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以前，人們還認(rèn)為硬度超過HRC45的金屬材料很難實現(xiàn)高速加工，因此，通常的做法是先對軟鋼工件進(jìn)行粗加工和半精加工，然后在將其淬硬后，再使用具有足夠加工能力的機(jī)床（或通過手工）對淬硬工件進(jìn)行精加工，以去除微小余量。加工淬硬工件時，為了避免損壞機(jī)床和刀具，只能采用很低的切削速度。
為了達(dá)到高速加工淬硬鋼，必須具備能夠達(dá)到加工要求的機(jī)床、控制系統(tǒng)和工具系統(tǒng)。此外，還必須編制合適的加工程序，這些程序必須考慮高速銑削淬硬材料時刀具所承受的各種應(yīng)力。最后，還需要考慮如何對操作人員進(jìn)行相關(guān)培訓(xùn)，因為要成功實現(xiàn)淬硬鋼的高速加工，必須具有一種不同的思維方式。
既然硬材料的高速加工（HSM）具有這些嚴(yán)苛要求及各種挑戰(zhàn)，為什么仍然值得努力去實現(xiàn)這種加工方式呢？一旦掌握了硬材料的高速銑削技術(shù)，就能大大提高生產(chǎn)率。平均而言，與傳統(tǒng)的硬銑削工藝相比，高速硬銑削能使加工循環(huán)時間縮短1/2－2/3，并使加工表面光潔度達(dá)到無需再進(jìn)行手工研磨或鉗工精整的水平。事實上，在對硬度達(dá)HRC60的淬硬鋼進(jìn)行高速硬銑削加工時，可以穩(wěn)定達(dá)到Ra7?m的表面粗糙度。目前，人們已能成功地以305m/min的切削速度銑削硬度為HRC45的淬硬鋼；以183m/min的切削速度銑削硬度為HRC45－58的淬硬鋼；以122m/min的切削速度銑削硬度超過HRC60的淬硬鋼。探索試驗仍在繼續(xù)進(jìn)行，而且人們發(fā)現(xiàn)，我們可以不斷提高機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速，以更高的切削速度加工硬度更高的金屬材料。
那么，成功的高速硬銑削需要具備哪些技術(shù)條件呢？顯然，第一個要求是必須具有能達(dá)到高速加工（HSM）轉(zhuǎn)速——平均從20,000r/min到大約40,000r/min——的高速主軸，從而能在不增大切削力的情況下采用更高的進(jìn)給率。然而，速度并不是需要關(guān)注的最重要因素，因為更高的切削速度并不一定意味著更短的加工循環(huán)時間。如果你不能在高速銑削加工中保持與常規(guī)加工相同的精度水平，并具有一個可靠的加工系統(tǒng)，你就會花費更多的時間來解決各種層出不窮的問題。當(dāng)你提高主軸轉(zhuǎn)速時，必須確信機(jī)床具有足夠的穩(wěn)定性，并且確保加工系統(tǒng)其他方面（如數(shù)據(jù)處理、控制系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、伺服電機(jī)、軸系、切屑處理、刀具剛性等）的性能能夠滿足加工要求。
為了控制主軸的高速運轉(zhuǎn)，就必須提高CNC控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理速度。與幾年前使用的處理器相比，如今的高速處理器的運行速度已有大幅提高，控制軟件也更加先進(jìn)，如Makino（日本牧野）公司專門針對高速加工優(yōu)化開發(fā)的SGI.4控制軟件包。此外，現(xiàn)代總線結(jié)構(gòu)和聯(lián)接速度的提高使控制器能更有效、更可靠地與主軸通訊。
切屑處理系統(tǒng)也至關(guān)重要。在高速加工中，由于金屬去除率大大提高，因此，快速而有效地從加工區(qū)排出切屑至關(guān)重要。
當(dāng)高速銑削硬度大于HRC45的工件材料時，很容易產(chǎn)生振動和高溫，從而可能導(dǎo)致加工誤差、顫振、刀具失效和其他一系列問題。
為了應(yīng)對振動和高溫，首先需要采取的步驟是采用穩(wěn)定性好的機(jī)床和刀具夾頭。采用具有較好剛性和較大重量的鑄件，可以提高機(jī)床的穩(wěn)定性。鑄鐵構(gòu)件對于減小撓曲變形和提供熱穩(wěn)定性特別重要。機(jī)床的結(jié)構(gòu)越厚重結(jié)實，越有利于對抗加工淬硬材料時所施加的切削力。雖然這并不意味著你應(yīng)該僅僅依靠重量來購買機(jī)床，但如果你需要進(jìn)行硬銑削加工，則機(jī)床的重量是一個不容忽視的考慮因素。
另外還需要考慮的是機(jī)床的溫度控制能力。當(dāng)加工一個零件延續(xù)的時間很長時，機(jī)床就會產(chǎn)生由周圍環(huán)境溫度變化造成的熱變形。穩(wěn)定性好的機(jī)床不這種溫度變化對零件的切削加工造成負(fù)面影響。
許多模具（尤其是大型模具）往往需要幾天時間才能加工完成，為了保持非研磨表面的光潔度和刀痕之間的光滑過渡，對溫度的控制變得非常重要。良好冷卻的主軸提供的重復(fù)性、可預(yù)測的熱膨脹有助于保持這些特性。
主軸中心冷卻是Makino公司開發(fā)的一項專利技術(shù)，它能有效減小高速主軸的熱膨脹。中心冷卻可以限制主軸的熱膨脹量，并使主軸快速穩(wěn)定。將精確控制溫度的冷卻油泵入主軸中心，既可以潤滑主軸，又能對它進(jìn)行冷卻。
至于刀具夾頭，你需要確定哪種夾頭最適合自身的加工。比如，銑夾頭具有出色的減振性能、良好的徑跳精度和剛性，非常適合淬硬鋼的粗加工。但是，銑夾頭的精度不太高，因此，彈簧夾頭可能會是一種更好的選擇。
選擇刀具夾頭時需要考慮的最大問題是對其減振性能要求有多高。刀具夾頭系統(tǒng)不應(yīng)該允許能量傳入主軸界面（刀具與主軸之間的重要接觸點）。利用刀具夾頭減振系統(tǒng)吸收能量，可將粗加工造成的損害減至最小，從而延長刀具壽命，并提高軸系壽命和減小徑跳誤差。通常，粗加工刀具的徑跳誤差約為0.127－0.003mm，而夾持在熱裝夾頭中的精加工刀具的徑跳誤差可以達(dá)到大約0.05－0.001mm。
制造精良的彈簧夾頭吸振性好，徑跳誤差小，可以裝夾多種尺寸的刀具，并適用于大多數(shù)精銑加工。如果對刀具夾頭的精度要求較高，則熱裝夾頭可能是一種最佳選擇。不過，在大部分粗加工中，熱裝夾頭無法吸收高速粗銑淬硬材料時產(chǎn)生的振動。一般來說，熱裝夾頭應(yīng)該用于半精加工和精加工。
無論采用何種刀具夾頭，在高速銑削淬硬鋼時，夾頭的平衡都會變得特別重要。當(dāng)切削系統(tǒng)處于最大轉(zhuǎn)速時，所有的刀具夾頭都應(yīng)該達(dá)到2.5g的平衡要求。
高速加工淬硬鋼時，需要使用專門設(shè)計的切削刀具。不要設(shè)想用常規(guī)刀具也能將就應(yīng)付。一些刀具制造商提供的刀具可以切削硬度達(dá)到HRC50（甚至HRC60）的工件材料。為了確保加工系統(tǒng)的所有要素（刀具、機(jī)床和刀具夾頭）都能滿足加工要求，必須對系統(tǒng)進(jìn)行切削試驗。
確保編程軟件允許采用各種可能對高速銑削淬硬鋼極具價值的切削技術(shù)。擺線粗銑、有效的導(dǎo)入和導(dǎo)出控制、弧段擬合轉(zhuǎn)角、大公差刀軌、過切檢查等技術(shù)都可能對硬銑削能力產(chǎn)生影響。如果CNC程序不允許控制這些要素或采用這些技術(shù)，就應(yīng)該更換新的軟件。通常，能夠采用這些技術(shù)的軟件都是為硬銑削加工專門設(shè)計的。
另一個重要的編程要點是要了解如何根據(jù)工件材料的硬度選取切削寬度和切削深度。這個經(jīng)常容易被忽視的問題可能會使硬銑削加工的效果大相徑庭。表1所示為Makino公司的基本指南。該公司建議，切屑負(fù)荷應(yīng)保持在刀具直徑的1%左右。在高速銑削淬硬鋼時，推薦留出半精加工刀具直徑的5%作為余量（粗加工后留下的材料去除量）。
表1 高速銑削淬硬鋼時的切寬與切深
工件硬度－HRC45以下－HRC45～58－HRC60以上
徑向切寬－刀具直徑的50%－刀具直徑的45%－刀具直徑的45%
軸向切深－刀具直徑的10%－刀具直徑的7%－刀具直徑的5%
在粗銑加工中，需要確定刀具的有效直徑，以根據(jù)適當(dāng)?shù)挠嬎愎?，采用最大進(jìn)給率進(jìn)行加工，并縮短加工循環(huán)時間。
必須確保你的加工程序和編程能力可以滿足高速銑削淬硬鋼的要求。如果你沒有采用合適的加工方式，就可能會損壞刀具，并使工件報廢。如果你以前從未為高速切削和（或）淬硬鋼加工編制過加工程序，在不經(jīng)過一定培訓(xùn)的情況下，你可能很難完成這一任務(wù)。
高速硬銑削與低速硬銑削和高速軟銑削都截然不同。同樣的加工法則不一定再適用，允許的誤差范圍也大大縮小。鑒于這些事實，采用高速硬銑削的車間必須對其員工進(jìn)行必要的技術(shù)培訓(xùn)，以適應(yīng)加工任務(wù)的這種變化。
例如，高速軟銑削與高速硬銑削之間的不同之處是，人們傾向于認(rèn)為，可以把一些加工缺陷留待后面的工序再進(jìn)行加工、修整或光整。如果你的目的是通過省略粗銑軟鋼工序來縮短加工循環(huán)時間，那么，在對淬硬工件進(jìn)行銑削后，就不可能再對其進(jìn)行鉗工修整。在高速硬銑削加工中，每一個步驟都必須精益求精，必須對工件進(jìn)行嚴(yán)格檢驗后才能進(jìn)入下一個步驟。必須對每一個步驟（從毛坯的驗收到工件的終檢）都制定這種“無誤差”的工藝規(guī)程。如果一個存在缺陷的工件未被檢出，或流入了下一道工序，整個工藝流程就會“崩潰”，從而導(dǎo)致加工循環(huán)時間延長，而你也可能被迫恢復(fù)以前的傳統(tǒng)加工方式。
采用新的機(jī)床和刀具系統(tǒng)進(jìn)行高速硬銑削時，如果發(fā)生機(jī)床、主軸和專用刀具系統(tǒng)損壞的情況，將會造成昂貴的經(jīng)濟(jì)損失和浪費大量時間。必須對工藝師和機(jī)床操作人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，確保他們具備正確使用高速硬銑削加工設(shè)備和工具系統(tǒng)的能力。
相關(guān)知識培訓(xùn)不僅對保護(hù)重要設(shè)備和降低廢品率十分重要，而且可以幫助企業(yè)的其他員工對工件流可能發(fā)生的變化有備無患。許多實施高速加工的企業(yè)都意識到，一些環(huán)節(jié)很快就會形成瓶頸。當(dāng)人們習(xí)慣于以某種確定的節(jié)奏進(jìn)行一項操作時，如果其中一個特定部分突然加速，就很容易造成混亂。當(dāng)你開始實施高速硬銑削時，這一點變得尤為重要，因為加工循環(huán)時間會比過去大幅縮短（一般會縮短50%以上）。
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