十多年來，由于刀具材料、涂層和刀刃幾何形狀的不斷優(yōu)化和相互配合，以及高速加工機(jī)床、控制系統(tǒng)和編程技術(shù)的長足進(jìn)步，有力推動了高速加工（HSC）和高效加工（HPC）技術(shù)的不斷發(fā)展。
    高速加工
    高速加工，由于顯著提高了切削速度和進(jìn)給速度，從而大大縮短了加工時間，提高了工件表面質(zhì)量和加工精度。導(dǎo)致減少加工工序、簡化生產(chǎn)工藝流程，顯著降低了工件的加工費(fèi)用。這些諸多優(yōu)點(diǎn)，使得高速加工技術(shù)在模具、航空、汽車工業(yè)等制造業(yè)中獲得了廣泛應(yīng)用，并促使這些行業(yè)的制造技術(shù)和生產(chǎn)方式的變革：
    1.高速加工使得“生產(chǎn)率”和“柔性”兩個相互矛盾的特征參數(shù)融合到一起，從而在中、大批生產(chǎn)行業(yè)中用高速加工中心組成的柔性生產(chǎn)線替代傳統(tǒng)的剛性自動線，由此推動諸如汽車行業(yè)生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變。
    2.高速加工也促成了工藝的替代，從而簡化了生產(chǎn)工藝流程。最典型的例子是在模具制造中用高速硬銑替代電火花加工。在這里，淬硬后的工件在一次裝夾下通過粗銑（有時還需進(jìn)行半精銑）和高速精銑加工成成品。高速硬銑的應(yīng)用為模具制造實(shí)現(xiàn)CAD/CAM/HSC的集成創(chuàng)造了條件，高速硬銑工藝無疑給模具制造技術(shù)帶來了一次重大的變革。
    自高速加工興起的10多年來，高速加工技術(shù)得到了越來越廣泛的推廣和應(yīng)用，并且影響著整個加工技術(shù)的發(fā)展，可以說，高速加工技術(shù)不僅是當(dāng)今加工技術(shù)中的關(guān)鍵工藝，而且也是屬于未來的加工技術(shù)。
    在生產(chǎn)實(shí)踐中，通過高速加工，顯著縮短了基本時間。然而，純粹的高速加工其不足之處是輔助時間相對基本時間占有很高的比例（輔助時間∶基本時間從過去的7%∶93%到目前的35%∶65%，而對于鋁合金材質(zhì)工件的加工，該比例更高達(dá)50%∶50%），輔助時間已占到整個加工時間的（1/3～1/2）。過去的十多年中，人們特別致力于減少基本時間，而目前降低輔助時間重新又成為人們關(guān)注的重點(diǎn)。
    高效加工
    為進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，近年來在采用高速加工的同時也越來越多地采用了高效加工（HPC）——通過提高單位時間材料切除量和對加工過程的全面考慮及優(yōu)化，進(jìn)一步降低切削過程中的基本時間和輔助時間，進(jìn)一步降低加工費(fèi)用。
    高效加工與高速加工不同的是，它并不只是限于提高切削速度和進(jìn)給速度，而是把優(yōu)化材料切除率放在首位，旨在通過提高單位時間的材料切除量和降低加工時間（基本時間和輔助時間）來進(jìn)一步降低加工費(fèi)用。
    材料切除率（Q）決定于側(cè)吃刀量（ae）、背吃刀量（ap）和進(jìn)給速度（vf）。對于銑削加工，進(jìn)給速度（vf）又取決于每齒進(jìn)給量（fz）、刀齒數(shù)（z）和銑刀的轉(zhuǎn)速（n）。
    單位時間的材料切除量可用如下公式來表示：
    Q=ae×ap×vf/1000=ae×ap×fz×z×n/1000(cm3/min)
    我們從上述表達(dá)式可以看出，材料切除率與5個切削參數(shù)有關(guān)，而且高效加工并不一定包括高速加工，但也可以包括高速加工，這意味著高效加工和高速加工之間不存在明顯的界限。應(yīng)該指出的是，對于高效加工，不論是采用的徑向吃刀量（側(cè)吃刀量ae），還是軸向吃刀量（背吃刀量ap），均要高于高速加工所采用的吃刀量。因此，在高效加工時，刀具要承受著較高的熱負(fù)荷，這就明顯限制了所采用的切削速度。
    在高效切削工藝中，高效磨削和高效銑削占有重要的地位。隨著超硬CBN砂輪的開發(fā)和應(yīng)用，磨削速度和進(jìn)給速度得到了大幅提高，采用高效磨削工藝，不僅具有很高的材料磨除率，并且還能達(dá)到很高的加工質(zhì)量。這種高效磨削工藝，使磨削工藝從純粹的精加工工藝發(fā)展成為一種通用的加工工藝。如采用電鍍CBN砂輪磨削合金灰鑄鐵的凸輪軸，工件直徑上的磨削余量為4.1mm，磨削速度90m/s，磨削時間只需12秒，其單位砂輪寬度的材料磨除率達(dá)到20mm3/mms。這樣，采用CBN砂輪進(jìn)行高效磨削，就免去了常規(guī)工藝流程中車削或銑削這樣的預(yù)加工工序，而直接通過磨削實(shí)現(xiàn)了工件的粗、精加工。
    對于銑削加工，銑刀所能達(dá)到的材料切除率已成為衡量銑刀加工經(jīng)濟(jì)性的一個重要指標(biāo)。近年來，諸如Franken、Fette和Iscar等許多刀具制造商相繼開發(fā)出了眾多的能以高進(jìn)給速度進(jìn)行加工的銑刀。這些銑刀的結(jié)構(gòu)雖不盡相同，但他們的共同特點(diǎn)是具有適合于實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給的刀刃幾何形狀。這種幾何形狀的特點(diǎn)是切削刀刃具有一個很大的圓弧半徑，這不僅稍許限制銑刀的背吃刀量（ap），而且有利于獲得較好的加工表面質(zhì)量，以及由于銑刀較小的主偏角，使作用于銑刀上的徑向切削力大大減小，從而又有利于采用很高的每齒進(jìn)給量進(jìn)行加工，并獲得較高的材料切除率。
    Franken公司（WWW.Frankentechnik.de）的高效粗銑用的可轉(zhuǎn)位刀片Time-S-Cut，采用這種可轉(zhuǎn)位刀片的銑刀與采用圓形可轉(zhuǎn)位刀片的銑刀相比較，生產(chǎn)率可提高180%，費(fèi)用可節(jié)省40%～50%。例如，采用裝有三個可轉(zhuǎn)位圓刀片的常規(guī)擰裝式銑刀粗銑工具鋼（40CrMnMoS 8 6）材質(zhì)的玻璃瓶吹模，切削速度Vc=250m/min，每齒進(jìn)給量fz=0.3mm，背吃刀量ap=0.75mm，側(cè)吃刀量ae=18mm，銑削過程中采用冷風(fēng)冷卻。粗銑的加工時間為9分鐘。而采用裝有3個Time-S-Cut可轉(zhuǎn)位刀片的銑刀進(jìn)行同樣的加工，在切削用量方面只是將背吃刀量ap降至0.5 mm，而fz則提高到1.0 mm，這時加工時間僅用了4分鐘。加工時間僅為采用圓刀片銑刀時的45%，時間節(jié)省了125%。如果機(jī)床每小時的使用費(fèi)用為60歐元，可轉(zhuǎn)位圓刀片的價格為6.7歐元，一片Time-S-Cut可轉(zhuǎn)位刀片的價格為15.9歐元，這時我們就可以計算出高效銑削節(jié)省了多少加工費(fèi)用。9分鐘和4分鐘的機(jī)床使用費(fèi)分別為9歐元和4歐元。圓刀片每個刀刃的耐用度為45分鐘，加工時可轉(zhuǎn)位4次，故一個圓刀片的耐用度為180分鐘，一把銑刀采用3個圓刀片，9分鐘的加工時間所花刀具費(fèi)為6.7×3×9/180＝1.0歐元。對于一片Time-S-Cut雙刃刀片的耐用度為45×2＝90分鐘。其4分鐘的加工時間所花刀具費(fèi)為15.9×3×4/90＝2.12歐元。由此就算出采用圓刀片銑刀加工時的總費(fèi)用為10歐元，而采用Time-S-Cut刀片的HPC銑削總費(fèi)用為6.12歐元。采用HPC銑削的這個實(shí)例可節(jié)省39%的費(fèi)用。
    最近Franken Time-S-Cut銑刀已采用新開發(fā)的4刃可轉(zhuǎn)位刀片，使用時刀片可轉(zhuǎn)位4次，從而更進(jìn)一步提高了刀具的耐用度和經(jīng)濟(jì)性。
    這個加工實(shí)例是在較低軸向吃刀量（ap）的情況下，通過提高每齒進(jìn)給量來獲得較高的材料切除率。但也可以在稍低的每齒進(jìn)給量情況下通過提高軸向吃刀量來達(dá)到較高的材料切除率。例如，德國Fette公司（www.Fette.com）新近開發(fā)出的MultiEdge 4x可轉(zhuǎn)位刀片，有12個臺階狀刀刃，這種突出的刀刃結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使裝有這種刀片的銑刀允許采用較大的軸向吃刀量(ap max=5mm)進(jìn)行銑削。銑削時，刀片上的分屑臺將切屑分成較小的切屑，這不僅便于排屑，并且提高了刀具耐用度和降低了刀具的功率消耗。此外，在銑削時振動也特別小，以及加上作為寬刃精銑用的分屑臺起到修光的作用，因此，可以獲得特別好的加工表面質(zhì)量。
    采用復(fù)合刀具等高效加工方式
    從上所述可以看出，通過采用較高的切削參數(shù)，高效加工可以獲得很高的材料切除率，顯著地縮短了加工時間。但是高效加工并不只是采用很高的切削參數(shù)，還可以通過能顯著減少輔助時間的其它加工戰(zhàn)略來實(shí)施高效加工。即盡可能采用一把刀具或很少的刀具來實(shí)現(xiàn)盡可能多的加工工序，以及使工件盡可能在一次裝夾下實(shí)現(xiàn)較多的加工工序等加工戰(zhàn)略，來進(jìn)一步降低基本時間和輔助時間。例如采用復(fù)合刀具（如復(fù)合階梯鉆、鉆銑螺紋刀具和其它用于綜合加工的復(fù)合刀具）、圓周進(jìn)給銑削的多功能立銑刀等各種先進(jìn)刀具可以顯著減少換刀次數(shù)和降低輔助時間，由此顯著地提高生產(chǎn)效率。
    復(fù)合刀具是在一把刀具上集成多個加工工序，往往在一次加工行程中實(shí)現(xiàn)多個加工部位的綜合加工，采用這種刀具不僅免去了換刀而提高了加工精度，且可省去工序間的精度測量。從而可顯著提高了生產(chǎn)效率。
    采用多功能立銑刀在加工中心上進(jìn)行銑孔和銑槽時，同樣可以減少換刀的次數(shù)。銑孔時，旋轉(zhuǎn)的銑刀繞Z軸作螺旋插補(bǔ)運(yùn)動，在一次工作行程就可以加工出所需大小的孔。例如加工直徑為285mm的孔，采用160mm直徑的銑刀，在一次工作行程中即可完成加工任務(wù)，這比常規(guī)工藝可節(jié)省五道擴(kuò)孔工序，節(jié)省73%的加工時間。
    近年來，高效深孔鉆頭的問世，顯著提高了深孔鉆削的效率，一種由德國Ghring公司開發(fā)的雙刃整體硬質(zhì)合金麻花鉆，在鉆削孔徑比（L/D）為20的深孔時，采用微量潤滑（6～8ml/h），不僅采用比傳統(tǒng)大流量濕式鉆孔高10～12倍的進(jìn)給速度，并且在鉆孔過程中不需要進(jìn)行排屑循環(huán)，由此大大提高了加工效率。并且在鉆孔時鉆頭的徑向偏移也特別小，能獲得較好的表面加工質(zhì)量。
    高速加工與高效加工的不同特點(diǎn)及應(yīng)用重點(diǎn)
    在生產(chǎn)中，高速加工和高效加工工藝獲得了廣泛推廣和應(yīng)用，這兩種工藝的共同特點(diǎn)是能顯著降低加工時間，縮短生產(chǎn)工藝流程。而不同的特點(diǎn)是高速加工是采用高的切削速度，目的在于獲得高的表面質(zhì)量和簡化工藝流程，因此高速加工更多的是適用于精加工。而高效加工主要是采用高的切削參數(shù)，以獲得高的單位時間的材料切除量，從而顯著縮短加工時間。對于以獲得高的材料切除率的高效加工則適用于粗加工。在實(shí)際生產(chǎn)中，這兩種加工工藝可以同時應(yīng)用來加工一個工件，例如，加工模具時可以先采用高效加工進(jìn)行粗銑（以達(dá)到高的材料切除率），而在半精銑和精銑時則采用高速加工（以獲得較好的表面質(zhì)量和高的加工精度）。
    結(jié)束語
    目前，無論是流行的高速加工還是正在興起的高效加工，都應(yīng)歸根于刀具技術(shù)不斷發(fā)展的推動，尤其是在刀具材料、刀刃幾何形狀和涂層方面的不斷發(fā)展和優(yōu)化組合，為不斷開發(fā)各種不同結(jié)構(gòu)的高速和高效刀具提供了基礎(chǔ)。生產(chǎn)實(shí)踐表明，為顯著縮短加工時間、提高生產(chǎn)效率和加工精度，以及降低零件的制造成本，全面推廣和合理采用高速加工和高效加工新工藝是一條有效的途徑。