幾乎二十年以來，高速切削 (HSC) 一直都被認為是高速生產(chǎn)加工的同義詞。今天，人們的注意力越來越多地集中到了HPC(高生產(chǎn)率切削或高性能切削)這一新名詞上了。

圖1 使用成形的和非成形的刀具切削刃時的測量切削力

什么是HPC銑削?

    通常，HPC銑削被描述為能滿足提高金屬去除率要求的銑削加工，這是決定一個加工過程性能潛力的關(guān)鍵技術(shù)量值，與傳統(tǒng)的加工技術(shù)相比，要提高200%到500%。更廣義的解釋就是，HPC這一名詞還意味著對整個加工工藝鏈進行優(yōu)化，目標是將生產(chǎn)成本降低10%到30%。

HPC與HSC之間有什么區(qū)別?

    粗加工的目的主要是使金屬去除率達到最大：由于事實上無論增加軸向或徑向進給來加工3D曲面，都會嚴重地受到HSC技術(shù)的制約，要想提高加工率，就只有借助于增加切削速度了。然而，還會有其它實際的和技術(shù)上的制約。

    同時增加軸向和徑向的吃刀量，以及增加進給速度(提高vf 的速度并不一定會提高HSC的切削速度)，應(yīng)該能夠?qū)μ岣呒庸ば�率有所幫助�?/p>

    一方面，這些銑削工藝的一個結(jié)果就是，與傳統(tǒng)銑削加工的效率相差無幾。另一方面，在一定的切削速度下提高進給速度會導(dǎo)致刀具的每齒進給速度提高，因此，就增加了銑刀上的機械載荷。不管被選定的切削刃的幾何形狀和刀具材料如何，在加工過程中都會產(chǎn)生相當(dāng)高的切削力，這反過來又會提高對機床工作環(huán)境的要求。

圖2 成形的和非成形的刀具切削刃的磨損演變

    基于這一背景，提出的主要的問題就是，高切削率粗加工用刀具是否應(yīng)該采用不同的刃部幾何形狀。

高性能切削中產(chǎn)生的切削力和磨損現(xiàn)象

    我們進行了很多實驗，以確定不同形狀的切削刃對加工過程中切削力的影響。圖1顯示用帶有輪廓的刀具銑削10秒鐘以后，在固定條件下的切削力曲線和具有平滑切削刃的刀具進行切削時的相應(yīng)的曲線。

    如果兩種刀具的算術(shù)平均切削力關(guān)聯(lián)設(shè)定的話，則通過試驗可以確定，有輪廓外形的刀具的切削力降低了23.5%。就最大限度地利用主軸輸出功率這個問題來說，設(shè)計具有輪廓外形切削刃的HPC粗銑刀似乎是一個極好的選擇。

    除了高速金屬切削和優(yōu)化利用主軸輸出功率的要求以外，在銑削加工的經(jīng)濟性中，刀具的使用壽命也是一個關(guān)鍵性的因素。

    圖2顯示了這兩種刀具有代表性的磨損現(xiàn)象。在使用了極短的時間以后，有輪廓外形的硬質(zhì)合金切削刃上會產(chǎn)生局部切屑現(xiàn)象，特別是在輪廓突出部位切屑量更多。高的進給速度和HPC銑削中大的吃刀量，再加上輪廓外形突出部位上的切削刃的橫向支撐力被降低，超過了當(dāng)今最先進的微粒碳化物金屬品質(zhì)的剛性極限， 就會產(chǎn)生極大的機械負載。

圖3 銑削硬度鋼時，HSC-HPC金屬切削速度的比較。

選擇平滑切削刃還是選擇成形切削刃?

    當(dāng)使用硬質(zhì)合金端銑刀時，以上討論的成形刀具在金屬切削方面的優(yōu)點，在技術(shù)上絕對不能用在HPC切削工藝中。硬質(zhì)合金端銑刀使用壽命過短，會使刀具的使用成本大大增加，從而會對這種加工方法的經(jīng)濟性產(chǎn)生嚴重的質(zhì)疑。

    接受加工力量大這一事實，將非成形硬質(zhì)合金端銑刀的刀具設(shè)計成與被加工材料范圍相匹配的幾何形狀，這似乎是適合HPC加工的一個思路。

強度達到68HRC的鋼材的粗加工

   當(dāng)加工具有更高強度值的鋼材時，相應(yīng)的切削刃上不能有過大的機械負荷。此外，當(dāng)?shù)毒吲c工件咬合時，由于進刀沖擊力的影響，切削刃上就會有產(chǎn)生切屑的危險�？紤]到使用有幾何形狀的非成形硬質(zhì)合金端銑刀中產(chǎn)生的這些現(xiàn)象，選定了一個最大的負切削角γ = -10°。使用傳統(tǒng)的公差角，允許有大于90°的大楔入角，這會極大地平衡刀具的切削刃。此外，凹槽螺旋角被設(shè)計得非常大，可達γ = 55°，以便在“剝皮切削”概念下，加工易碎的硬質(zhì)材料時，矯正切削接合力。

    在圖3中，顯示了這一刀具使用理論性能潛在的優(yōu)勢，這是一個極好的示例，同時還比較了HPC刀具加工硬度為54HRC的鋼材和用HSC銑削加工技術(shù)加工同樣材料硬度等級的材料時的性能。

     盡管有較高的切削速度，以及在這種情況下，較高的HSC加工每齒進給速度，但是通過有效地增加吃刀量，則金屬的切削速度就會增加10倍。

鋼鐵整體加工中的HPC概念