一.高速主軸:
什麼是高速主軸呢?若以轉速來區分,8000rpm以上即可稱為高速主軸,不過可進一步用下列三個項目來區分。
1.DN值：軸承直徑(mm)*最高轉速(rpm)目前DN值在500,000到1,500,000者即可稱為
高速主軸，詳如表一:
表一.DN值與主軸內孔大小對轉速的關係
Note 1.複雜的潤滑及冷卻系統及陶瓷軸承的開發,使DN值提升超過2,000,000。
Note 2.尚未有主軸實際轉速達到如此高的轉速。
2.切削：刀刃切削頻率在高轉速時達到或接近機台的自然頻率。能達到發生此狀況轉速之主軸亦為高速主軸。
3.動平衡：超過8000rpm以上，動平衡合乎 ISO 1940的規範。
二.高速切削
高速切削有多種不同定義的方式,而最適切的高速切削定義如下:高速切削發生於切削時,刀刃的通過頻率(tooth passing frequency)接近於「機台-刀具-工件」系統的主導自然頻率(dominant natural frequency)的時候。
高速切削與傳統切削特別不同的一點是,「機台-刀具-工件」系統動態特性對切削性能有很強的影響力。此一系統中,刀長設定、主軸拉刀力、刀具扭力設定、刀把形式…等,都是重要因素。
高速切削當中,材料移除率(Metal Removal Rate, MRR)通常受限於「顫振」(chatter)開始產生之時。現階段高速切削之所以能夠成功,很關鍵的一個因素在於對系統動態特性問題掌握與處理能力。
高速切削具有相當多的好處,例如:有大量材料需要移除的工件;具有很細薄結構的工件;傳統上需花相當長的時間在機台上加工的工件;設計變更快速、產品週期短的工件,皆能夠顯示出高速切削所帶來的優點。然而也有其限制因素,分別說明如下:
1.顫振限制：在不斷提升材料移除率的過程中顫振的產生是一個限素,顫振的產生乃
是肇因於動態剛性不足,如細長的刀具、小直徑的主軸、工件…等。
2.刀具、工件材質限制：對鋁材工件而言,刀具材質並非限制因素,切屑黏著於刀具反
而成為另一個限制因素;對於硬鋼材,甚至是鈦合金切削加工,要維持刀具壽命在可
接受的範圍是主要的問題,可用輕微切削來解決此問題。
3.功率限制：若「機台-刀具-工件」系統的動態剛性相當強,此時切削作業就會受限
於機台功率,在未達到系統剛性極限之前就因功率不足無法再增加材料移除率。
4.刀具幾何形狀限制：當「機台-刀具-工件」系統動態特性與機台功率都足夠的情況
下,切削作業有可能受限於刀具的結構(如切刃長或是刀具直徑)。
5.工件幾何形狀限制：在某些場合中,刀具的移動路徑乃依照工件幾何形狀產生,step-
over尺寸受限制,在這種情形下,多數的加工實際情形都在機台可提供的功率以下。
6.控制器或伺服性能限制：在工件幾何形狀相當複雜的情形,控制器處理 NC code的
速率便是限制因素。隨著軸向運動速度的增加,伺服系統的動態表現就愈顯著,因此
,現在發展的趨勢為高加速度、質量輕但強度高之移動元件、前饋或回饋控制。附
帶一提的是,要瞭解控制器的極限可由很簡單的測試來瞭解:由標準的 ball bar,以點
的逼近方式(G01)來取代原先的程式(G02、G03)。然後執行此一程式,並逐漸增加
速率,直到伺服表現或控制器表現不佳影響到移動精度為止。
綜合上述,使用者在操作機台只有下列三種可能性：
a.對機台的表現、性能瞭解的相當透徹,且能夠確實根據這些限制因素撰寫加工程式,因此能將機台的性能發揮到極致。
b.每天受到顫振問題的困擾。
c.對機台性能沒有適切的認知,不敢增加轉速或切削深度,機台性能未發揮到極致。
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