高效切削工艺（HPC）的目标：材料切除率的最大化( 下)

　　HPC 在工业中的应用

　　目前，高速切削和高效切削工艺在航空工业、模具制造和汽车工业已得到了广泛的应用。高效铣削中大型铝合金结构件时，通常是采用很高的工艺参数（表2），以便尽可能以最短的时间切除掉尽可能多的加工余量，获得尽可能高的材料切除率。另外，随着刀具技术和控制技术的发展，又相继出现诸如大进给量铣削和摆线铣削等高材料切除率的高效铣削工艺。

　　当今，在生产技术中，HPC 工艺表示了那些旨在提高材料切除率的工艺优化。随着刀具技术和CAD/CAM 技术的发展，推动了HPC 铣削技术进一步发展，出现了一些不同加工类型的高效切削工艺。

　　大进给量铣削（High Feed Cutting, HFC）

　　这是一种通过铣刀直径全切入的方式，并以小切深和大进给量相结合的高效铣削工艺，不仅有高的材料切除率，而且还具有高的能源效率。这种工艺已在模具的粗加工中得到了广泛应用。当今，由于新一代机床高动态性能的不断提高，这不仅为刀具实现很高的进给速度，而且为这种铣削工艺实现圆周铣削等工艺，进而为充分利用大进给量铣削工艺的潜力创造了更好的条件。

　　高效摆线铣削工艺（Trochoidal Performance Cutting)

　　近年来，这种高效加工工艺得到了进一步发展，由于是基于现代加工中心控制系统的高计算能力，又与功能强大的CAD/CAM 系统相结合，并通过CAM 系统产生摆线铣削的刀具轨迹，使该工艺呈现出一个崭新的发展阶段。这种工艺可以采用较小的侧吃刀量、较小的接触角和较高的切削参数（与常规铣削工艺相比，切削速度和每齿进给量可提高一倍，或更高），从而可达到极高的材料切除率。在高效铣削深槽和深的侧轮廓时，可获得比常规工艺好得多的结果：高的材料切除率、短的加工时间、高的刀具耐用度、低的刀具费用和高的过程可靠性。

　　HPC 和HSC 的联合使用

　　从粗加工、半精加工、到精加工是一种典型的加工工艺流程，作为粗加工的HPC 工艺和精加工的HSC 工艺，在工艺流程中这两种工艺可以实现高效互补，联合使用，以最大程度地缩短工艺流程时间。因为，高速铣削和高效铣削可以采用比常规铣削更高的切削速度和进给速度，利用这两种工艺各自的优点：通过高效切削（HPC）来快速切除掉工件的粗加工余量；而接着利用高速切削（HSC）来实现工件的精加工，从而显著缩短加工时间和工艺流程时间。在航空工业和模具制造业，为了实现模具的最佳加工，常常把高速和高效铣削策略联合在一起。

　　日本牧野（Makino）公司，在一条由四台加工中心组成的加工飞机构件（图6）的柔性生产线中，在装有高效主轴（12,000 r/min）的加工中心上，是采用中等的切削速度和较高的进给速度以高效切削（HPC）进行粗加工；而在装有高速主轴（20,000 r/min）的加工中心上，则采用较小的每齿进给量和很高的切削速度以高速切削（HSC）实现精加工，在柔性生产系统中实现了高效切削和高速切削的结合和互补。

　　又如，意大利Jobs 公司的Linx 型铣床，通过高效铣削（HPC）和高速铣削（HSC）的相互联合，使从粗加工到精加工整个切削过程的时间降低25-40%。又如德国Elb 磨床公司开发的“smartLine millGrind“复合加工中心，机床除了可实现成形磨和平面磨削外，还可进行铣削加工。当遇到有较高切削余量的情况，在这台机床上工件可在一次装夹的情况下，利用高效铣削（HPC）快速铣去工件的粗加工余量，接着又通过磨削实现精密加工，由此大大缩短工艺流程时间。

　　结语

　　近20 年来，以高材料切除率为特征的高效切削（HPC）工艺，是继高速加工后出现的先进加工工艺，这种高效铣削，已成为航空工业和模具制造业以及汽车等行业提高生产率、缩短加工时间和降低生产成本的有效手段。

　　通过在刀具材料、涂层和几何角度以及软件等方面的不断开发和组合，以及切削参数的优化，对提高生产效率起了决定性作用。而要获得很高的生产率和最经济的解决方案还必须要通过工艺过程的整体考虑和优化，采取提高材料切除率和确保加工过程稳定性的所有措施来达到。这些也正如德国著名教授Thomas Bergs 和Fritz Klocke 在2018 年德国第七届亚琛HPC 国际会议的欢迎词中所说的：“高效加工工艺（HPC）确保了大幅度缩短基本时间和工艺流程时间，这是通过提高材料切除率、通过采用相应的刀具和机床以及通过工艺链的整体考虑和优化来获得的。”