提高切削效率、降低加工成本是金屬切削技術(shù)長期追求的發(fā)展目標(biāo)。一般來講，提高切削效率、降低加工成本主要有三個(gè)途徑：提高切削速度、提高進(jìn)給速度和提高切削。

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，為機(jī)械制造業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。從切削加工的發(fā)展歷史來看，通常是通過和改進(jìn)切削刀具材料來大幅度提升切削速度，從而達(dá)到提高切削效率、降低生產(chǎn)成本的目的。20世紀(jì)80年代以來，歐美刀具制造業(yè)經(jīng)過大量的試驗(yàn)研究，對切削機(jī)理的認(rèn)識有了新的突破，認(rèn)為當(dāng)切削速度的提過某個(gè)臨界值（因材料而異）后，刀具的磨損并非按照泰勒曲線的規(guī)律急劇增加，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。雖然對這一現(xiàn)象尚未一致的理論解釋，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，工業(yè)發(fā)達(dá)的航空、汽車、動(dòng)力機(jī)械、模具、軸承、數(shù)控鉆床等行業(yè)依據(jù)這個(gè)理論發(fā)展高速切削，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，獲得了市場競爭優(yōu)勢。?

理論分析和實(shí)踐證明，高速切削是一個(gè)系統(tǒng)工程。從技術(shù)的層面上看，高速切削涉及高速主軸單元、進(jìn)給和高加（減）速度的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、的cnc控制系統(tǒng)、高剛性的數(shù)控鉆床結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)的處理和傳送、動(dòng)平衡控制、超硬刀具材料和鍍層工藝技術(shù)等各個(gè)方面；從管理的層面上看，高速切削涉及高速加工理念、新的管理方法等。作為系統(tǒng)的一部分，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。如在加工模具的曲面時(shí)，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，數(shù)控鉆床的進(jìn)給系統(tǒng)總是處在不停的加減速過程中，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。同樣，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)，動(dòng)平衡性能先天不足，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。

瓦爾特公司是的金屬加工刀具企業(yè)之一，在與世界各地的制造業(yè)尤其是德國汽車業(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開始了高速加工的實(shí)踐?？吹礁咚偾邢髡谥袊l(fā)展，作為國內(nèi)企業(yè)的系統(tǒng)刀具伙伴，瓦爾特（無錫）非常愿意與中國制造業(yè)共同分享高速切削的技術(shù)成果。

在高速切削加工中，首先應(yīng)充分重視刀具性問題。銑削是目前高速切削應(yīng)用的主要工藝，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。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，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。德國在20世紀(jì)90年代初就開始了對高速銑刀性技術(shù)的研究，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)、刀具制造廠、研究所和刀具用戶參加的工作組，從事高速銑刀性技術(shù)的研究。經(jīng)過近十年的工作，取得了一系列階段性成果，制定了德國標(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。在此過程中，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，分別了刀體、刀座、刀片、夾緊螺釘?shù)挠?jì)算模塊，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。研究計(jì)算顯示，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。而在達(dá)到臨界速度之前，螺釘首先產(chǎn)生彎曲，實(shí)際長度變長，夾緊力下降，造成刀片產(chǎn)生位移。

為了切削加工的，德國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定刀具產(chǎn)品應(yīng)在至少超過廠家標(biāo)稱的轉(zhuǎn)速60%的情況下才能發(fā)生位移，在至少超過廠家標(biāo)稱的轉(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，瓦爾特公司在2000年的綜合樣本上，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轉(zhuǎn)速，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的。而在德國達(dá)姆斯塔學(xué)的實(shí)驗(yàn)中，瓦爾特標(biāo)稱轉(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，也充分說明了瓦爾特刀具本身具有足夠的性。隨著高速加工的應(yīng)用日益廣泛，現(xiàn)在越來越多的歐美刀具廠商在刀具設(shè)計(jì)階段就考慮對高速切削的適應(yīng)性。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，可與刀體上的凸起部分相配合，對作用在夾緊螺釘上的離心力起卸載作用，使其可以采用相對較高的切削速度。高速銑削時(shí)，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，因此瓦爾特對加工鋁合金的大直徑銑刀采用了鋁合金刀體，地降低了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，增加了刀具的性。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。

高速加工時(shí)，除了刀具本身的性，刀具夾持系統(tǒng)的性和安裝后的整體動(dòng)平衡性能也充分重視。瓦爾特推薦在高速切削中使用hsk空心短錐柄作為刀具與數(shù)控鉆床的接口，刀柄與刀具的接口采用液壓式、熱膨脹式，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。在非常高的轉(zhuǎn)速下，除刀具和夾持系統(tǒng)本身的平衡是的前提條件外，刀具安裝后仍需要進(jìn)行整體的平衡。因此，用于加工鋁合金的大尺寸銑刀能進(jìn)行平衡調(diào)整。一般說來，高速切削條件下的盤類刀具至少應(yīng)進(jìn)行靜平衡，而桿類刀具則進(jìn)行動(dòng)平衡。由于我業(yè)較少在引進(jìn)高速數(shù)控鉆床的同時(shí)引進(jìn)平衡設(shè)備，因此希望能引起刀具用戶的重視。同時(shí)，筆者認(rèn)為國內(nèi)刀具供應(yīng)商也加強(qiáng)高速刀具性的研究，以我國高速切削技術(shù)的發(fā)展。?

由于高轉(zhuǎn)速帶來高的金屬切除率，因此，即使是加工鋁合金也會(huì)對數(shù)控鉆床的功率提出很。計(jì)算表明，用直徑30mm的3齒玉米銑刀加工寬30mm、也為30mm的槽，如采用1100m/min的切削速度和0.1mm/z的進(jìn)給量，功率可能達(dá)到57.6kw。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、中等的進(jìn)給量和小的切削。對于大余量加工，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)，由于對工件表面粗糙度有的要求，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，當(dāng)?shù)都鈭A角為0.8mm時(shí)，其進(jìn)給量fz應(yīng)不超過0.10mm/r。為了滿足切削的要求，目前刀具制造業(yè)已開始向用戶推薦高進(jìn)給的wiper刀片。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，如果不考慮系統(tǒng)剛性和修光刃本身的微觀缺陷，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）。在實(shí)踐中，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，而工件表面粗糙度仍達(dá)到ra0.4μm。

與此同時(shí)，瓦爾特也致力于大進(jìn)給銑刀的。今年，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（處為0°，外徑處的主偏角約15°），切深一般不超過2mm，而進(jìn)給量可以達(dá)到每齒3.5mm。以工作直徑52mm的瓦爾特f2330銑刀為例，由于該銑刀具有3個(gè)刀齒，故刀具每轉(zhuǎn)進(jìn)給量可超過10mm。

3.大余量切削

國內(nèi)一般將大余量切削稱為重切削。在筆者看來，大余量切削雖然也是切削的一個(gè)方面，但總體上并不能稱為。過去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，包括瓦爾特公司在內(nèi)的一些主要刀具制造商都可供應(yīng)多種重切削銑刀。

筆者認(rèn)為，值得注意的是用于模具深腔粗加工的大余量切削銑刀。通常在加工型腔時(shí)采用沿等高線切削的加工方法，即使采用爬坡法也屬于斜向切削。由于采用這兩種加工方法均存在的徑向切削力，而在深腔加工中刀具懸伸較長，為了避免在徑向切削力的周期性作用下產(chǎn)生振動(dòng)，通常采用較低的切削用量，從而使得切削效率較低。瓦爾特公司近年推出的插入式銑刀f2230，采用的軸向進(jìn)給，從而在銑刀上幾乎沒有軸向切削力，使切削用量和生產(chǎn)效率得以大幅度提高。2002年，湖南一公司粗加工材料為30crmnti的傳動(dòng)輪，過去采用某刀具公司的玉米銑刀進(jìn)行分層切削，整個(gè)粗加工時(shí)間過長（耗時(shí)約90分鐘），在加工到一半時(shí)還需更換刀片，因此僅粗加工時(shí)的刀片消耗就達(dá)約300元人民幣。采用瓦爾特f2230銑刀后，加工效率大幅度提高，耗時(shí)減少到51分鐘，一次裝夾刀片后可以加工1.5～2個(gè)工件，工件粗加工時(shí)的刀片消耗降至約100元人民幣。由于刀具費(fèi)用、數(shù)控鉆床費(fèi)用和換刀費(fèi)用都顯著減少，因此每年節(jié)省制造費(fèi)用約9.8萬元人民幣，經(jīng)濟(jì)效益明顯提高。

筆者認(rèn)為：加工技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用前景廣闊。在上述三類切削方法中，大余量切削的發(fā)展余地相對有限，因?yàn)榇蟮募庸び嗔看碇^低的材料利用率和相對較低的經(jīng)濟(jì)效益，而且隨著鑄造、鍛造等工藝的不斷發(fā)展，大余量切削的應(yīng)用場合會(huì)進(jìn)一步減少。因此，研究的應(yīng)集中在高速切削和高進(jìn)給量切削技術(shù)方面，其中高速切削又是重視的加工方式。在高速切削內(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，而隨著材料技術(shù)尤其是納米技術(shù)的發(fā)展，刀具材料的切削性能也將不斷提升。這些刀具技術(shù)的發(fā)展必將同數(shù)控鉆床制造技術(shù)、數(shù)據(jù)處理和傳輸技術(shù)、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)，從而切削技術(shù)的不斷發(fā)展。