高速加工是相對傳統加工系統而言的，它包含兩層含義：高主軸轉速和高進(jìn)給量，即利用高性能的機床，以通常意義上的幾倍甚至幾十倍的加工速度來(lái)實(shí)現對工件加工的高精度、高效率，最終達到提高生產(chǎn)率的目的。然而，選用了高速加工中心是否意味著(zhù)生產(chǎn)效率就一定能夠得到提高嗎？答案并非如此。
10年前，加工中心的快速移動(dòng)速度＜18m/min、換刀速度＞10s，其性能與今日的加工中心是不可同日而語(yǔ)的。那時(shí)，使用加工中心組成的柔性加工線(xiàn)的成本也是非常昂貴的。由于早期的加工中心的刀具和刀庫在結構上的問(wèn)題還未得到完全解決，在某些工序，特別是對關(guān)鍵孔的加工工序上還必須使用專(zhuān)機。
隨著(zhù)科技的不斷進(jìn)步，新式刀具層出不窮，上述問(wèn)題現在已基本得到解決。主軸轉速在12000r/min以上的現代化高速加工中心彼彼皆是，完全由加工中心組成的柔性生產(chǎn)線(xiàn)也得到了廣泛應用。然而這時(shí)，又一個(gè)問(wèn)題擺在了人們的面前：在什么情況下選用什么樣的加工中心呢？
本文例舉的加工實(shí)例就三臺性能不同的機床分別在粗加工和半精加工、精加工工況下，加工不同材質(zhì)工件時(shí)的性能進(jìn)行了比較和分析。
粗加工和半精加工
在柔性加工中，粗加工機床為最終的精加工提供穩定的毛坯，因此，粗加工工序是柔性加工線(xiàn)中非常重要的一個(gè)組成部分。選用粗加工工序的原則是：根據不同的加工材料選用剛性相符合的加工中心。然而，現在仍有相當多的發(fā)動(dòng)機生產(chǎn)廠(chǎng)沒(méi)有重視到粗加工工序應該選用何種機床。
目前，國內發(fā)動(dòng)機廠(chǎng)使用的發(fā)動(dòng)機缸體大多采用鑄鐵結構。與進(jìn)口毛坯相比較，國產(chǎn)毛坯加工余量較大且不均勻，材質(zhì)也不穩定。因此，國內發(fā)動(dòng)機廠(chǎng)在該工序上使用的機床應該比國外相同工序上使用的機床要求相對高一些。
加工實(shí)例
以完成4108柴油機粗鏜汽缸孔為例：
缸體材料：HT250
缸孔直徑：110mm
單邊余量：5mm
加工部位：粗銑頂面、粗銑底面、粗銑前后端面、粗鏜汽缸孔
選用A、B、C三種不同性能的機床進(jìn)行對比試驗，機床的主要參數如表1所示。
加工工序可選用的刀具材料如下：
1、硬質(zhì)合金涂層刀片：刀片韌性較好、安全可靠、線(xiàn)速度較低、價(jià)格便宜，適用于品質(zhì)較差的毛坯。
2、金屬陶瓷刀片：刀片韌性較差、易崩刃、線(xiàn)速度較高、價(jià)格中等，適用于品質(zhì)較好的毛坯。
由于國內毛坯質(zhì)量不穩定，建議選用硬質(zhì)合金涂層刀片；查詢(xún)切削手冊，Vc為150～240m/min，建議選用180m/min的進(jìn)給速度；從工藝上決定粗加工汽缸孔時(shí)的主軸轉速為520r/min。
機床主要參數和性能的對比
觀(guān)察在主軸轉速為520r/min時(shí)A、B、C三種機床的性能，表2所示為其對比情況，由此分析可以得出以下結論：
A機床主軸轉速在400～500r/min時(shí)，不能提供適合粗加工所需要的功率和扭矩。該機床不適合用于粗加工，但此機床可用于小平面和油孔的加工。
B機床可以滿(mǎn)足材質(zhì)較好毛坯的粗加工和半精加工的要求，但須再提高機床主軸轉速才可能獲得較大的功率，且扭矩已不能再提高。采用此機床，可選用4～5個(gè)刀片的鏜刀。主軸轉速的提高將導致刀具壽命的降低，加大刀片破碎的機率。
C機床的主軸轉速在300～600r/min時(shí)，可以提供足夠大的功率和扭矩，滿(mǎn)足粗加工的需要。對于粗加工和半精加工，此機床具有較強的適應能力。此加工工序可選用5～7個(gè)齒的鏜刀。
在粗銑大面工序中，如頂面、底面、前后端面，通常會(huì )采用直徑為?160～200mm的盤(pán)銑刀。若選用C機床，將得到非常穩定的加工過(guò)程；若選用B機床，只有通過(guò)提高主軸轉速降低每齒進(jìn)給的方式才能提高進(jìn)給，但是可能會(huì )讓用戶(hù)加大對刀具的投入。
在毛坯質(zhì)量較好的情況下，B機床的表現最為出色。它不僅可以加工鑄鐵缸體，還可以兼容鑄鋁缸體的加工。Ｂ機床具有較大的柔性，在歐洲，此類(lèi)機床的使用十分普及，而A機床則是專(zhuān)為有色金屬的加工而設計的。
精加工
主軸是加工中心的心臟，采用強勁的主軸是選用高剛性加工工序的關(guān)鍵。精加工應選用主軸剛性好、精度穩定性好的機床。
那么，精加工應該選用什么刀片呢？從德國發(fā)動(dòng)機廠(chǎng)的使用情況看，缸孔的精鏜、曲軸孔、凸輪軸孔的精鏜采用CBN刀片效果比較好。從理論上講，CBN刀片的價(jià)格是硬質(zhì)合金刀片的10倍，但其壽命也是硬質(zhì)合金刀片的10倍。
但是，目前國內發(fā)動(dòng)機廠(chǎng)的使用情況遠遠達不到這種效果，特別是曲軸孔的加工。由于有油槽和瓦槽的影響，加上鑄鐵材質(zhì)的不穩定，CBN刀片在實(shí)際加工中Vc只能達到300～350m/min，fZ在0.07～0.1mm/Z。
采用電主軸的機床適合使用CBN刀具，因為Vc達到300～350m/min時(shí)，主軸轉速為800～1000r/min，此區間通常是電主軸的黃金轉速區域，既可以輸出較大的主軸電機功率，又可以有較大的扭矩輸出。為了防止在精加工中出現震動(dòng)，通常只選用單齒的MAPAL刀具。
個(gè)別機床供應商選用CBN刀片加工頂平面，這也是迫不得已的。例如：直徑250的盤(pán)銑刀在Vc=280m/min（硬質(zhì)合金刀片的上限）時(shí)，主軸轉速也只有360r/min，電主軸在這個(gè)轉速下不能發(fā)揮很好的作用。
如果被加工的機體毛坯質(zhì)量好，廠(chǎng)家在生產(chǎn)加工過(guò)程中能承受較高的刀具運行費用，那么就可以選用B機床。通常情況下，B機床的動(dòng)態(tài)響應速度較快，投資較少。
由于C機床采用變速機構，機床的主軸支撐跨距較大。此結構機床的主軸精度保持性好，再加上它在中低轉速時(shí)功率扭矩大的優(yōu)勢，因此，C機床是加工鑄鐵件的首選機床。
加工實(shí)例
現以加工4108凸輪軸孔為例，工件長(cháng)526mm、直徑91H6、同軸度0.02mm，采用德國MAPAL公司的鉸刀，單向加工，可以達到圖紙的精度要求。
為了解決這個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，斯達拉格海科特公司采用高剛性的ClassiCWK500臥式加工中心，采用3齒的MAPAL精密鉸刀，材料選用硬質(zhì)合金涂層刀片，單向加工。
Vc=125m/min，fZ為0.07～0.1mm/Z，此時(shí)的主軸轉速為440r/min。斯達拉格海科特公司為用戶(hù)提供齒輪變速的機床在440r/min時(shí)，主軸提供超過(guò)1000Nm的扭矩和50kW的功率輸出。
采用硬質(zhì)合金涂層刀片加工曲軸孔可以給用戶(hù)帶來(lái)比CBN刀片更好的表面粗糙度。硬質(zhì)合金涂層刀片較CBN刀片抗沖擊性較強，刀片不會(huì )突然破碎，使用更加安全。硬質(zhì)合金刀片選擇較低的速度（Vc=125m/min）時(shí)，可以保證孔徑的穩定性。如果用戶(hù)采用質(zhì)量較好的毛胚，也可以選用CBN刀片進(jìn)行加工，生產(chǎn)效率可大大提高。 |
