當Kevin Berry的車間購買了第一臺高速加工中心時，Berry先生并沒有體會到他得到了一臺相當于小提琴的金屬加工設備。但是，這是想象高速銑削的一種方法。

一把橫過小提琴弦的琴弓，產生弓和弦之間的相互作用，從而產生聲音。聲音或是悅耳，或是刺耳，則取決于小提琴手的技巧。

同樣，橫過工件的一把銑刀，產生刀具與工件之間的相互作用。刀具和主軸一起在振動。這振動在零件上留下很多微小的波紋。這些波紋會使刀刃受到變動的載荷。我們把這效果稱為振顫。正像小提琴的聲音一樣，高速銑削過程也可能是刺耳的或悅耳的。

切削策略

對付振顫的一種普通方法是減小切深，因而有較小的力產生振動。另一種通常的辦法是提高系統的剛性，或者使用較短的刀具，或者采用一種有較大夾緊力的刀夾(例如過盈配合)。

用高速銑削主軸，可能有一種更好的選擇。這里的 “高速” 意味著主軸轉速至少達到10,000r/min或15,000r/min。當主軸能達到至少那個高速時，有很多機會，在這速度范圍內，一些看上去不可思議的速度，會使振顫平靜下來，因而能進行更重的深切削。

這效果可能好象不可思議，但解釋十分合理。在那特定的速度下，切削刃沖擊的速率與系統的自然頻率同步。雖然刀具仍在振動，但切削載荷不再波動。結果，在達到振顫臨界值以前，有可能切削深得多。這樣，金屬切除率提高，效率也提高。找到這速度的竅門其實很簡單。

因為主軸和工藝裝置形成一個單一系統，這最佳主軸速度，在每次使用不同型式的刀夾或切削刀具時是不同的。因而要找到和使用這些最佳速度，需要記住各種不同組合的工藝裝置，使用各種特定的速度。但是，這要求不是不能克服的。

Berry先生知道所有這些。他不知道的是怎樣(從實際的觀點)找出這些最佳速度。

如果少許幾把刀具加工很多任務件，那怎么辦？

Berry先生任職于Lexmark激光和噴墨打印機制造商。在美國肯塔基州列克星敦(Lexington)的公司總部，有一個加工車間幫助進行新設計打印機原型的評估和測試。打印機評估的早期階段可用物理模型作為打印機零件的替代品，但當測試打印機的性能更嚴格時，在設計要求造型零件之處，只能用造型零件。Berry先生任職于模型和工具服務部，該部制作為此目的用的模型。他的車間制造的模型，產品研制周期(從設計到實際投產)短，用于短期運作。許多模型也進行修改，因為工程師們不斷改進他們的設計。

以前用放電加工制做這些模型，現在，復雜的模型仍然用放電加工，但車間的小量生產模型巳經不依賴放電加工了。當模型需要特別快時，制作電極和燒制一個零件的過程響應不足夠快，因而車間買了一臺30,000r/min的牧野V33立式加工中心，以便能在較短的時間提供模型。

掌握振顫是使這加工中心的響應性提到最高的關鍵。振顫不是機床的缺陷；它是物理缺陷。每個主軸、刀夾和刀具系統都有幾組頻率，在這些頻率下，它自然要振動。在某些較高的主軸速度下，有可能切削刃足夠頻繁地撞擊零件，以至這些沖擊正好與這些自然頻率之一同步。這樣所導致的平穩切削，有可能銑削更深，而不會使刀具或機床變形。在很多加工過程中，加工應該由刀具強度和機床動力決定時，振顫反而成為規定最大切削參數的障礙。狹窄的穩定區和最佳主軸速度是允許超越這障礙的振顫壁壘的缺口。

一些CNC機床的用戶承認是這樣。這些車間大多加工飛機零件。他們以高的主軸速度銑削鋁件，克服了振顫，使他們以快得多的生產率切除金屬。像這些車間，用電子儀器測量他們一起使用的每套組合的主軸、刀具和刀夾的頻率響應。但是，Berry先生的應用實例不能證明購買這設備的費用和學習如何很好地使用它所需要的時間是合算的。

“我有四把最愛好的粗切刀，”他說：“每把刀每次用同一個刀夾。有一臺高速機床。如果我能知道這四種情況的正確速度，那么就會包括所有粗切工作的百分之九十。”

依靠外援來完成這試驗是另一種選擇，但Berry先生寧愿自己作。如果一些不尋常的模型，要求用因為刀顫而不能有效運轉的長柄刀，那怎么辦？Berry先生想能自己響應這個問題而不用等待外來的幫助。

答案來自他的計算器輔助制造(CAM軟件供貨商，設在美國俄亥俄州Milford)UGS的辦公室。Edwin Gasparraj對這個問題提供了一些主意。Gasparraj先生是該公司的NX加工部產品經理，產品包括設計模型加工的復雜刀具路徑用的CAM軟件。這對錯綜復雜的刀具路徑的強調是令人啼笑皆非的，因為Gasparraj先生用于找出最佳速度的專利未決程序，包含的只不過是銑削直線和平行線。

結果

來自UGS的程序提供了在各種速度和切深的情況下進行加工的系統途徑，以便決定最有效的條件。

一組結果示于上表。在這特殊的試驗中，7,000m/min和9 500m/min的情況下，刀具切削平穩，雖然P20鋼也可以用11 500m/min試驗。這樣，有兩個不同的穩定速度可用，并不過多，Berry先生說。只要機床、刀具和刀夾相同，轉速的穩定值可以根據不同的工件材料來轉換。相應的切深不變(這些必須分別確定)，但速度保持同樣。因此，Berry先生會用9,500轉的刀具轉速加工P20，但如果用同樣刀具切削較難加工的金屬，要求較低的切削速度(圓周速度，英尺/分)，則選擇7,000r/min更合適。

這試驗切削程序的一個限制是關于刀具尺寸。Berry先生對于直徑6mm、 8mm和10mm的刀具，用這些試切來找出正確的參數。對于比這小得多的刀具，用這種試驗就不行。切削聲音變得太微小，聽不到振顫，工件上的顫紋變得太小，看不見。

當刀具足夠大時，這程序雖然簡單，但很有價值。一把新刀具的正確速度和切深，在不到半小時就能得到。當Berry先生使用一把新刀具時，預先建立穩定切削條件，能提高效率。即使只加工一個零件，在加工前找到正確的參數，也比對付一些不理想條件下的刀具，更省時間。

金屬切除率倍增

這表說明Lexmark車間一直使用的一種刀具的生產率提高的情況。Berry先生希望加工效率盡可能提高，他可能巳選擇了這刀具所允許的最高速度11,500r/min(基于刀具供應商的推薦)。如果他是這樣的話，他的無振顫徑向切深將限制在0.5mm。金屬切除率為0.5×4×1106或3 220mm3/min。