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     以前，人們還認(rèn)為硬度超過(guò)HRC45的金屬材料很難實(shí)現(xiàn)高速加工，因此，通常的做法是先對(duì)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(guò)手工）對(duì)淬硬工件進(jìn)行精加工，以去除微小余量。加工淬硬工件時(shí)，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(shí)刀具所承受的各種應(yīng)力。最后，還需要考慮如何對(duì)操作人員進(jìn)行相關(guān)培訓(xùn)，因?yàn)橐晒?shí)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(shí)現(xiàn)這種加工方式呢？答案非常簡(jiǎn)單：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?？傮w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(shí)間縮短1/2－2/3，并使加工表面光潔度達(dá)到無(wú)需再進(jìn)行手工研磨或鉗工精整的水平。然，在對(duì)硬度達(dá)HRC60的淬硬鋼進(jìn)行高速硬銑削加工時(shí)，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(guò)HRC60的淬硬鋼。探索試驗(yàn)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(gè)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?yàn)楦叩那邢魉俣炔⒉灰欢ㄒ馕吨痰募庸ぱh(huán)時(shí)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(gè)可靠的加工系統(tǒng)，你就會(huì)花費(fèi)更多的時(shí)間來(lái)解決各種層出不窮的問(wèn)題。當(dāng)你提高主軸轉(zhuǎn)速時(shí)，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(yùn)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(yùn)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(duì)高速加工優(yōu)化開(kāi)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。

　　各種功能部件（如伺服電機(jī)和軸系）必須能滿足高速加工的要求。伺服電機(jī)的設(shè)計(jì)必須能提供最大扭矩而不會(huì)使電機(jī)過(guò)載，以提高各運(yùn)動(dòng)軸的加速度，同時(shí)保持運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，以保護(hù)機(jī)械零部件。許多新型數(shù)字伺服系統(tǒng)可提供1,600萬(wàn)個(gè)脈沖/滾珠絲杠每轉(zhuǎn)的分辨率，從而有助于實(shí)現(xiàn)這一任務(wù)。目前，性能最佳的高速加工軸系是采用鋼制滾道和陶瓷滾珠的混合型軸系，這種軸系在更高的轉(zhuǎn)速下具有更小的扭矩，并具有更好的光潔度和電絕緣性。

　　此外，切屑處理系統(tǒng)也不容忽視。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(shí)，很容易產(chǎn)生振動(dòng)和高溫，從而可能導(dǎo)致加工誤差、顫振、刀具失效和其他一些問(wèn)題。

　　為了應(yīng)對(duì)振動(dòng)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。一般來(lái)說(shuō)，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(duì)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(shí)，越有利于對(duì)抗加工淬硬材料時(shí)所施加的切削力。雖然這并不意味著你應(yīng)該僅僅依據(jù)重量來(lái)購(gòu)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(gè)不容忽視的考慮因素。

　　需要考慮的另一個(gè)重要特性是機(jī)床的溫度控制能力。當(dāng)加工一個(gè)零件延續(xù)的時(shí)間很長(zhǎng)時(shí)，機(jī)床就會(huì)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)床不允許這種溫度變化對(duì)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(shí)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(guò)渡，對(duì)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(cè)的熱膨脹有助于保持這些特性。

　　主軸中心冷卻是Makino公司開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)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(rùn)滑主軸，又能對(duì)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己的加工。例如，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，彈簧夾頭可能是一種更好的選擇。

　　選擇刀具夾頭時(shí)需要考慮的最大問(wèn)題是對(duì)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(diǎn)）。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(zhǎng)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(duì)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(guò)，在大部分粗加工中，熱裝夾頭無(wú)法吸收高速粗銑淬硬材料時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)。一般來(lái)說(shuō)，熱裝夾頭應(yīng)該用于半精加工和精加工。

　　無(wú)論采用何種刀具夾頭，在高速銑削淬硬鋼時(shí)，夾頭的平衡都會(huì)變得特別重要。當(dāng)切削系統(tǒng)處于最大轉(zhuǎn)速時(shí)，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(shí)，需要使用專門設(shè)計(jì)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行切削試驗(yàn)。

　　確保所使用的編程軟件允許采用各種可能對(duì)高速銑削淬硬鋼極具價(jià)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(guò)切檢查等技術(shù)都可能對(duì)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(jì)的。

　　另一個(gè)重要的編程要點(diǎn)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(gè)經(jīng)常容易被忽視的問(wèn)題可能會(huì)使硬銑削加工的效果大相徑庭。表1所示為碩朔五金公司提出的基本建議，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(shí)，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(shí)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?jì)算公式，采用最大進(jìn)給率進(jìn)行加工，并縮短加工循環(huán)時(shí)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(méi)有采用合適的加工方式，就可能會(huì)損壞刀具，并使工件報(bào)廢。如果你以前從未為高速切削和（或）淬硬鋼加工編制過(guò)加工程序，在不經(jīng)過(guò)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(shí)，采用高速硬銑削的車間必須對(duì)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(guò)省略粗銑軟鋼工序來(lái)縮短加工循環(huán)時(shí)間，那么，在對(duì)淬硬工件進(jìn)行銑削后，就不可能再對(duì)其進(jìn)行鉗工修整。在高速硬銑削加工中，每一個(gè)步驟都必須精益求精，必須對(duì)工件進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)后才能進(jìn)入下一個(gè)步驟。必須對(duì)每一個(gè)步驟（從毛坯的驗(yàn)收到工件的終檢）都制定這種“無(wú)誤差”的工藝規(guī)程。如果一個(gè)存在缺陷的工件未被檢出，或流入了下一道工序，整個(gè)工藝流程就會(huì)“崩潰”，從而導(dǎo)致加工循環(huán)時(shí)間延長(zhǎng)，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(shí)，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(huì)造成昂貴的經(jīng)濟(jì)損失和浪費(fèi)大量時(shí)間。因此，必須對(duì)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。

　　培訓(xùn)不僅對(duì)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(duì)工件流可能發(fā)生的變化有備無(wú)患。許多實(shí)施高速加工的企業(yè)都意識(shí)到，一些環(huán)節(jié)很快就會(huì)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(xiàng)操作時(shí)，如果其中一個(gè)特定部分突然加速，就很容易造成混亂。當(dāng)你開(kāi)始實(shí)施高速硬銑削時(shí)，這一點(diǎn)變得尤為重要，因?yàn)榧庸ぱh(huán)時(shí)間會(huì)比過(guò)去大幅縮短（通常會(huì)縮短50%以上）。

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