高速加工(HSM)核心要素与最佳实践指南

高速加工(HSM或HSC)是20世纪90年代快速发展应用的先进加工技术。通常指主轴高转速(10,000-100,000 r/min)和高进给速度(40-180 m/min)铣削加工。本文详细介绍高速加工以下内容：

• 什么是高速加工
• 高速加工历史
• 传统加工与高速加工对比
• 高速加工特征
• 高速加工考虑因素
• 高速加工技术
• 高速加工优势
• 高速加工应用领域

什么是高速加工

高速加工(HSM/HSC)是90年代快速发展应用的先进加工技术。通常指主轴高转速(10,000-100,000 r/min)和高进给速度(40-180 m/min)铣削加工。高速加工是轻快切削过程，可实现高金属去除率(MRR)、高进给率和主轴转速。结合快速运动和周密规划应用，实现精密零件和最佳结果。

高速加工历史

高速加工首次尝试发生在1920年代初。约10年后，Carl Solomon提出高速加工定义：“在比常规加工高5-10倍的特定切削速度下，切削刃排屑温度开始下降。”其著名图表成为学习高速加工代名词，解释了所谓“Solomon曲线”。直到1950年代末HSM研究才起飞。1980年代洛克希德早期采用HSM，随后其他航空航天制造商跟进。此时高速加工成为传统加工可行替代方案。如今高速加工日益普及，机床车间越来越常见。

传统加工与高速加工对比

传统加工与HSM多方面差异大。传统加工刀具与工件接触时间远长于HSM。传统加工涉及更大切削力。与高速加工相比，传统加工通常导致工件精度下降、表面光洁度差。另一重大差异是材料去除率高得多。

高速加工特征

• 高金属去除率(MRR)和最小化加工时间
• 高生产率和低成本
• 优异尺寸精度和精度
• 高精度3D复杂零件加工能力
• 消除抛光、装配等非必要步骤

高速加工可解决新材料加工难题，适应高表面质量、高精度、复杂形状三维曲面加工，减少避免低效EDM，解决薄壁零件加工问题，CNC高速复合加工还能减少搬运装夹次数，避免重复定位误差，不仅提高加工质量也提升效率。

高速加工考虑因素：

• 刀具选择与平衡
• 切屑变薄
• 机床要求
• 工件与刀具刚性
• 材料与加工策略
• CAM编程
• 刀具选择

高速加工技术

高速加工是制造零件的复杂过程，必须懂得如何实施HSM。无经验者用对工具也难成功。HSM是各种应用技术集合，用户友好且对操作任何操作非常有用。高速加工最佳技术包括：

1: 轴向钻铣粗加工

是手动CAM刀路和程序。可说是救命稻草。轴向钻铣粗加工两大特征：

• 将力从XY平面变为轴向Z上下力，实现更刚性切削。
• 相比立铣刀，其麻花钻可去除更多材料。

侧槽导致刀具偏转大时，钻铣粗加工或铣削最适合深槽。钻铣允许在车间老旧机床上进行粗加工。

2: 摆线加工/铣削

此CNC铣削方法适合深型腔、封闭型腔和槽加工。摆线加工是钛合金、因科镍等特种硬材料开槽优秀方案。主要优势：

• 缩短循环时间
• 可执行多槽刀具
• 去除更多材料
• 延长刀具寿命
• 切屑变薄效应
• 减少轴向走刀次数
• 高速能力
• 保持恒定进给速度

3: 侧向过渡

高进给率下相邻刀路间过渡连接非常有效。倾向于在通道末端产生尖锐跨步。简单圆弧运动在高进给下会更尖锐。过去十年平行扫描线面加工用于完成多面模型。中等进给率下合适方案是用简单循环刀路替代扫描通道间尖锐转弯。

高速加工优势

高速加工通常用高铣削速度和快速多次通过提高效率，小直径刀具、适当进给、小径向轴向切深即切削量。随铣削速度增加，加工时间大幅缩短，切削力减小、振动小，特别是径向切削力大幅降低、零件变形小。因切削热大量随切屑带走，工件表面温度低。因上述高速铣削特征，高速加工相较传统加工优势突出：生产率高、工作稳定、表面质量高、无需其他表面处理工序、利于加工薄壁件及高强高硬脆性材料、缩短交货期、减少设备和车间面积、减少工人。尽管设备投资初期成本增加，高速铣削工艺总体效益仍显著提升。

高速加工应用领域

高速加工可直接生产原型、小批量零件、发动机零件制造切削工具。HSM主要目标以更高生产率降低生产成本。

1: 航空航天行业

航空航天要求高耐久性和可靠性，飞机设计制造涉及诸多限制。航空航天是最复杂技术之一，HSM技术主要用于航空航天。为实施最新工艺技术，高强铝合金使用日益增加。选择HSM用于航空航天设计主要原因：

• 切削层深度
• 切削速度快、加工效率高
• 进给速度和精密机械表面
• 切削参数选择

这些因素使HSM比其他铣削技术方法更适合航空航天。

2: 医疗行业

医疗设备、工具、零件要求更高精度和准确性，可通过高速CNC加工实现。用于骨科植入体、关节植入体、模具或手术器械。材料要求可能基于高质量标准而异。许多CNC服务商服务医疗行业，在高速CNC加工和高速加工进给方面积累深厚经验。

3: 汽车行业高速加工

高速加工为各种应用提供广泛产品和用途。近年汽车行业增加高速铝加工以减重降本。主要用于小批量生产、复杂零件和模具制造。汽车行业需高速铣削和零件量产，HSM是良好选择。汽车零件由高速加工制造，许多CNC服务商可成为您汽车零件制造良好选择。