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(dòng)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(shí)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(gè)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(dòng)線，由此推動(dòng)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(shí)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(gè)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(shí)間。然而，純粹的高速加工其不足之處是輔助時(shí)間相對基本時(shí)間占有很高的比例（輔助時(shí)間∶基本時(shí)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(shí)間已占到整個(gè)加工時(shí)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(shí)間，而目前降低輔助時(shí)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(shí)也越來越多地采用了高效加工（HPC）——通過提高單位時(shí)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(shí)間和輔助時(shí)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(shí)間的材料切除量和降低加工時(shí)間（基本時(shí)間和輔助時(shí)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(shí)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(gè)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(shí)，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(shí)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(gè)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(gè)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(gè)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(shí)間為9分鐘。而采用裝有3個(gè)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(shí)加工時(shí)間僅用了4分鐘。加工時(shí)間僅為采用圓刀片銑刀時(shí)的45%，時(shí)間節(jié)省了125%。如果機(jī)床每小時(shí)的使用費(fèi)用為60歐元，可轉(zhuǎn)位圓刀片的價(jià)格為6.7歐元，一片Time-S-Cut可轉(zhuǎn)位刀片的價(jià)格為15.9歐元，這時(shí)我們就可以計(jì)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(gè)刀刃的耐用度為45分鐘，加工時(shí)可轉(zhuǎn)位4次，故一個(gè)圓刀片的耐用度為180分鐘，一把銑刀采用3個(gè)圓刀片，9分鐘的加工時(shí)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(shí)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(shí)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(gè)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(shí)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(gè)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(gè)臺(tái)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(shí)，刀片上的分屑臺(tái)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(shí)振動(dòng)也特別小，以及加上作為寬刃精銑用的分屑臺(tái)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(shí)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(shí)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(shí)間和輔助時(shí)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(shí)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(gè)加工工序，往往在一次加工行程中實(shí)現(xiàn)多個(gè)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(shí)，同樣可以減少換刀的次數(shù)。銑孔時(shí)，旋轉(zhuǎn)的銑刀繞Z軸作螺旋插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，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(shí)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(shí)，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(shí)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(shí)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(shí)間的材料切除量，從而顯著縮短加工時(shí)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(shí)應(yīng)用來加工一個(gè)工件，例如，加工模具時(shí)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(shí)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(dòng)，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(shí)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。