近十多年來，高速加工（gōng）技術得到了飛速發展。這種（zhǒng）加工方式，不但大幅度提高了切削速度和進給速度，而且明顯（xiǎn）改善工件表麵品（pǐn）質和加工精度，因此在航空領域獲得了廣泛應用。隨著全球化製造技術的（de）提高，為（wéi）進一步縮短輔助加工時間，有效提高生產效率，高速加工（gōng）已經進入了一（yī）個新的階（jiē）段———高效加工。

      1 高（gāo）效加工概述

      1.1 高效加工的定義

      高效加工是指通過提高單位時間內金屬切除量和對（duì）加工過程的全麵考慮及優化，進一步降低切削過程中的基（jī）本時間和輔助時間，進一步降低加工（gōng）費用而采用的一種加工（gōng）技術。

      1.2 高效（xiào）加工的優點

      （1）金屬切除率（lǜ）高；

      （2）加工（gōng）時間減少；

      （3）切削力降低；

      （4）零件（jiàn）熱變形減小；

      （5）加工表麵質量（liàng）高；

      （6）加工成本降低。

      2 高效加工的應用

      高效加工繼承了高速加工（gōng）具有的降低切削力、提高零件精度（dù）和表麵品質等特點，並（bìng）著重從提高生產效率出發，通過增大加工中的金屬切除率（lǜ），形成了高轉（zhuǎn）速、大進給、大切深等特點。

      由於高效加工的技（jì）術優（yōu）勢，已廣泛應用於航空製造業。如飛機（jī）上的框類零（líng）件以及大型壁板等整體結構（gòu）件，其毛料的金屬（shǔ）切除率達到75%～95%，對於如此高的材料去除量，最能滿足其加工要求的，就是采用高效加工的切削方式。

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

      2.1 高效加工機床（chuáng）的應用（yòng）

      企業為了提高自身的競爭力，要求配置效率更（gèng）高、綜合成本更（gèng）低的加工設備。一種先進的高速銑削機床———虛擬軸，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（liù）杆平台結構”，屬於並聯式加工中心。其結（jié）構簡單，傳動鏈短，剛度大，質量小，響應（yīng）快，切削效率高。3 個座板以120°等分定位，並與主軸箱相連。在每個座板上均裝有線性導軌，帶有一個與滾動塊相連（lián）的可前（qián）後（hòu）移動的鞍架。鉸鏈連接臂與（yǔ）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、滾珠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（zài）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（dòng）。

      （2）虛擬軸加工原理。工（gōng）作時，機床的實際（jì）運動軸即支撐主軸（zhóu）部件的六驅動杆的長度不斷（duàn）變化，通過調節其的長度，可（kě）使（shǐ）主（zhǔ）軸和刀具相對於零件作所要求的進給運動，通過控（kòng）製係統對進給運（yùn）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 軸水平（píng）行（háng）程670 mm，在± 40°內行程370 mm，A、B 軸擺角範圍± 40°。主軸額定功率80 kW，額定扭矩46 N·m，最大（dà）轉速3 萬（wàn）r/min，最大進給速度5 萬mm / min。

      2.2 高效加（jiā）工刀具的應用

      從（cóng）切削（xuē）原（yuán）理中（zhōng）得知，在切（qiē）削過程中，作用在刀具上的切削（xuē）力的大小，直接取決（jué）於切削區內切削溫度的高低。與此同時，在高速旋轉過程中產生的離心力（lì），對刀具的影響（xiǎng）也（yě）很大，即使很小的離心力，都會使整個切削係（xì）統產生強烈的（de）振（zhèn）動，從而加劇刀具以及機床的磨損。因此，刀具的（de）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（qiě）選擇的刀具的幾何形狀（zhuàng），必須既能有（yǒu）利於降（jiàng）低切削力又（yòu）能保證刀頭強度（dù）。

      高速加（jiā）工對刀具動平衡性能提出了更高要求。因為在高速切削時，不平衡的刀具會使機床（chuáng）產生振動，產生不（bú）均勻的（de）切削（xuē）力，從而縮短刀具和（hé）主軸（zhóu）的壽命，增加停（tíng）機時間，降低（dī）工件加工精度。

      2.3 高效加工工藝的應用

      （1）軟件的選擇（zé）。在眾多的CAD/CAE/CAM編程軟件中，CATIA 因（yīn）具有強大（dà）的模塊功能和混（hún）合建模技術，已經占有全世界60％以上的航（háng）空及汽車製造業（yè）的市場。仿真檢（jiǎn）查時， 使用VERICUT 軟件。

      VERICUT 是一款專（zhuān）為製造業設計的CNC 數控機床加工仿真和優化軟件。

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

      一是精加工前，先進行轉（zhuǎn）角餘量清除的工作（zuò）；

      二是盡可能減少速度的急劇變化，在走刀方向變化較大的位置加入圓弧過（guò）渡（dù）段；

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

      四是選擇合理的下刀（dāo）位置，接觸零件後采用小角（jiǎo）度往複擺刀或螺旋下刀的方式，銑削深度根據後續（xù）走刀方式確定（dìng），接近速（sù）度為程序速度的60％。五是五坐標加工時，如果沒有（yǒu）特殊原因（機床行程限製、加工空間限製等），在程（chéng）序開頭和結尾都要安排所有轉角歸零程（chéng）序段。

      （3）切削參（cān）數的選擇（zé）。高效加工切削參數的選擇，主要考慮加工（gōng）效率、加工表麵品質（zhì）、刀具磨損（sǔn）以及加工成本等因素。通常隨（suí）著切削速（sù）度的逐漸提（tí）高，加工效率也在提高（gāo），此時刀具磨損加劇。切削速度的（de）提高，主要受製於（yú）刀具耐用度以及機床主軸功率和（hé）扭矩的限（xiàn）製。高效加工切削參數的選擇原則，是選取較（jiào）大的主軸轉數（shù）、較大的每齒進（jìn）給量、較大的軸向切深（shēn）和徑向切深以及中等的切削速度。

      銑切加工中經（jīng）常使用的參數如下：

      N 為轉（zhuǎn）數，r／min；

      F z 為每齒（chǐ）進給（gěi）量，mm／z；

      Vc 為銑削速（sù）度，mm／min；

      Ap 為切削深度，mm；

      Ae 為切削寬度，mm；

      Vf 為進給速（sù）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

      通過公式可以（yǐ）得出：相同的刀具材料，切削同一種工件材料，在粗加工時的切削速度及每齒進給量，基本上是相同的；而不同的刀具直徑，直徑越大，則刀具的齒數（shù）可以相對增加，因此，大直（zhí）徑刀具的金屬去除率，相比小直徑刀具的（de）去除率要大一些。

      3 典型（xíng）鋁合金壁板（bǎn）的（de）高效加工實（shí）例

      3.1 零件特點

      某項零件為大型鋁合金壁板。加工後外廓尺（chǐ）寸4828 mm× 1 283 mm× 45 mm，壁厚3～4 mm，總質量92.103 kg，金屬去（qù）除率91.7 %，而且結構複雜（zá），加工周（zhōu）期長。

      3.2 原加（jiā）工（gōng）方案分析

      （1）原（yuán）加工機床為五（wǔ）坐標雙龍門（mén）銑（xǐ）床，受（shòu）機（jī）床、刀具等限製，轉速、進給速度（dù）均較低（dī），轉速1 500～2 500 r/min，進給速度200～2 000 mm/min，單位時間內的（de）金屬切除量很低，機床占用時間較長。

      （2）由於切削速度較慢，零件表麵粗糙度較差，數控（kòng）加工後需鉗工大量打磨，才能滿足圖紙（zhǐ）要（yào）求，這使得零件加工周期很長。

      （3）由於零件（jiàn）高筋薄（báo）壁的特點，並且切削速度慢（màn），加工中的切削（xuē）熱得不到及時釋放，導致數控加工（gōng）後變形較大，需要校（xiào）正（zhèng）以達（dá）到圖（tú）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（chuáng）加工，平（píng）台螺栓孔定位，即用間距為250 mm 的M16 螺（luó）栓矩陣來把緊，直（zhí）角邊（biān）找正定位。

      （2）工藝流程（chéng）。加工方式：粗加工→半精加工→精加工（gōng）。

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

      3.4 切削參數選擇（zé）

      現將零（líng）件高效加工的切削參數與普通（tōng）加工的切削參數（shù）進行對比（見表1）。

      通過表1，可以明顯（xiǎn）比較出普通加工和高效加工在刀具切削參數上的差距。該零件在虛擬軸機床（chuáng）上加工，單件加工時間為20 h，相（xiàng）比以往在普通機床上的加工時間48 h，工效提高了58.3 %。並且表麵品質大幅提高，節省了鉗工打磨時間。零件基本消（xiāo）除變形，節約了校正成本。

      4 結束語

      通過（guò）高效加工技術在大型鋁合金壁板上的應用，我們已經從高效加工中獲益良多。但是高效加工作為一（yī）種新興（xìng）的加工工藝，國內（nèi）發展曆史還很短（duǎn）暫，涉及到的相關技術（shù）比（bǐ）較多，存在的技術難題也很多。目前，國內對高效加工技術的研究，還處於初級階段，我們還沒有建立（lì）起完整實（shí）用的高效加工數據庫，

在（zài）這方麵，還需要作大量（liàng）的工作。