近（jìn）十多年來，高速加工技術得到了飛速發展。這種加工方（fāng）式（shì），不但大幅度提高了切削速（sù）度和進給速度，而且（qiě）明顯（xiǎn）改善工件表麵品質和加（jiā）工精度，因此在航空領域獲得了廣泛應用。隨（suí）著全球化製造技術的提高，為（wéi）進一步縮短輔助加工時間，有（yǒu）效提高（gāo）生產效率，高速加工已經進入了一個新的（de）階段———高（gāo）效加工。

      1 高效加工概述

      1.1 高效加工的定義

      高效加工是指通（tōng）過提高單位時間內金屬切除（chú）量和對加工過程的全麵考慮（lǜ）及優化，進一步（bù）降低切削過程（chéng）中的基本時間和輔助時（shí）間，進一步降低加（jiā）工費用而采用的一種（zhǒng）加工技術。

      1.2 高效加工的優點

      （1）金屬切除率高；

      （2）加工時間減少；

      （3）切削力降低；

      （4）零件熱變形減小；

      （5）加工表麵質量高；

      （6）加工成本降低。

      2 高（gāo）效加工的應用

      高（gāo）效加工繼承了高速加工具有的降低切削力、提高零件（jiàn）精（jīng）度和表麵品質等特點，並著重從提高生產（chǎn）效率出發，通（tōng）過增大加工中的金屬切除率，形成了高轉速、大進（jìn）給、大切深等特（tè）點。

      由於高效加工的技術優勢（shì），已廣泛應用於航空（kōng）製造業。如飛機上的框類零件以及大（dà）型壁（bì）板等（děng）整體結構件，其毛料的金屬切除率達到75%～95%，對於如此高（gāo）的材料去除量，最能滿足（zú）其加工要求的，就（jiù）是采用高效加（jiā）工的切（qiē）削方式。

      高效加工不同於傳統的常規切削技術，也不（bú）完全（quán）與高速加工相同，要實現高效加工，必（bì）須掌握（wò）以下關鍵技術（shù）：高效加工機床、高效加工刀具與高效加工工藝。

      2.1 高效加工機床的應用

      企業（yè）為了提高自身的競爭力，要求配置效率更高、綜合成（chéng）本更低的加工（gōng）設（shè）備。一種先進的高速銑削機床（chuáng）———虛擬軸，開始裝備航空製造業。

      （1）虛擬軸的結構特點。虛擬（nǐ）軸機床的結構，即 “六杆平（píng）台結構”，屬於並聯式加工中心（xīn）。其結構簡單，傳（chuán）動鏈短，剛度大，質量小（xiǎo），響應快，切削效率高。3 個座板以120°等分定位（wèi），並與主軸箱相連。在每個座板上均裝有線性（xìng）導（dǎo）軌，帶有一個與滾動塊相連的可前後移動的鞍架。鉸鏈連接臂與鞍架（jià）的前端相連，另一端合並成一個萬（wàn）向節（jiē），支撐（chēng）帶（dài）有內置（zhì）電主軸的平台、滾珠（zhū）絲杠和伺服（fú）電機驅動滑板。通過在Z 向上單獨移動3 個滑板，電主軸在Z 向上水平移動，此時主軸可在+/- 40°範圍內的任何空間角度實現全方位移動。

      （2）虛擬軸加工原理。工作時，機床的實（shí）際運動軸即支撐主軸部件的六驅（qū）動杆的長度不斷變（biàn）化，通過調節其的長度，可使主軸和刀具相對於零件作所要求的（de）進給運動，通過（guò）控製係統對進給運動進行精確控製，就可加（jiā）工出符合要求的零件。

      （3）虛擬軸功能參數。X 軸行程6 300 mm，Y 軸行程2 500 mm，Z 軸水平行程670 mm，在（zài）± 40°內行程370 mm，A、B 軸擺角範圍± 40°。主軸額定功（gōng）率80 kW，額定扭矩46 N·m，最大轉速3 萬r/min，最大進給速度5 萬mm / min。

      2.2 高效加工刀具的應用（yòng）

      從切（qiē）削原理中得知，在切削過程中，作用在刀具上的切削力的大小，直接取（qǔ）決於切削（xuē）區內切削溫度的高（gāo）低。與此同時，在高速旋轉過程中產生的離心力，對刀（dāo）具的影響也很大，即使（shǐ）很小的（de）離心力，都會使整個切削係統產生（shēng）強烈的振動（dòng），從而加劇刀具以（yǐ）及機床的磨損。因（yīn）此，刀具的選擇原則，是具有良好的耐磨性以及高強度的韌（rèn）性和硬度，並且選擇的刀具的幾何形狀，必（bì）須既能有利（lì）於降低切削力又（yòu）能保證刀頭強度。

      高速加工（gōng）對刀具動平衡（héng）性能提出了更高要求。因為在高速切削時，不平衡的刀具會（huì）使（shǐ）機床產生振動，產生不均勻的切削力，從而縮短刀具和主軸的壽命，增加停機時（shí）間，降低工件加工（gōng）精度。

      2.3 高效加工工藝的應用

      （1）軟件的選擇。在眾多的CAD/CAE/CAM編程軟件中，CATIA 因具有強大的模塊功能和混合建模技術，已經占有全世界60％以（yǐ）上的航空及汽（qì）車製造業的市場。仿真檢查時， 使用VERICUT 軟件。

      VERICUT 是（shì）一款專為製造業設計的CNC 數控機床加（jiā）工仿真和優化軟件。

      （2）數控加（jiā）工方法的選擇。高效加工的（de）數控編程（chéng）方法，有以下特點：

      一是精加工前，先進行轉角餘量清除的工作；

      二是盡可能減少速度的急劇變化，在走刀（dāo）方向變化較大的（de）位置加入圓弧過（guò）渡段；

      三是粗銑外形時，徑向一定要分層（céng），給（gěi）刀具留出足夠的排屑空間，以減少切屑對刀具的撞擊，更（gèng）好地（dì）延長刀具的使（shǐ）用（yòng）壽命（mìng）；

      四是選擇合理的下刀位置，接觸零件後（hòu）采用小角度往複擺刀或螺旋下刀（dāo）的方式，銑削深度根據後續走（zǒu）刀方式確定，接近速度為程序速度（dù）的60％。五是（shì）五（wǔ）坐標加工時，如果沒有特殊原因（機床（chuáng）行程限（xiàn）製（zhì）、加工空間限製等），在程序開頭和結尾都要安排所有轉角歸零程序（xù）段。

      （3）切削參數的選擇。高效加工切削參數的選擇，主要考慮加工效率、加工表（biǎo）麵品質、刀具磨（mó）損以及加工（gōng）成本等因素。通常隨著切削速度的逐漸提高，加工效（xiào）率也在提高，此時刀具磨損加劇。切（qiē）削速度的提高，主要受製於刀具耐用度（dù）以及機床主軸功率和扭矩的限製。高效加工切削參數的選擇原則，是選取較大的主軸轉數、較大的每齒進給量、較大（dà）的軸向切深和徑向切深以及中等的切削速度。

      銑切加工中經常使用的參數如下：

      N 為轉數，r／min；

      F z 為每齒進給量，mm／z；

      Vc 為銑削速度，mm／min；

      Ap 為切（qiē）削深度，mm；

      Ae 為切削寬度，mm；

      Vf 為進給速度，mm／min；

      Z 為銑刀（dāo）齒數；

      Q 為金屬切除率，cm3 / min。

      其換算關係為

      Vc = Ap × Ae × Vf

      Vf = F z × N × Z

      Vc = Ap × Ae× F z × N × Z

      Q = Ap× Ae × Vf / 1 000

      = Ap × Ae × F z × Z × N / 1 000

      通過（guò）公式可以得出：相同的刀具材料，切削同一種工件（jiàn）材（cái）料，在粗加工時的切削速度及（jí）每齒進給量，基本上是相（xiàng）同的；而不同的刀具直徑，直徑越大，則刀具（jù）的齒數可以相對增加，因此，大直徑刀具的金屬去除率，相（xiàng）比小直徑刀具的去除率要大一（yī）些。

      3 典型鋁合金壁板的（de）高效加工實例

      3.1 零（líng）件特點

      某項零件為大型鋁合金壁板。加工（gōng）後外廓尺寸4828 mm× 1 283 mm× 45 mm，壁厚3～4 mm，總質量92.103 kg，金屬去除（chú）率（lǜ）91.7 %，而且結構複雜，加工周期長（zhǎng）。

      3.2 原加工方（fāng）案分析

      （1）原加工機床（chuáng）為五坐標雙龍門銑床，受機床（chuáng）、刀具等限製（zhì），轉速、進給速度（dù）均較低，轉速1 500～2 500 r/min，進給（gěi）速度200～2 000 mm/min，單位時間內的金屬切除量很低，機床（chuáng）占用時間較長。

      （2）由於切削速（sù）度較慢，零件表麵（miàn）粗（cū）糙度較差，數控加工後需鉗工大量打（dǎ）磨，才能滿足圖紙要求，這使得零件加工周期很長。

      （3）由於零件（jiàn）高筋薄壁的特點，並且切削速度慢，加工中的切削熱（rè）得不到及時釋（shì）放，導致數控加工後變形較大，需要校正以達到圖紙要求。

      3.3 現加工方案（àn）分析

      （1）定位、裝夾方式。虛擬軸機床加工，平台螺栓孔（kǒng）定（dìng）位，即用間距為250 mm 的M16 螺栓矩陣來把緊，直角邊找正定位。

      （2）工藝流程。加工方式：粗（cū）加工（gōng）→半精加工→精加工。

      加工（gōng）流程：鑽製平台螺栓孔→粗銑內外形→粗精銑腹板（bǎn）→精銑筋高→粗精（jīng）銑（xǐ）剪切槽→粗精銑筋厚→精銑T 型（xíng）筋（jīn）→精銑角度麵→精（jīng）銑外（wài）形。

      3.4 切削參數（shù）選（xuǎn）擇

      現將零件高效加工的切削參數與普通加工（gōng）的切削（xuē）參數進行對比（見表1）。

      通過表1，可以明顯比較（jiào）出（chū）普通加工和高效加工在刀具切削參數上的差距。該（gāi）零件在虛擬軸機床上加工，單件加工時間為（wéi）20 h，相比以（yǐ）往在普通機床上的加工時間48 h，工效提高了58.3 %。並且表麵品質大（dà）幅提高，節省了鉗工打磨時（shí）間（jiān）。零件基本消除變形，節約了校正（zhèng）成本。

      4 結束語

      通（tōng）過高效加工技術在大（dà）型鋁合金壁板上的應用，我們已經從高（gāo）效加（jiā）工中獲益良（liáng）多。但是高效（xiào）加（jiā）工作為一種新興的加工工藝，國內發（fā）展曆史還很短（duǎn）暫，涉及到的相關技術比較多，存在的技術難題也很多。目前，國內對高效加工技術的（de）研究，還處於初級階段，我們（men）還沒有建（jiàn）立起完整實用的高效加工（gōng）數據庫，

在這方麵，還需（xū）要作大量的工作。