高效率加工的新概念
在金屬切削過程中，選擇很高的切削速度，并不一定是提高加工效率的唯一方法。不要忽視在中等切削速度下的大進給量加工方案，這是由大量切削實踐得出的結論�；谶@一新的認識，為適應汽車制造業(yè)和航空制造業(yè)的迅速發(fā)展形勢和不斷開發(fā)出新產品的市場需要，最近發(fā)展為一門嶄新的技術——即高效率加工技術。他們認為，通常所謂的高速切削，是選用很高的切削速度與很低的進給量和很小的切削深度進行切削的。這種切削方案實際存在著許多問題，其中最大的問題是：主要目的是用于提高生產效率的高速切削，實際上并沒有提高生產效率。它要求機床在高主軸轉速下切削，但為提高機床主軸轉速來提高切削速度，往往是以降低進給量﹑減小切削深度為代價的。所以切除率很低，生產效率不高。當然，這時機床的主軸功率可以很小。這一點對于那些尺寸精度、表面粗糙度及表面完整性要求很高的零件的精加工（要求零件不變形，因而切削中產生的切削力要小等一系列極其苛刻條件下的加工），確是非常有利的。
由Philipp Andrae教授開發(fā)研究的高效率加工技術，從開始就強調切削加工中加工零件的質量與生產效率的共同更大幅度的提高。該研究繼承了高速切削可以降低切削力﹑提高加工零件精度和表面質量等特點。著重從極大地提高生產效率的目的出發(fā)（提高粗加工中的切除率），進行了大量的切削試驗研究。從理論和實踐的結合上解決了許多技術難題。使高效率切削技術開發(fā)研究取得了長足的進展。
高效率加工技術的關鍵在于：采取了選用或新設計出具有足夠的機床主軸轉速與較大地傳遞力矩的能力的高功率﹑高剛性機床，進行大功率切削；選用目前最好的先進刀具材料；選用適合高速﹑大功率切削的先進的刀具夾頭；采用獨具風格的特殊加工方法以及選擇合理的切削參數等技術措施。
不僅如此，在大量切削試驗的基礎上，對切削理論研究上的新突破，也是使這項科研成果獲得成功的決定性因素。
切削理論研究上的新突破
他們從大量的切削試驗研究中驚奇地發(fā)現：在大功率的高效率切削中的動力學條件，極其有利地影響著刀具的切削性能和磨損形式。其中：動力學條件主要是指工件和刀具間極短的接觸時間、極其頻繁的接觸頻率、極其懸殊的切削溫度變化，以及在大功率的切削中,較大地影響刀具和工件接觸長度的（切削前后的）很小的切屑厚度比等。這些發(fā)生在高效率加工中的動力學條件，都使切削區(qū)產生很高的切削溫度，使切削區(qū)的工件材料軟化，使零件加工后的表面粗糙度變壞。但卻降低了切削力，減輕了刀具的磨損（此時使刀具磨損的矛盾降為很次要的位置）。尤其是在有色金屬材料例如鋁合金零件的高效銑削中，這些現象體現得更為明顯。它可使切削區(qū)的切削溫度變高、使工件軟化，所以切削輕快。當然，這不包括必須采用動力學條件很差、技術上困難很大的小進給量的平面與圓弧面的銑削加工。這樣的加工會引起由于工件軟化變形造成的加工尺寸精度不高等一系列問題。但是，這一系列的技術難題，可在高效率加工中的精加工階段給以解決。以上結論與高速切削研究得出的結論基本吻合。但這是在大進給量﹑大切削深度和中等切削速度條件下得到驗證的，無疑是在切削理論方面的新的突破。有這一理論作基礎，才使高效率加工技術研究獲得成功。
選用或新設計出能進行大功率切削的機床
要提高生產效率，就必須提高切除率。由切削原理可知，金屬切削中的切除量與切削速度﹑進給量和切削深度有著密切的關系。受切削動力學的限制，在一般切削中，切削深度不能選擇太大，高效率切削也不例外。但高效率加工可以選擇大進給量（除在短距離的切削中，由于受加速度的限制，只有選擇小進給量加工外）與適當大的切削深度進行加工。再通過選擇盡量高而不是選擇很高的切削速度加以配合，也能達到高切除率。但必須選用或新設計出具有足夠的機床主軸轉速與較大地傳遞力矩的能力的高功率﹑高剛性機床，才能進行大功率切削。目前新設計的用于大功率切削的機床已能在24000r/min的（為機床設計的）中等切削速度條件下，對鋁合金零件進行大功率的粗銑加工。
在一般高速切削中，機床提供的大功率通常是通過限制主軸轉速實現的。當機床輸出功率不變，主軸轉速增加、切除率下降時，其原因是：由于主軸轉速的增加，提高了主軸空轉所消耗的功率。而減少進給量（增加了刀具與工件間的接觸時間），反而增加了刀具與工件間的摩擦力。所以在高效率切削的粗加工中，選擇很高的機床主軸轉速，實際上是無用的。還要根椐欲加工零件材料﹑刀具材料及尺寸大小等切削條件，對切削速度、進給速度和切削深度等切削參數進行認真的選擇。例如：選用小直徑刀具加工鋁合金零件時，可以選擇高至100000r/min以上的主軸轉速和低進給速度加工。而加工大直徑的其它材料，相對選取稍低的主軸轉速。
在高效率加工中，只需選擇18000r/min 的切削速度與很大的進給速度，就可以使切除率達到5000cm3/mm。由此可見，在高效率加工中，根椐欲加工零件材料等切削條件，合理地選取擇切削參數，也是高效率加工順利進行的保證之一。
選用先進刀具材料
從高效率切削原理方面來分析,在高效率切削過程中，作用在切削刀具上的切削力的大小，取決于切削區(qū)內的切削溫度的高低。同時，切削中切削刀具受離心力的作用的影響也相當嚴重，因為很小的離心力都會使切削系統(tǒng)產生強烈的振動。所以，必須選擇高硬度﹑高韌性的刀具材料和利于降低切削力同時又能保證刀頭強度的刀具的幾何形狀。例如，選擇硬質合金（涂覆與非涂覆）、金屬陶瓷、陶瓷材料、聚晶金剛石（PCD）和聚晶立方氮化硼（PCBN）等最好的刀具材料；刀具幾何形狀方面，均采用經計算機優(yōu)化了的切削刀具的幾何形狀，且與適應于高速高效率切削的刀具夾頭相配合，同時，必須在使用前進行高精度平衡。
選用先進的刀具夾頭
在高效率加工中，最經常使用的刀具夾頭是液壓可漲式夾頭和熱漲冷縮式夾頭。后者具有剛性好和能傳遞極大力矩的能力。但存在替換速度慢和適應性（柔性）差的缺點。而液壓可漲式夾頭則相反，裝卸方便快速，但傳遞力矩小，只能用于所需夾緊力不大的有色金屬，例如小型鋁合金零件的高效率精加工。
采用特殊的加工方法
為充分發(fā)揮高效率加工的高效率優(yōu)勢，采取一些特殊加工方法，也是使切除率提高的重要環(huán)節(jié)。例如，該大學在試驗研究中，選擇在高功率的臥式加工中心上（因為它相對立式加工中心具有天然的自動排屑能力），用多刃的聚晶金剛石（PCD）或涂覆金剛石制成的（鉆頭與鉸刀）復合式孔加工刀具加工高精度內孔；為提高生產效率，降低生產成本，使用機夾式多刃聚晶立方氮化硼（PCBN）立銑刀進行高精度的內孔加工（通過程序控制實行粗﹑精加工，進行內孔尺寸加工的調整）。 例如，在鋁合金箱體零件上加工6個不同直徑、范圍為12mm～32mm的孔,通常的加工方法是至少使用6把鉆頭、6把鉸刀對孔進行粗精加工。而現在，只需選用1把粗銑刀和1把精銑刀進行高效率加工，就可保證加工高精度的質量要求，并節(jié)約切削時間25%；另外，選用多刃涂覆硬質合金粗銑刀，進行大平面去除余量的大功率銑削等獨具風格的特殊加工方案，都取得了良好的加工效果。
目前，這項研究還處于開始階段，且由于是一種技術復雜涉及面廣泛的系統(tǒng)工程，還需多方面的協(xié)作與合作，進行大量的研究工作。目前多數還只能用于需要大批量高效率加工的航空和汽車用鋁合金等有色金屬零件。但由于它能極好地提高制造企業(yè)的市場競爭能力，具有很好的市場前景，因而必然會得到快速發(fā)展。許多有戰(zhàn)略眼光的企業(yè)家，都投身于高效率加工技術的開發(fā)研究。據最新資料介紹，Fadal公司為了更好地幫助用戶實現高效率加工，進行了大量的試驗研究工作，在他們設計生產的多種立式加工中心上都增加了旋轉工作臺、自動冷卻系統(tǒng)、雙臂自動換刀系統(tǒng)和切屑自動傳輸系統(tǒng)等，用以更好地提高生產效率，大大提高了市場競爭能力。 |
