在金属加工中，根据被加工工件的特点选择合适的，能够充分发挥机床的性能，提高生产效率，降低生产成本。将单价、效率、寿命及缩短的辅助时间等因素综合起来考虑，就会发现，选用高速、高效和高寿命的，单件产品的综合生产成本将会更低。
高速、高效的使用使金属加工踏上了高速、高效之路，但能否行之有效，还要看的选择，因为是实现高速、高效切削的最基本、最有效和最活跃的因素。我们接触了世界著名厂家，研究了发达国家平均费用和生产成本等各种相关资料，发现降低30％的费用，可降低1％的单件生产成本；提高 50％的寿命，可降低1％的生产成本；而提高20％的加工效率，则可降低15％的生产成本。这充分说明利用现代切削技术，选择高速、高效，充分发挥机床的性能和效率，实现高速、高效切削，才是柔性生产线组织生产提高效率、降低生产成本的正确之路。
先进特性
采用的高速、高效除应具备一般应具备的良好的硬度和耐磨性、高的强度和韧性等性能外，还应该具备：
1. 更高的可靠性——切削稳定，质量一致，换刀次数少，寿命长。
2. 更高的安装精度和重复定位精度，好的互换性和快换性。
3. 系列化、标准化和通用化，尽量采用机夹可传位和多功能复合。
4. 良好的断屑、卷屑和排屑性能，确保切屑不缠绕在和工件上，不破坏已加工表面，不妨碍的浇注。
可供高速、高效选择的品种很多，下面几种材料的是常用的：
1. 陶瓷具有硬度高、耐磨性好、耐热性和化学稳定性优良的特点，加工中不易与金属粘接，在数控加工中获得广泛应用；其中氧化铝基陶瓷适用于碳钢、合金钢和铸铁材料的加工；氮化硅基陶瓷更适用于合金铸铁、冷硬铸铁等高硬材料的加工，切削速度可达500～1000m/min。
2. 聚晶金刚石（pcd）加工铝及铝合金材料有极高的寿命和良好的精度，切削速度可达1000～4000m/min，美国波音公司高速铣削铝合金切削速度已高达5000～7500m/min。与pcd相比，cvd金刚石硬度更高、耐磨性更好、摩擦系数更小、化学稳定性和热稳定性更强，寿命较pcd长 2～3倍，缺点是韧性不如pcd。cvd金刚石被认为是汽车发动机产品加工中应用前景广阔的新一代材料，尤其是铝及铝合金材料的加工。
3. 立方氮化硼（cbn）、聚晶立方氮化硼（pcbn）材料，同pcd、vcd相比有更高的热稳定性和优良的化学稳定性，在1 200～1 300℃环境下也不与铁系材料发生反应；其硬度、耐磨性与金刚石接近，非常适用于加工铸铁和淬硬钢，被加工材料的硬度越高越能体现立方氮化硼的优越性，由于在加工精度，切削效率，寿命等各方面具有无可比拟的优越性，立方氮化硼、聚晶立方氮化硼材料越来越受到世界各国的重视。
4. 涂层，按涂层方法不同可分为cvd和pvd涂层，根据涂层材料的性质又分为“硬”涂层和“软”涂层，根据基体材料不同可分为硬质合金涂层、高速钢涂层及陶瓷和超硬材料涂层，最近又开发了纳米涂层。涂层可以灵活地选择基体材料和涂层材料使获得需要的性能，提高加工效率、改善加工精度、延长寿命和降低加工成本。
应用案例
近年来，长城公司轿车发动机厂采用世界著名机床厂家的高速、高效组建了3条柔性机加生产线，与世界著名厂家美国肯纳公司一起，结合所加工的产品精心选择，正在努力实现高速高效切削。
1. kscm-alumill面铣刀
图1：kscm-alumill面铣刀
在缸体和缸盖生产线，我们将肯纳kscm-alumill面铣刀用于铝合金缸体和缸盖的平面铣削加工。此由钢制刀盘和铝制刀体组成，在保证足够刚性的前提下减轻了重量，而且双金属结构也减少了加工振动。该具有高金属去除率、低加工毛刺及高加工效率等特点，非常适用于高速切削。kscm- alumill面铣刀有5种形式的刀夹，不同刀夹相互搭配用于粗铣和精铣，可达到不同的表面粗糙度，也可同时安装粗铣和精铣刀夹，粗精加工一次完成，缩短加工时间，提高工作效率。
实际加工中我们选用了适用于加工低硅铝合金，具有高耐磨性、高寿命的kd1415和kd1420两种pcd切削材料刀夹。kd1415刀片硬度较高，适于加工余量均匀，硬度一致的表面，因此将其用于缸体、缸盖上下和前后表面的精加工；kd1420刀夹，刀片韧性较好，适用于余量不均匀，硬度不一致的表面，将其用于粗加工。精加工后，缸体、缸盖上下面、前后面等大平面的平面度误差最大不大于0.02mm，最小达到 0.0034mm，平均平面度误差不大于0.01mm，表面粗糙度低于ra0.8，加工节拍满足要求。kscm-alumill面铣刀更换刀夹时，仅做轴向调整，不需要径向调整，具有调整方便、调整时间短和调整精度高的特点，在长城公司实际使用时实现了轴向调整偏差不大于0.003mm，使切削负荷均匀分布到每个刀齿上，有效地延长了寿命。经几个月的试加工，kscm-alumill面铣刀铝合金加工效果良好。
仅举缸体顶、底面精铣为例，顶面精铣刀盘φ100、z12（9个精铣刀夹、3个修光刀夹），修光量0.008＋0.002mm，整体焊接pcd刀片；加工参数：v＝2500m/min，fz=0.12mm/z，vf＝11.5m/min；精铣后实测试件，表面粗糙度ra0.8，平面度误差＜0.004，节拍满足要求。底面精铣刀盘φ200、z24（18个精铣刀夹，6个修光刀夹），加工参数：v＝2500m/min，fz=0.12mm /z，vf=14.3m/min；加工后实测试件，表面粗糙度ra0.8，平面度＜0.004mm，节拍满足要求。
2. 复合加工
复合加工是提高加工效率的一个非常有效的手段，几个加工内容用一把刀在一次加工中完成，减少了换刀次数，节约了辅助时间，提高了生产效率。阶梯钻是最简单也是最常见的一种复合加工，带倒角刃的钻头就是最简单的阶梯钻。在缸体、缸盖孔系加工中，孔口需要倒角的钻孔加工都选用了这种简易阶梯钻，取得了良好的效果。例如，肯纳直槽180°顶角tx阶梯钻头，钻孔时径向力几乎为零，4条直线刃带沿圆周对称分布，导向性好，兼具修光作用，使钻孔的直线度和位置度得到大幅提高。缸体和缸盖孔系加工中，选用的另一种复合钻头是圆周均布3个切削刃的tf钻头，它钻芯比二刃钻头厚、强度高，弥补了硬质合金韧性差的弱点；刀尖前端特殊形状，可自动定心，不需孔；切削刃多使每转进给量增大（切铝时可达20m/min），强度高，可进行高速切削（切铝时最高可达 1000m/min），从而大幅度缩短了加工时间，提高了加工效率，尤其适于深孔加工，尺寸精度最高可达h9，位置精度最高可达±11μm，粗糙度 rz20～25。
在长城曲轴生产线，选用了肯纳整体硬质合金se阶梯钻头，与普通高速钢钻头相比有更高的钻孔圆度，高速钢钻头的钻孔圆度最高可达到20μm，而se钻头的钻孔圆度仅为前者的1/5。按照这一钻孔形状精度，我们完全可以考虑免去扩孔这一工序，在某种场合，甚至可以替代要求不高的铰孔（譬如挤压螺纹的螺纹底孔）。这种钻头的特点是横刃修磨的较短，可减少轴向力近50％；钻芯附近前角为正值，因此切削刃更锋利；槽形为抛物线型，钻芯厚度更大，钻头强度更高、刚性更强；有两个喷油冷却孔，冷却条件好；圆弧形切削刃和排屑槽型布置合理，便于切屑断裂成小块顺利排出。该钻头用于曲轴前后端钻孔，效果良好。
图2：tf钻头
图3：se钻头
图4：tx钻头
3. 精密孔加工
现代工业的飞速发展对孔的尺寸精度、几何形状及表面粗糙度提出了更高的要求，尤其是汽车工业，即要求高精度又要求大批量，因而迫切需要高效率的精密孔加工。金刚石铰刀正是适应这种需要而发展起来的一种精密。在缸盖生产线导管和座圈底孔等工位，使用了肯纳多刃整体焊接pcd铰刀；缸体缸盖定位孔的精加工，使用了肯纳bencere分体式可转位pcd铰刀，实现了高速高效切削，充分发挥了高速的性能，大大提高了加工效率。现场实际抽测部分产品?8、?10和?13三组孔，尺寸变动范围在0.014之内，尺寸精度最大误差不到公差的60％，平均误差小于0.005mm，孔的表面粗糙度＜ra0.8。
缸体曲轴孔精加工和缸盖凸轮轴孔精加工使用了肯纳bencere quattro-cut，4刃可转位刀片安装在高精度锯齿状刀窝中，尺寸精度控制在μ级。与传统分体式可转位相比，quattro-cut只需调整刀片径向高度，不需要调整刀片背锥，缩短了调整时间。按抽测记录，精镗曲轴孔。尺寸精度加工误差＜0.018mm，同轴度误差＜0.016mm，最小误差仅0.0021mm，粗糙度＜ra1.6；精镗凸轮轴孔，同轴度误差＜0.007，最小误差为0.0014mm，圆度误差＜0.002mm，位置度误差＜0.063，最小误差为0.0148mm，尺寸精度偏差＜0.018mm，最小偏差为0.0044mm。两组孔的加工都能满足节拍要求，试加工至今已累计生产几百件，效果良好。
4. 缸孔和曲轴加工
长城公司缸体生产线上的缸体，缸孔镶铸铸铁缸套，缸孔粗加工是大余量的铸铁加工，需要有高的强度和韧性，经仔细斟酌使用了肯纳fix- perfect。fix-perfect系统是一个不同正负角组合的产品系列，其特点在于：刀片负的径向前角和正的轴向前角，正的轴向前角减小了轴向切削力，并且与负的径向前角形成了很好的剪切作用，便于断屑。正的轴向前角使切削力向着，使铣刀工作更稳定；而且，负的径向前角能使最早切入工件的“冲击点”离开刀尖，对刀尖起保护作用。刀片立装，刀刃的下部有较强的实体支承，增加了刀刃强度。fix-perfect加工精度、表面粗糙度都不错，惟一不足就是寿命太低。
图5：fix-perfect
在曲轴生产线上，颈及前后端轴颈的加工全部使用了km工具系统。km工具系统由美国肯纳金属（kennametal）公司及德国widia公司联合研制，其基本形状与hsk很类似，也是采用了1:10的空心短锥配合和双面定位方式。其主要的差别在于夹紧机构的不同，km刀柄是使用钢球斜面锁紧，夹紧时钢球沿拉杆凹槽的斜面被推出，卡在刀柄上的锁紧孔斜面上，将刀柄向孔拉紧，刀柄产生弹性变形使刀柄端面与端面贴紧。km工具系统具有高刚度、高精度、快速装夹和维护简单等优点。试验证实，km刀柄的动刚度比hsk系统更高。
图6：quattro-cut
图7：km工具系统
图8：km工具系统工作状态
结语
高速组成的生产线的高速、高效切削，是一个系统工程，受机床、、被加工材料、冷却润滑和切削参数等多种因素影响，只有大量地试验、充分地采集数据，认真仔细地分析，不断摸索规律，将各种因素最佳组合，才能获得预期的加工效果。
