为了在比较轻型的机床上，使硬质金属的加工达到很高的金属切削率，刀具路径和新的刀具设计为高速加工提供了一种可替代的方案。

为了让比较轻型的加工中心，对硬质金属的铣削加工具有较高的生产效率，采用高主轴转速往往被看作为一种可行的方法。然而，提高主轴速度不是达到这一目标的唯一方式。在高速加工领域，有一家刀具制造商提出了一个称作“高立方量加工”的技术术语来描述高金属切除率，在比较轻型的机床上，即使主轴速度相对较低，只要刀具路径和刀具设计采用一种特殊的结合方式，就有可能达到高金属切除率目标。

图1  斜角铣刀是专为恒定接触角度的切削加工而设计生产的

比如用一把直径0.5in（1in=25.4mm）、带有5条排屑槽的碳化物硬质合金端面铣刀，对宇航工业因科镍718硬质合金中一个隐窝的粗加工情况，该铣刀的转速为3100r/min，轴向切削深度为0.75in，其金属切削率达到了2.4in3/min。如果在一台大型和重型的铣床上采用一把大型刀具加工，达到这些参数是并不令人惊奇的。然而在这一案例中，则是在一台相对较小的Haas VF-2SS型立式加工中心上，采用一把小型的刀具进行操作加工。

另一个案例则用一台同样的机床，以4.0in3/min的加工速度，在钛合金材料上铣削加工一个隐窝的实况。这种价格相对较低的机床完全能够有效地铣削加工这类材料——它只要求刀具能够胜任这样的加工工作。

刀具与加工面的恒定接触

这些实况演示工作是由CAD/CAM软件开发商Surfware公司执行的。该公司的Surfcam软件包括“TrueMill”软件——这是一种拥有专利的运算工具，它不是按照零件的几何形状创建刀具的路径，而是以一种特殊的方式，使切屑的厚度和刀具与加工面接触的角度，保持恒定不变的状态。这使其能够以一个恒定的进给速度，在刀具上产生一个恒定的负荷。其效果可以从切削的声音中听出来，是一种稳定的嗡嗡声。只要刀具上的负荷或切削的轨迹没有出现突然变化的迹象，就不会定期地发出刺耳或难听的声音。

刀具制造商SwiftCarb公司设计了一种理想的、完全与这类刀具路径型式一样的铣刀。那也是一种拥有专利的刀具，类似于端面铣刀，但不只是一种刀具。由于其几何形状允许其以7那么大的倾斜角加工钛金属（加工钢材时，其倾斜角可高达10），该公司将这一刀具叫做“斜角铣刀”。

SwiftCarb公司的总裁Steve Swift先生说，高级实心体铣刀的设计建筑在一个折衷的方案基础之上。一般来说，一把铣刀在全宽度和径向浅深度切削方面，应具有合理而良好表现，因为它在任何复杂的铣削过程中，很可能会碰到这两种切削型式。

然而，TrueMill运算软件可完全避免全宽度切削。在整个程序中，该刀具受到全面保护，以免发生上述这些情况。事实上，刀具路径可保护刀具，防止其超过一个设定的接触角度（加工硬质金属时，一般为30）。因此，SwiftCarb公司可以在这一接触水平上自由地优化刀具。经过优化的刀具，比一把相应的端面铣刀具有更高的刚性，因为为了保证其全面接触，它并不需要有间距适当的排屑槽。

由此导致的切削效果，达到了在硬质金属加工中，高效金属切削率的高速加工愿景，实际上并不需要采用高主轴转速。相反，在一台标准转速的机床上加工硬质金属时，采用恒定接触角度的铣削加工，可允许较大的轴向切削深度，从而可使机床发挥更大的潜在生产率，因为该机床可应对从未经历过的负荷突然增大的危险。

隐性潜力

接触角度是刀具在切削过程中由其扫描范围所确定的角度。当刀具进入到一个圆角时，其接触角度就会立即急剧地增加。（图3）。TrueMill软件可避免这一增加。它可使接触角度和切屑厚度稳定地保持在狭窄的公差带范围内，同时还保持恒定的进给速度。由这些算法生成的刀具路径，将跟随这些似乎可能会令人费解的路线——但它们有助于避免切削范围内方向的变化，否则，这种变化会导致这些目标参数中的其中之一发生显著的变化。即使刀具路径绕道和曲线行走，其负荷平衡将还是与刀具在直线切削中所碰到的情况相类似。

图4  如本例所示，保持稳定的接触角度和切屑负荷，可导致产生与直觉相反的刀具路径

Surfware公司的CEO执行总裁兼TrueMill软件的共同发明人Alan Diehl先生说，在一个涉及各种方向变化的典型刀具路径中，刀具并不像大多数加工中心用户所确信的那样，是平稳而逐渐磨损的。相反，在这样一个应用领域中工作的刀具，其大部分磨损通常发生在高负荷和高强度切削加工的时候，实际上这一点是确信无疑的。他说，避免这些极端事件的发生，就可以大大延长刀具的使用寿命。而更重要的是，避免这些极端事件，可使刀具进行更强力的切削加工，因为不再需要因程序中存在少数的潜伏危险点，而小心翼翼地选用切削参数。任何标准的端面铣刀都能够用TrueMill软件的刀具路径，进行有效地工作，但是当使用SwiftCarb公司的斜角铣刀时，Diehl先生说，切削同样的因科镍合金材料，其运行速度可达130in/min，而采用一把标准的刀具，其加工速度只能达到5in/min。

使用这种刀具的部分意义，可能在于其加工硬质金属所具有的附加能力隐藏在许多加工车间的背后。

Diehl先生说，标准的加工中心可以有效地加工许多具有挑战性的硬质金属零件。随着波音787飞机和其他新型飞机全面投入生产，肯定对钛金属加工的需求也会不断增加，然而，可提供加工服务的供应商似乎没有足够的钛金属加工能力，难以满足需求，不过这一差距似乎并不是那么大。许多车间确信，今天，他们拥有的设备虽然只适合于加工较软金属，但事实上，通过不同的加工工艺和刀具，这些机床也可承担一些钛金属元件的加工任务。