当主轴转速受到制约的时候

虽然低速加工不会取代高速加工，但波音公司认为它可作为较高转速机床中一种切实可行的补充加工手段。在铝制飞机零件的铣削加工中，采用新的刀具和技术，可使一个车间的较低转速加工中心发挥更大的潜在生产效率。

在 “高速加工”这个短语中，突出强调的是“速度”这个词汇，但主轴的高速运行从来就不是其首要的目标。相反，高速加工的目的，只是为了平衡主轴的速度——在单一的铣削加工周期中实现很高的金属切削速度，尽可能使一个原始的工件，加工接近于一个完美的零件。完美的零件和高金属切削率是两个不同的目标。速度只是一种手段——但速度并不是达到这两个目标的唯一手段。

在过去的几年里，由于切削刀具的技术不断地改进，从而使加工车间也能够以较低的主轴速度，达到很高的金属切削速度，因此，波音公司工作团队将高速加工技术教给本公司的供货商们，现在也教给他们较低转速的加工技术(图1)——主要是针对那些缺乏高速加工能力的车间。对于波音公司而言，这一套较新的技术是打着“低速加工”的旗号推广的，实际上，在“低速加工”这个术语中，必须包含高水平的生产效率。

图1 “高速进给”的铣刀利用轴向切屑变薄的优势来达
到高进给率的目的，即使是相对较低的主轴速度也是如此

其中有一个零件可以充分说明这个问题。例如图2所示的铝制零件，它是在波音公司的一台大型加工中心上通过高速加工生产的，这台加工中心的转速可达24000r/min。但是那台机床的工作量已超过计划安排，从某种程度上来说，对那个零件的加工生产造成了一定的压力。但该公司刚好还有一台转速达4000r/min的加工中心(图3)。

图2 图中所示的工件，原先是通过一台
转速为24000r/min的机床高速铣削加工的

图3 通过低速加工，现在一台转速为4000r/min的
机床几乎能以较高的生产效率铣削加工一个零件

波音公司的工作团队开发了一种新的加工工艺，以最大程度地利用这台较低转速的机床加工能力，结果，这台机床能够非常有效地加工生产这一零件。为了达到这一目的，该工作团队还进一步优化了低速加工方法，帮助各供货商也采用这一方法。这一工艺涉及到高进给率铣刀的粗加工、以及整体硬质合金立铣刀重型切屑负荷的深度切削。该工艺还具有采用高数量切屑槽立铣刀的快速精加工特点。

该零件的运行加工时间一直是61min。这是高速加工周期的实际运行时间，包括刀具的更换和加/减速时间。

在采用新的低速加工工艺时，同样零件的运行加工时间几乎是相同的——约为67min。

波音公司的工程师Eric Stern先生是圣路易斯厂加工队伍中的一名成员，该工作组是公司研究和技术的一部分。他强调说，高速加工仍然是可取的。一般来说，高速加工的生产效率较高，而且其效率往往非常明显。如果其编程及其工艺获得了像低速加工工艺最终所获得的那样多分析的话，上述的高速加工周期时间也许会低于61min，甚至低于1h。然而，以这一时间作为可接受的基准，那么低速加工已相当接近这一标准了。

这对于许多供应商来说，是具有很大意义的。许多厂家没有一台高转速加工中心，更不用说是否有足够的工件可以加工生产了。还有其他许多厂商面临着高速机床的超计划运行问题，而车间内较低速度的机床却处于闲置的状态。为了帮助加工车间以各种速度水平来提高生产效率，波音公司的工作团队希望通过该公司的供应链来扩大其生产能力。

为了使低速加工达到更高的生产效率，该公司的工作团队提供了以下一些生产诀窍供大家参考。nextpage

返回粗加工

在飞机零件的高速加工中，划分粗加工生产和精加工生产可以说是没有必要的，因为工件的加工是通过对材料的强力精密切削而达到最后尺寸的。然而，低速加工则需要返回到粗加工和精加工，波音公司如是说。这是因为粗加工可能需要大马力的切削加工，而要达到零件的最后公差尺寸，采用高功率切削加工是不合适的。

在粗加工中，其关键是要尽可能利用机床的大马力加工特点。在一台不具备高速主轴的机床上，采用高功率加工就是提供高生产效率的一种替代方法。

要发挥出机床的大部分功率，可能涉及到对不同刀具的选用试验。在前面提到的那个零件加工中，波音公司的工作团队，最初应用了一把标准的粗加工立铣刀，用于加工铝制零件。该刀具所允许的最高金属切削率为6.3in3/min，其所使用的功率仅为2hp(1hp=735.5W)。与此相反，当采用不同的刀具时，例如图4所示SwiftCarb粗加工刀具，切削同样的零件，可以使机床使用的功率达到14.5hp——其部分原因应归于切屑槽设计的碎屑效应所提供的切屑间隙。采用这一刀具加工时的相应金属切削率为45in^3/min。

图4 对铝材进行粗加工时，这一刀具的切屑间隙使
它能够达到比标准刀具更高的金属切削率。而更重
要的是，低转速主轴可以用粗加工刀具进行试验，以
便找到一种能够充分利用机床功率的合适刀具(右上)

利用切屑槽达到精加工的目的

对于精加工而言，其选用的最好刀具是不同的。在低速主轴加工的时候，采用一把带有很多切屑槽的立铣刀加工，可以提高每分钟的进给速度，达到很高的生产效率。像图5所示的铣刀带有10条切屑槽，是一把标准的刀具。波音公司推荐该刀具应用于钛金属的精加工。该刀具对铝金属的精加工效率也很高。事实上，在加工铝金属时，1in(1in=25.4mm)直径的刀具可以深入到0.3in的径向深度上切削运行，其轴向切削深度为1in——但在加工钛金属时可以不考虑这些参数。

图5 带有大量切屑槽的刀具能够允许采用很高的进给速度，不
管其是否是低转速主轴。波音公司采用一把这样带有10条切屑
槽的刀具，用于加强筋的精加工切削，其轴向和径向切削的深
度范围分别为1in和0.3in。该刀具加工内部圆角并不理想，因
此在使用这把刀具前，应首先采用别的刀具加工内部圆角(左下)

采用这一刀具加工时应引起注意的是(一般来说，飞机零件采用低速加工)：必须首先加工零件的内部圆角。飞机结构件中带有很多的内部圆角，这是非常典型的，因为该结构件往往由许多隐窝组成。如果采用精加工刀具以轻度径向切削深度进行铣削加工，那么当刀具进入圆角时，其径向啮合切削力就会大幅度上升。因此，为了保护刀具和工件的安全，必须在这些快速的精加工走刀运行前，加工去除圆角内的材料(采用不同类型的刀具)。

其他粗加工刀具

其他类型的刀具似乎也很有价值。波音公司声称，其中主要的刀具是具有高进给率的铣刀。 “高进给率”刀具所采用的切削刃几何形状，利用轴向切屑变薄的优势，来达到比具有更标准几何形状的相应刀具所能够实现的更高进给率。当粗加工量足够大而允许使用这类刀具时，Stern先生说高进给率铣刀可以成为一种可靠的加工方法，使加工速度达到50~60in3/min，即使主轴转速在很低的情况下也是如此。

最后一种值得考虑使用的刀具是投入式粗加工刀具。加工车间一般不会考虑使用这样的一种刀具来加工铝合金材料。大多数人将投入式粗加工看作是一种硬质金属的加工方法。然而，当低转速主轴作为一种受约束的加工工艺时，投入式粗加工可能会成为生产效率最高的加工方法，即使是加工比较软的材料。具体的选用取决于隐窝的形状，根据下一道加工的需要，特别应了解究竟需留下多少裕量。如果提供有高速主轴，那么谈论投入式粗加工似乎没有意义，波音公司如是说。然而，假定是一台低速加工机床，那么这一技术可能会成为实现最高生产率的一个重要因素。

有关低速加工的说明

一台转速为4000r/min的加工中心可以是一台铣削加工铝材的生产型机床。波音公司圣路易斯厂的机加工研究和技术团队说，当主轴转速受到约束的时候，这些技术对获得最高的生产率是十分关键的。

可使机床的功率达到最大化!在粗加工的时候，应尽可能利用主轴的功率优势。

可使机床的主轴速度、轴向切削深度和径向切削深度达到最大化。设法使所有这些参数达到切削加工所允许的最高性能。

在粗加工时，使用高切屑负荷。采用整体硬质合金立铣刀加工铝材时，较为现实的切屑负荷至少应达到每齿0.010in。高进给率的铣刀可允许切屑负荷达每齿0.050in。

在精加工时，尽管速度较低，但带有大量切屑槽的刀具可达到很高的进给率。

内部圆角需在加强筋的精加工以前进行机加工。