高效高速加工技術(HEM-HSM)實際上是一種工序復合化高速加工技術，即在一臺高功能高速數(shù)控加工中心(MC)機床上，實現(xiàn)對零件高金屬切除率mrr(metal removal rate)的高速粗加工/高速半粗加工(HEM)和高零件表面積切除速率的高速半精加工/高速精加工(HSM)多種工序的復合加工，和常規(guī)切削加工和典型高速加工技術(HSM)相比，HEM-HSM加工具有明顯的優(yōu)勢，是一種高加工生產(chǎn)率與高加工質量集成融合的高速加工技術。能實現(xiàn)這種一次裝夾完成粗精工序復合加工(HEM-HSM)的高速數(shù)控加工機床可稱為高效高速數(shù)控加工機床。

　　現(xiàn)今，用于HEM-HSM加工應用的高效高速數(shù)控MC機床多為五軸聯(lián)動和配備有高功率高轉速/高轉矩主軸，并已成為許多航宇制造業(yè)用戶特別關注的現(xiàn)代化先進關鍵制造裝備之一。為此，許多世界著名的數(shù)控機床制造商都為航宇制造業(yè)推出了多種類型用于大型鋁合金材和鈦合金材整體結構件HEM-HSM加工應用的五軸聯(lián)動高速數(shù)控MC機床，實現(xiàn)高效率高速粗加工和高質量高速精加工的良好融合，滿足用戶對高生產(chǎn)率大型高速加工設備的迫切需要。

　　應指出的是，用于諸如鋁合金等輕合金材的HEM-HSM加工設備和用于諸如鈦合金等硬合金材的HEM-HSM加工設備具有較大的不同。近10多年來，適用于輕負載切削的高功率高速主軸和高速刀具設計制造技術取得了顯著進步，同時對鋁合金材HEM-HSM加工技術及其工程應用研究也已比較成熟，因而鋁合金高效高速數(shù)控MC機床在航宇制造業(yè)得到較廣泛應用。

　　本文中國鑄造網(wǎng)小編將僅對用于鋁合金材大型復雜整體構件高效高速數(shù)控MC機床的應用現(xiàn)狀和最新發(fā)展作一討論與介紹。

　　鋁合金材HEM-HSM加工需要高功率高轉速主軸

　　用于大型鋁合金材航宇整體結構件HEM-HSM加工應用的高速數(shù)控MC機床，機床主軸應具有足夠高的功率、轉速、適當轉矩和足夠寬的可調控的轉速范圍，也就是說要求機床主軸功率/轉矩每轉速特性應適合于航宇鋁合金等輕合金材的高效高速切削加工之工藝要求。從金屬切削加工基本原理可知，對金屬材工件銑削加工時有：

　　mrr = PS×MRF = aeapzfZ n×10-3(cm3/min)(1)

　　PS = SPF×mrr (kW) (2)

　　PS/n= T/9555 ≈ T×10-4 (3)

　　這兒，mrr：金屬切除率，cm3/min;PS：主軸功率，kW;MRF：金屬切除指數(shù)(metal Removal Factor)，cm3‧min-1/kW;ae：切寬WOC(徑向切深，Radial Depth of Cut)，mm;ap：切深DOC(軸向切深，Axial Depth of Cut)， mm;fZ：刀每齒進給量，mm/刃轉;z：刀齒數(shù);n：主軸轉速，r/min;SPF：主軸功率指數(shù)(Spindle Power Factor)，kW/cm3‧min-1;且SPF = 1/ MRF; T：主軸轉矩，Nm。

　　從式(1)與式(2)可看出，為取得高金屬切除率mrr，作為HEM-HSM加工應用的高速數(shù)控MC機床之主軸首先應具有足夠高的功率。典型鋁合金材(如7075)主軸功率指數(shù)SPF為0.015kW/cm3‧min-1。對功率60~120kW電主軸，一般可具有金屬切除率mrr達4000~8000 cm3/min的高切削能力。工業(yè)實踐表明，鋁合金材相對可加工性系數(shù)Kr一般大于3(2.0~7.5)，屬很容易切削材，同時高速切削時所需的切削力比常規(guī)切削要低30~50%以上。而從式(3)可清晰看出，在確定的高主軸功率場合下，這就要求主軸應具有足夠高的轉速才能和低切削負載加工應用相適應。實際上，這正是鋁合金材采用HSM實現(xiàn)高速精加工或半精加工的典型應用場合，即要求主軸運行在高功率高轉速區(qū)，見圖1。如對鋁合金材的HSM精加工應用場合，一般要求主軸轉速高于18000 r/min，典型為18,000~35,000 r/min;通常，HSM半精加工主軸轉速為18,000~24,000 r/min，HSM精加工主軸轉速為24,000~35,000 r/min;主軸轉矩不低于5Nm即可，典型值為10~50 Nm。中國鑄造網(wǎng)小編推薦大家登錄中國鑄造網(wǎng)更多鑄造資訊。中國鑄造網(wǎng)小編推薦大家登錄中國鑄造網(wǎng)技術文獻頻道查看更多鑄造知識。