1 高速加工的理论基础
高速加工的原理最先有由德国物理学家 CarlJ.Saloman 于 1931 年提出，并于同年申请专利，其提出了两个重要假说:(1)在常规切削速度范围内，切削温度随着切削速度的增大而增高。但是当速度增大到一临界值v时，随着切削速度的增加切削温度反而下降，并指出该临界速度与工件材料及其性能有关。(2)对于每一种工件材料，存在一个从vi到vh的切削速度范围，切削温度高于刀具材料允许的最高温度t0，切削加工不能进行，这范围称为死谷，这就是高速切削的理论，如图1所示。
图1 Salonman 提出切削速度和切削温度关系的假说【2】
高速加工的理论经历了多个阶段的发展，美国的Robert L.Vanghn 工程师进行高速加工试验研究，对CarlJ.Saloman的理论有更深一步的研究，表明切削刀具与切削性能及表面质量是有关系的，从实践方面证明了Carl.J.Saloman 的高速理论的正确性;美国的R.L.King 博士完成真正意义上的高速加工试验，进一步解释并完善了高速加工的理论。
高速加工近十几年才得到大规模应用，这主要得益于机床功能结构、刀具技术、CNC控制系统等技术的发展，并且在实践中不断创新，突破以往“切深小，进给快”的局限，往“大切深、进给快”的方向发展。高速切削过程中，切削速度越快，刀具寿命降低，切削力减少，而表面质量越好，在选择参数时需要考虑综合，权衡各项利弊，合理的加工参数才能产生最优的经济效益。
2 高速加工需具备的条件
要实现高速加工，机床转速要高，进给速度快，这就要求加工时的硬件条件必须满足要求。与常规加工方法比，高速加工要求高速主轴模块、高速进给系统、高速切削刀具系统、以及其他的辅助加工技术。
2.1高速主轴模块
高速加工对机床主轴要求高，其主轴转速一般达到 10000 转以上，机床精度要求高，承受负荷大。传统机床通过齿轮或者皮带等方式将动力从电机传递到主轴，这种动力传递方式不能实现主轴高速运转，主轴精度不够高，不耐高温等。目前应用的高速加工机床一般是电主轴结构，通过电机直接驱动主轴，直接通过控制电机控制主轴，实现主轴高速运转，主轴精度高。
2.2 高速进给系统
高速加工进给速度和加速度变化快，如果采用常规的丝杠、齿轮传动，将会产生丝杠扭曲、传动有间隙等缺点，满足不了高速加工的需求。一般高速机床采用直线电机传动，不需要中间转接环节，实现高精度的控制进给速度。
2.3 刀具央持系统
高速加工时对刀具要求高，刀具的耐磨性要好，在高温环境下能保持切削性能的稳定;刀具夹持系统满足ISO 1940 的动平衡标准，高速运转下，刀具系统不平衡，会造成刀具切削时振动动，严重影响刀具寿命和切削表面质量。
1)刀柄
刀柄的长度尽可能短，原则上不超过刀具直径的 4 倍，过长会造成刀具震动，严重影响刀具寿命和产品质量。根据加工结构特点选择刀柄，如图所示，根据需要选择合适的刀柄，必要时考虑减震刀柄。
2)刀具
高速加工对刀具的要求与传统方式有着较大区别，要求耐高温、耐磨，一般选择带涂层的硬质合金刀具;刀具的选择原则与常规加工方法有本质区别，兼顾零件加工本身的特点，尽量一把刀能完成全部加工，拐角加工残余量少，加工时切深与切削刃长相当，充分利用刀具刃长，更重要的是这样会有明显的减震效果。刀具夹持示意图如图2所示
图2刀具夹持示意图
2.4 排屑系统
高速加工过程中，切屑多，要求尽可能快的排屑，保证加工过程顺畅，避免切削对刀具造成损伤，使用高压气体排屑效果好。在切削过程中，热量主要随切屑带走，刀具本身温度不高，不需要用冷却液。
此外，还要求机床本身、零件刚性刚性满足要求以减少振动，以及其他一些相应的辅助加工技术，如CNC高速处理 NC 数据的能力，冷却系统等。
3 MASTERCAM 动态高速加工模块
3.1 Mastercam高速加工策略
Mastercam 加工功能强大，有专门的高速加工模块，根据加工实际情况选择不同的加工策略。
2D高速刀具路径提供了9种加工策略:中心除料铣削、剥铣、熔接铣削、区域铣削、残料铣削、动态铣削、动态残料铣削、动态中心除料铣削、动态外形铣削，满足粗加工、余料加工、精加工的需求。Mastercam 的 2D 刀路抬刀少，加工的表面质量高，拐角、圆弧处的刀路处理的合理。
曲面高速刀具路径有14种策略:中心除料粗加工刀具路径、区域清角刀具路径、残料粗加工刀具路径、动态中心除料刀具路径、动态区域刀具路径、动态残料加工刀具路径等，加工可选择策略丰富。
每种策略适合的加工情况各不相同，根据零件的结构特点，选择最合适的加工策略，以最优化的方法完成零件的加工。
3.2 Mastercam高速加工特点
Mastercam动态高速加工模块中“动态”主要体现在优化铣削方面。
1)优化刀具运功轨迹
(1)Mastercami的动态铣削加工刀具轨迹路径呈摆线等间距状，保证每次切削力保持恒定，在边缘或拐角处以圆弧进刀、出刀，刀具载荷匀速增加、减少，避免了刀具受载荷冲击;刀具轨迹抬刀很少，且无多余刀具轨迹，切削效率高，表面质量好。
2)微小提高间隙
微小提刀功能:刀具在完成切削后退出切削范围，并移动到下个切削区域时，提刀微小距离，方便排屑，避免底部刀具与已切削区域摩擦，释放刀具底部热量，有效提高刀具使用寿命。
3)进刀方式多样化
进刀设置方式多样，不同的加工策略，提供的进刀方式不同，根据产品特点及刀具的直径选择合适的方式。图2以“单一螺旋”的方式进刀，切削效率高。
4)自动调整下刀时的主轴转速和进给速度
调整下刀时的主轴转速和进给速度:因为主轴变速差较大时，主轴需要少许时间才能达到设置值，通过设定主轴变速暂停时间，当主轴转速达到预设值后，刀具下刀执行切削任务。
结束语
基于Mastercam动态高速加工技术相对于常规高速加工方法有着巨大优势，但是其应用场合也有一定的限制条件，如零件刚性要求高，排屑要顺畅等，高速加工的数据积累，加工策略应用场合还需要不断的总结完善。随着高速加工理论不断进步，Mastercam的高速加工策略也在不断完善，其应用会越来越广泛，产生巨大的经济效益。
参考文献
[1] 梁彦学.高锋:.我国高速加工技术现状及发展趋势[].工具技术，2002(36):16-19.
[2]李鹏南.高速切削的力学行为研究D]徐州:中国矿业大学，2010
