近（jìn）十多年來，高速加工技術得到（dào）了飛速發展。這種加工方式，不但大（dà）幅度提高了切削速度和進給速度，而且明顯改善工件表麵（miàn）品質和加工（gōng）精（jīng）度，因此在航空領域獲得了廣泛應用。隨著全（quán）球化製造技術的提高，為進一步縮短輔助加工時間（jiān），有效提高生產效率，高（gāo）速加工已經進入了一個新的（de）階段———高效加工。

      1 高效加工概述

      1.1 高效加工的定義

      高效加工是指通過提高（gāo）單位時間內（nèi）金屬切除量和對加工過程的全麵考慮及優化，進一步降低切削過程中的基本時間和輔助時間，進一步降低加工費用而采用的（de）一種加工技術（shù）。

      1.2 高效（xiào）加工（gōng）的優點

      （1）金屬切除率高；

      （2）加工時間減（jiǎn）少；

      （3）切削（xuē）力降（jiàng）低；

      （4）零（líng）件熱變形減小；

      （5）加工（gōng）表麵質量高；

      （6）加工成本降低。

      2 高效加工的（de）應用（yòng）

      高效加工繼承了高速加（jiā）工具有的降（jiàng）低切削力、提高零件精度和表麵品質等特點，並著重（chóng）從（cóng）提高生產效率出發，通過增（zēng）大加（jiā）工中的金屬切除率，形（xíng）成了高轉速、大進給、大切深等特點。

      由於（yú）高效加工（gōng）的技術優勢，已廣（guǎng）泛應用於航空製造（zào）業。如飛機上的（de）框類零（líng）件以及大型壁板等整體結構件，其毛料（liào）的金屬（shǔ）切除率達到75%～95%，對於如此高的材料（liào）去除量，最能滿足其加工要求的，就是采用高效加（jiā）工的切削方式。

      高效加（jiā）工不同於傳統的常規切削技術，也不完全（quán）與高速加工相同，要實（shí）現高效加工，必須掌握以下關鍵技術：高效加工機床、高效加工刀具與高效（xiào）加工（gōng）工藝。

      2.1 高（gāo）效加工機床的應用

      企業為（wéi）了（le）提高自身的競爭力，要求配置效（xiào）率更高、綜合成本（běn）更低的加工設備。一種（zhǒng）先進的高速銑削機床———虛擬軸（zhóu），開始裝備航空製造業。

      （1）虛擬軸的結構特點。虛擬軸機床的結構，即 “六杆平台結（jié）構（gòu）”，屬於並聯式加工中心。其結構簡單，傳動鏈短，剛度大，質量小，響應快（kuài），切削效率高。3 個座板以120°等分定位，並與主軸箱相連。在（zài）每個座板上均裝有線性（xìng）導軌，帶有一個與滾動塊相連（lián）的可（kě）前後移（yí）動的鞍架。鉸鏈連接臂與鞍架的前端相連，另一端合並成一個萬向節，支撐帶有內置電主軸的平台（tái）、滾珠（zhū）絲杠和伺服電機驅動滑板。通過在Z 向上單獨移動3 個滑板，電主軸在Z 向上水（shuǐ）平移動，此時主軸可在+/- 40°範圍內（nèi）的任何空間角（jiǎo）度實現全方位移動。

      （2）虛（xū）擬軸加工原理。工作時，機床的實際運動軸即支撐主軸部件的六（liù）驅動杆的長（zhǎng）度不（bú）斷變化，通過調節其的長度，可使主軸和刀（dāo）具相對於零件作（zuò）所要求的進（jìn）給運動，通過控製係統對（duì）進（jìn）給運動進行精確控製，就可加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（zhóu）水平（píng）行程（chéng）670 mm，在± 40°內行程370 mm，A、B 軸擺角範圍（wéi）± 40°。主軸額定功率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

      從（cóng）切削原理（lǐ）中得知，在切削過程中，作用在刀（dāo）具上的切削力的大小，直接取決（jué）於切削區內（nèi）切削溫度的高低。與此同時，在高速旋轉過程中產生的離心力，對刀具的影響也很大，即使很小的離心力，都會使整個切削（xuē）係統產生強烈的（de）振動，從而加劇刀具以（yǐ）及機床的磨損（sǔn）。因此，刀具的選擇原則，是具有良好的耐磨性以及高強度的韌性和硬度，並且選擇的刀具的（de）幾（jǐ）何形狀，必須既能有利於降低切削力又能（néng）保證刀頭強度。

      高速加工（gōng）對刀具動平衡性能提出了更高要（yào）求。因（yīn）為在高速切削時，不平衡的刀具會（huì）使機床產生（shēng）振動，產生不均勻的切削力，從而（ér）縮短（duǎn）刀具和主軸的壽命，增加（jiā）停機時間，降低工件加工精度。

      2.3 高效加工工藝的應用

      （1）軟（ruǎn）件的選擇。在眾多的CAD/CAE/CAM編程軟件（jiàn）中，CATIA 因具有強（qiáng）大的模塊功能和混合建模（mó）技術，已經占有全世界60％以上（shàng）的航空及汽車製造業的市（shì）場。仿真檢查時， 使用VERICUT 軟件。

      VERICUT 是一款專為製造業設計的CNC 數（shù）控機床加工（gōng）仿真和優（yōu）化軟件。

      （2）數控加工方法的選擇。高效加工（gōng）的數控編程方法，有（yǒu）以下特點（diǎn）：

      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（de）急劇變化，在走刀方向變（biàn）化較大的位置加入圓弧過渡段；

      三是粗銑外形時，徑向一定要分層（céng），給刀具留出（chū）足夠的排屑空間，以減少切屑對刀具的撞擊，更好地延長刀具的使（shǐ）用壽命；

      四是選（xuǎn）擇合理的下刀位置（zhì），接觸（chù）零件後采用小角度往（wǎng）複擺刀或螺旋下刀的方式，銑削（xuē）深度根據後續走刀方式確定，接（jiē）近速度為程（chéng）序（xù）速度的60％。五是五坐（zuò）標加工時，如果沒有特殊原因（機床行程限（xiàn）製（zhì）、加工空間限製等），在程序（xù）開頭和結尾都要安排所有轉角歸零（líng）程序段。

      （3）切削參數的選擇。高效加工（gōng）切削參（cān）數的選擇，主（zhǔ）要考慮加工效率、加工表（biǎo）麵品（pǐn）質、刀具磨損以及加工成本等因素。通（tōng）常隨著切削速度的逐漸提高，加（jiā）工效率也在提（tí）高，此時刀具磨損加劇。切削速度的提（tí）高，主要受製於刀具耐用度以（yǐ）及機床主軸功（gōng）率和扭矩的限製。高效加工切削（xuē）參數的選擇原則，是選（xuǎn）取較大的主軸轉數（shù）、較大的（de）每齒進給量、較大的（de）軸向切深和徑向切深以及中等的切削速度。

      銑（xǐ）切加（jiā）工中經常使用的參數如（rú）下（xià）：

      N 為轉數，r／min；

      F z 為（wéi）每（měi）齒（chǐ）進給量，mm／z；

      Vc 為銑削速度，mm／min；

      Ap 為切削深度，mm；

      Ae 為（wéi）切削寬度，mm；

      Vf 為進給速度，mm／min；

      Z 為（wéi）銑刀齒數；

      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

      通過公式可以得出：相同的刀具材料，切削同一種工件材料，在粗（cū）加（jiā）工時的切（qiē）削速度及每齒進給量，基（jī）本上是相同的；而不同的刀具直徑，直徑越大，則刀具的齒數可以相對增加（jiā），因此（cǐ），大直徑刀具（jù）的金（jīn）屬（shǔ）去除（chú）率，相比小直（zhí）徑刀具的去除率（lǜ）要大一些。

      3 典型鋁合金壁板的高效加工實例

      3.1 零件（jiàn）特點

      某項零件（jiàn）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（zhì）量（liàng）92.103 kg，金屬去除率91.7 %，而且結（jié）構複雜，加工（gōng）周（zhōu）期（qī）長。

      3.2 原加工方案分析

      （1）原加工機床為五坐標雙龍門銑床，受機床、刀具等限製，轉速、進給速（sù）度均較低，轉速1 500～2 500 r/min，進給（gěi）速度200～2 000 mm/min，單位時間（jiān）內的金（jīn）屬（shǔ）切除量很（hěn）低，機床占用時間較長。

      （2）由於（yú）切削速度較慢，零件表麵粗糙度較差，數控加工後需鉗工大量打（dǎ）磨，才能滿足圖紙要（yào）求，這使得（dé）零件加（jiā）工周期很長。

      （3）由於零件高筋薄壁的特點，並且切削速度慢，加工（gōng）中（zhōng）的切削（xuē）熱得不到及時釋放，導致數控加工後變形較大，需要校正以達到圖紙要求。

      3.3 現加工方案分析

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

      （2）工藝流程。加工方式：粗（cū）加工→半精加工→精加工。

      加工流程：鑽製平台螺栓孔→粗銑內外形→粗精銑腹板→精銑筋高→粗精銑剪切槽→粗精銑筋厚（hòu）→精銑T 型筋→精銑角度麵→精銑外形。

      3.4 切削參數選擇

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

      通過表1，可以明顯比較出普通（tōng）加工和高效加工在刀具切削參（cān）數上的差距。該零件在虛擬軸機床上加工，單件加工（gōng）時間為20 h，相比以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（pǐn）質大幅提高，節省了鉗工打磨時間。零件基（jī）本消除變形，節約了校正成本。

      4 結束語

      通過高效加工技術在大型鋁合（hé）金壁板上的應用（yòng），我們已（yǐ）經從（cóng）高效加工中獲益良多。但是高效加工作為一種新興的（de）加工工藝，國內發展曆史還很短暫，涉及到的相（xiàng）關技術（shù）比較多，存在的技術難題也很多。目前，國內（nèi）對高效加工技術的研（yán）究，還處於初級階段，我們還沒有建立起完整實（shí）用的高效加工數據庫，

在這（zhè）方麵，還需要作大量的工作。