應(yīng)不超過0.10mm/r。為了滿足高效切削的要求锥腻，目前刀具制造業(yè)已開始向用戶推薦高進(jìn)給的Wiper刀片嗦董。Wiper車刀片一般是按設(shè)計(jì)的主偏角在副切削刃上制造出一個(gè)直線形的修光刃（也有用大直徑圓弧作修光刃的）。在理論上瘦黑，如果不考慮系統(tǒng)剛性和修光刃本身的微觀缺陷京革，只要進(jìn)給量不超過刀具修光刃的寬度，則工件的表面粗糙度僅受工件材料晶粒大小的影響（這個(gè)影響是微乎其微的）趾倾。在實(shí)踐中贪挽，某汽車零部件制造企業(yè)使用瓦爾特的Wiper車刀片采用了0.3mm/r的進(jìn)給量，比原有加工效率提高三倍多绑功，而工件表面粗糙度仍達(dá)到Ra0.4μm泵易。
　　
　　與此同時(shí)，瓦爾特也致力于大進(jìn)給銑刀的開發(fā)窥书。今年碴厂，瓦爾特的大進(jìn)給銑刀F2330已經(jīng)問世。這種銑刀具有變化的主偏角（最小處為0°偷被，外徑處的主偏角約15°）刮盗，切深一般不超過2mm，而最大進(jìn)給量可以達(dá)到每齒3.5mm逝遣。以工作直徑52mm的瓦爾特F2330銑刀為例书县，由于該銑刀具有3個(gè)刀齒，故刀具每轉(zhuǎn)進(jìn)給量最大可超過10mm耽盛。
　　
3.大余量切削
　　
　　國(guó)內(nèi)一般將大余量切削稱為重切削叉屠。在筆者看來，大余量切削雖然也是高效切削的一個(gè)方面忿檩，但總體上并不能稱為新技術(shù)尉尾。過去國(guó)外只有幾家刀具制造商生產(chǎn)采用立裝刀片結(jié)構(gòu)的重切削銑刀，近年來燥透，包括瓦爾特公司在內(nèi)的一些國(guó)外主要刀具制造商都可供應(yīng)多種重切削銑刀沙咏。
　　
　　筆者認(rèn)為：高效加工技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用前景廣闊。在上述三類高效切削方法中兽掰，大余量切削的發(fā)展余地相對(duì)有限，因?yàn)榇蟮募庸び嗔看碇^低的材料利用率和相對(duì)較低的經(jīng)濟(jì)效益，而且隨著精密鑄造孽尽、精密鍛造等工藝的不斷發(fā)展窖壕，大余量切削的應(yīng)用場(chǎng)合會(huì)進(jìn)一步減少。因此杉女，研究的重點(diǎn)應(yīng)集中在高速切削和高進(jìn)給量切削技術(shù)方面瞻讽，其中高速切削又是最值得重視的高效加工方式。在高速切削領(lǐng)域內(nèi)還有許多工件材料的切削特性需要在不斷的切削實(shí)踐中被認(rèn)知熏挎，而隨著材料技術(shù)尤其是納米技術(shù)的發(fā)展速勇，刀具材料的切削性能也將得到不斷提升。這些刀具技術(shù)的發(fā)展必將同機(jī)床制造技術(shù)障昆、數(shù)據(jù)處理和傳輸技術(shù)欠慢、切削熱控制技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步形成良性互動(dòng)，從而促進(jìn)高效切削技術(shù)的不斷發(fā)展盲陨。

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