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培训介绍 众所周知，在过去十年间，加工车间所用CNC加工中心的主要发展趋势是速度更快、智能化程度更高，并采用质量更轻、功耗更低的主轴。而目前不断上升的能源成本也加速了这一进程。这种发展趋势与使用能在一次走刀中实现大切深切削的强力机床完全背道而驰。高速加工（HSM）也必然意味着是低功耗加工（LPH），它需要采用不同的刀具，以及对刀具有不同的认识。

    近年来，日益提高的能源成本和对全球气候变化的关注已经赋予这种发展趋势新的紧迫性。许多制造商发现，他们的电力、能源等公用事业支出以每年25%或更高的速度递增。作为一种回应，一些企业开始采用新的策略，承诺实施“绿色制造”和“低能耗制造”。更多的制造商虽然没有大肆声张，但也在企业范围内默默但有意识地寻求加工工艺的变革，以降低金属切削加工的能耗水平。选用适当的刀具和低功耗加工方法可以为实现这一目标做出贡献。

    为了应对高速/低耗加工的发展趋势，许多的刀具供应商正在开发高速加工专用刀具系列，或在他们的刀具产品上增加额定主轴转速的标注。某些刀具供应商的步伐则更加超前。这样做的原因在于：虽然高速加工或额定主轴转速的现状是好的，对高速主轴的安全性也是必要的，但其发展尚不够充分。高速加工或额定转速本身仅仅意味着钻头或刀具以12000转/分或40000转/分的转速实际运行时具有足够好的平衡性，同时刀片在刀具中安装牢固。但是，这并不能说明刀具的加工效率，而效率才是节约能源和保护轻型机床结构的关键因素。

    当然，高速加工或额定转速是需要强调的，但眼光还应该看得更远一些。你会发现，在目前用于高速加工的各种铣刀和钻头中，在加工效率及能效上存在巨大差异。这些差异对于粗加工、一次走刀铣削和大直径孔加工尤其重要。

    让我们首先解剖一台典型的CNC高速加工中心，看看它与传统机床有何不同。当然，它的速度很快，具有高可到40000r/min的额定主轴转速，并可达到极高的进给率；它的智能化程度也很高，其控制系统通常能实现插补加工、刀具路径优化和3－6轴联动加工。不过它也有不足之处，一是主轴电机的额定功率可能只有20马力（25kW）或更小；二是机床结构很轻，因此更容易发生偏斜和振动（这一点常常被忽视）。实际上，限制材料去除率提高的通常是结构刚性而非主轴功率。不只是主轴电机，这种机床整体上都是为轻载、快速的多次走刀切削（而非大切深、少走刀的切削）而设计的。

    从刀具的观点来看，高效低耗加工的关键是瞬时加热切削区以软化被切削金属，并将热量传递给切屑，使热量随切屑一起离开切削区。很明显，金属越软，切除金属所需的功率越小。与过去采取一切可能的方法降低加工温度相比，这是一种完全不同的思维方式，这就要求我们在刀具设计阶段以及用户在刀具选择阶段都必须采取与过去不同的方法。

    切削热可能仍然是刀片的大敌，但在工件上的切削点以及切屑中，它的确可以变为有利因素。如今设计的高速铣刀性能更为先进，它与高速主轴（及其高表面切削速度）配合，可使切削点的金属发生塑性软化。如能找到这种刀具——它能利用切屑变形产生的热量软化待切削金属，使其正好达到更易切削的状态——就能实现更快速、更节能的切削加工，同时可以延长刀具和机床的寿命。

    为低功耗加工而开发的刀片还应具有另外两个重要特征：一是基体和涂层能够耐高温、耐冲击；二是切削刃几何形状的设计能充分实现自由切削（高速、无支承切削）。基体和涂层需要经受得住与切削区材料塑性变化有关的高温环境，同时还要承受以较高表面速度反复碰撞工件的频繁冲击，这些冲击力随着主轴转速的提高而成比例地增大。

    关于低功耗铣削刀具的前刀面几何形状，刀片至少应具有双重正前角——在径向和轴向均为正前角。这样，可保证在两个方向上都有平滑的劈入式切削效果，与用更钝的0°前角刀具产生的刮削效果相比，产生的切削力较小，耗费的功率也更少。然而，并非所有的刀片都具有双重正前角，因此需要注意选择。

    还需要寻找具有螺旋切削刃的铣刀（此类铣刀牌号很少），这种铣刀可显著降低功率需求和冲击力，其曲线切削刃使刀片更容易切入工件。从微观层面来看，它更像在钣金加工时用带角度的刀片一次只剪切掉一部分材料，而不是一次性地猛烈冲压整块金属板。铣刀采用20°～45°的螺旋升角也可减小刀具切入时的冲击，并能抑制切出时产生毛刺。

    在模具加工中，使用球鼻铣刀铣削要浪费大量功率，因为只有一小部分切削表面（中纬线周边区域）是以佳表面速度和效率在参与切削。更好的选择是采用一种有更多直齿的圆鼻铣刀（如英格索尔公司开发的ChipSurfer铣刀，它可使更多的切削表面参与切削）。

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