高速加工和高效加工
20世紀80年代末興起的高速加工(HSC)，由于顯著提高了切削速度和進給速度，從而大大縮短了加工時間，提高了工件表面質量和加工精度。并因此而實現減少加工工序和簡化生產工藝流程，以及促使一些行業生產方式的轉變，有力地推動了整個生產技術的發展。高速加工使“生產率”和“柔性”兩個相互矛盾的特征參數融合到一起，從而用高速加工中心組成的柔性生產系統替代傳統的剛性自動線，推動了汽車等中、大批量生產行業中生產模式的轉變。
高速加工導致工藝替代，從而簡化生產工藝流程。在模具制造中用高速硬銑替代電火花加工是一個十分典型的例子，淬硬后的工件可在一次裝夾下通過粗銑和高速精銑加工成成品。高速硬銑的應用，為模具制造實現CAD-CAM-HSC的集成創造了條件，高速硬銑工藝無疑給模具制造技術帶來了一次重大變革。
自高速加工興起的十多年來，高速加工技術獲得了廣泛推廣和應用。在生產中，通過高速加工，顯著縮短了基本時間，也相應地提高了輔助時間相對于基本時間的比例(從過去的7%：93%到目前的35%：65%，對于鋁合金材質工件的加工，這種比例更達到了50%：50%)。從目前的技術狀況看，通過高速加工進一步降低基本時間的潛力已不是很大。
近年來，為進一步提高生產效率，愈來愈多的則是采用高效加工(HPC)——提高單位時間材料切除量和顯著減少輔助時間——來進一步降低切削過程中的基本時間和輔助時間。
高效加工(HPC)與高速加工(HSC)不同的是，它并不只是限于提高切削速度和進給速度，而是把優化材料切除率放在首位，旨在通過提高單位時間的材料切除量和降低加工時間(基本時間和輔助時間)來進一步降低加工費用。
材料切除率(Q)決定于側吃刀量(ae)、背吃刀量(ap)和進給速度(vf)。對于銑削加工，進給速度(vf)又取決于每齒進給量(fz)、刀齒數(z)和銑刀的轉速(n)。
單位時間的材料切除量可用Q=ae·ap·vf /1000=ae·ap·fz·z·n /1000 (cm3/min)來表示。
我們從這個表達式可以看出，材料切除率與5個切削參數有關，所以，高效加工可以但并不是必須包括高速加工，這意味著高效加工和高速加工之間不存在明顯的界限。
航空工業是最早應用高速加工和高效加工新工藝的部門。飛機的梁、框架和大型壁板等承力構件采用的是整體結構件，加工時其毛坯75%~95%的材料將被切削掉，對于這種特別高的切削量，無疑采用高效加工是最合適不過的。在德國奧格斯堡(Augsburg)的EADS(歐洲航空防御和航天公司)在 20世紀90年代采用HSC工藝加工軍用飛機某一鋁合金整體構件，主要目的是為了簡化生產工藝流程，以較少的工序獲得高的表面質量，而不是提高材料切除率，加工時使用了54把刀具，共花了25個小時完成加工。為進一步挖掘生產率的潛力，后來就很自然地轉向采用高效加工，采用了40把刀具，加工時間僅為 12個小時，減少了一半多。
特別是對于銑削加工，銑刀所能達到的材料切除率已成為衡量銑刀加工經濟性的一個重要指標。近年來，許多刀具制造廠相繼開發出了眾多高進給速度的銑刀。這些銑刀雖然結構形式不盡相同，但一個共同特點是具有適合于實現高速進給的刀刃幾何形狀。這種幾何形狀的特點是切削刀刃具有一個很大的圓弧半徑，這就稍許限制了銑刀的背吃刀量(ap)，而且由于較小的主偏角使作用于銑刀上的徑向切削力大大減小，從而有利于采用很高的每齒進給量進行加工。
例如，在粗加工40CrMnMoS86材質的玻璃瓶吹模時，德國Franken刀具廠對采用裝有三個圓刀片的銑刀和裝有3個Time-S- Cut刀片的高進給速度銑刀進行銑削效果比較。前者采用的切削用量為Vc=250m/min, fz=0.3mm, ap=0.75mm和ae=18 mm，加工時用冷壓縮空氣進行冷卻，加工所需時間為9分鐘。后者在切削用量方面，將ap減小為0.5 mm，而fz則提高到1.0 mm，結果加工時間僅用了4分鐘。在時間節省上達到了55%，也就是機床每小時使用節省了55%。
從這里可以看出，通過采用較高的切削參數，高效加工可以獲得很高的材料切除率，顯著地縮短加工時間。但是高效加工，并不只是采用很高的切削參數，還可以通過能顯著減少輔助時間的其它加工戰略來實施高效加工。例如采用復合刀具(如復合階梯鉆、鉆銑螺紋刀具和其它用于綜合加工的復合刀具)、圓周進給銑削的多功能立銑刀等各種先進刀具可以顯著減少換刀次數和降低輔助時間，由此顯著地提高生產效率。
復合刀具是在一把刀具上集成多個加工工序，往往在一次加工行程中實現多個加工部位的綜合加工，采用這種刀具不僅免去了換刀而且有利于提高加工精度，并可省去工序間的精度測量，從而可顯著提高生產效率。
采用多功能立銑刀在加工中心上進行銑孔時，同樣可以減少換刀的次數。銑孔時，旋轉的銑刀繞Z軸作螺旋插補運動，在一次工作行程就可加工出所需大小的孔。例如加工直徑為285 mm的孔，采用直徑160 mm的銑刀，在一次工作行程中即可完成加工任務，這比常規工藝可五道擴孔工序和節省73%的加工時間。
近年來，高效深孔鉆頭的問世，顯著提高了深孔鉆削的效率，一種由德國Gühring公司開發的雙刃整體硬質合金麻花鉆，在鉆孔徑比(l/D) 為20的深孔時，采用微量潤滑(6~8ml/h)，不僅采用比傳統大流量濕式鉆孔高10~12倍的進給速度，并且在鉆孔過程中不需要進行排屑循環，由此大大提高了加工效率。并且，在鉆孔時鉆頭的徑向偏移特別小，能獲得較好的表面質量。
在生產中，高速加工和高效加工工藝已獲得廣泛推廣和應用，這兩種工藝的共同特點是能顯著降低加工時間和縮短生產工藝流程，而不同的特點是高速加工是采用高的切削速度，目的在于獲得高的表面質量和簡化工藝流程，因此高速加工更多的是適用于精加工；而高效加工主要是采用高的切削參數，以獲得高的單位時間的材料切除量，從而顯著縮短加工時間。對于以獲得高的材料切除率的高效加工則適用于用來進行粗加工。在實際生產中，這兩種加工工藝可以同時應用來加工一個工件，例如，加工模具時可采用高效加工進行粗銑(以達到高的材料切除率)，而在精銑時則采用高速加工(以獲得較好的表面質量和高的加工精度)。
目前，無論是流行的高速加工還是剛興起的高效加工，都應歸根于刀具技術不斷發展的推動，尤其是在刀具材料、刀刃幾何形狀和涂層方面的不斷發展和優化組合，實現不斷開發多種不同結構的高效刀具提供了基礎。生產實踐表明，為顯著縮短加工時間、提高生產效率和降低零件的制造成本，關鍵在于采用高速加工和高效加工新工藝。
關鍵詞：冷鐓加工 冷鐓筒加工
注：以上資訊由瑞安市華諾五金制造有限公司整理發布轉載請注明來源：http://www.xingnanjs.cn
浙公網安備33038102332317號