高速加工是零件加工的全新途徑，它集成多種技術，不僅僅是高速主軸和快速精密進給在機床上的簡單結合。為了應用高速加工技術，加工廠必須把必不可少的新功能和必不可少的新技巧有機地結合起來。同時，也要改變工廠的運作方式和物質設施。 就縮短產品的交付周期和降低成本而言，HSM可以發揮作用並且很有價值。任何計劃實施HSM的工廠都應仔細考慮，重視生產現場內外可以加快生產周期的一切技術。實施HSM沒有唯一正確的途徑，每種情況應當如何應用HSM也沒有嚴格不變或立竿見影的準則。
我們可以看到，HSM終究不是理論或只有實驗室才能驗證的概念，而是切實可行的技術。本文分析潛心從事HSM的兩家工廠的應用實例，希望能對讀者有所啟發。 以高速切削謀生存 如果HSM 只是達到某個目的的手段，採用HSM能夠謀生存嗎？Mike Haverkamp 和 Brian TerBeek的回答是「能」。他們正在這樣作，這兩個夥伴從機械師改行程序員，然後變成HSM企業家。
他們的Cad Cam Services公司位於密執安州Grand Rapids郊外，主要致力於大型成形鋼模、壓鑄模和其它大工件的合同加工。該公司不僅提供熔融沉積造模方式的快速原型製造、逆向工程和壓鑄模及注塑模的全套生產，還繼續提供CNC 程序設計技術和3D設計服務。 Haverkamp 和 TerBeek 在1991年成立自己的公司，以承包NC程序設計開始營業，這種工作很紅火，但是到了九十年代中，由於功能強大、基於PC機的CAM 系統的出現，他們的工作明顯受到冷落。然而他們發現本地區的工廠在生產高峰期間仍然會有程序設計「細脖子」的問題，在加工方面也可能產生瓶頸。 Haverkamp 和 TerBeek 看準了這個機會，能夠快速完成大型模具部件的粗加工和精加工的工廠一定會使人們趨之若騖，他們認為，HSM 會給模具加工業務提供有吸引力的速度和價格。
同時他們對HSM技術有所準備：有必要的編程技能，還有穩定的客戶基礎，包括許多有希望的客戶，於是到了1995年，他們形成了一種全新的合作策略，使Cad Cam Services 公司致力於高速切削業務。 HSM 專用設施 Haverkamp 和 TerBeek最初計劃購買一台粗加工和半精加工大機床和一台調整精加工機床，但是在同伊利諾斯州Rockford機床進口商的共同努力下，買了一台Rambaudi Ramspeed供精加工用，還有一台改型的Droop & Rein立式銑床用於粗加工。 這對合作夥伴不僅投資購買合適的機床，而且投資興建新廠。
機床的地基設計考慮
Cad Can Services 公司專門從事大型模具和衝壓模的製作，Rambaudi Ramspeed 高速銑床採用 1 英寸圓頭銑刀精銑大型壓鑄模，細密的軌跡間隔生成粗糙亞只有0.0005英寸的表面。 了承載力和隔震性，因為震動可降低精加工精度。原來的兩台機床面對面而置，以便於在兩台機床之間轉送工件，而且一名操作工可以照料兩台機床。 該廠房佔地10000平方英尺，內部高度足以安裝一個吊鉤距地面20英尺的50噸天車。地下敷設了計算機網路電纜管道，電纜接到廠房裡的每一台機床或工作站。廠房前端有兩層辦公區，每層分別為5000平方英尺，不過Cad Cam Services目前只佔用下面的一層。 沿著生產區的牆排列著幾台15馬力的立式加工中心、一台升降式工具銑床、一台 EDM 和一對磨床，單憑這些機床就使Cad Cam Services構成一個設備精良的現代化模具加工廠。然而Cad Cam 加工能力的支柱是Rambaudi Ramspeed B27L立式龍門加工中心，其X、Y和Z軸行程達到106×86×40英寸，主軸電機功率18馬力，最高速度25000 rpm ，快進速度600 ipm，專門適用於高速精加工。 走廊對面是床頭箱裝在固定床身上的Droop & Rein三軸立銑。
和Ramspeed機 床相比，這台50馬力機床的工作台稍長而窄，主軸速度2000 rpm。這台機床經常採用4或 5英寸鑲刃端面銑刀進行粗加工操作，對於這種刀具和吃刀量大的粗加工而言，2000 rpm的速度足以產生合適的表面切削速度。 另一台大型機床LEM93-M5來自義大利製造商FPT，與其它粗加工機床相比，FPT的固定工作台適合於較重的工件。這台FPT機床的功率較小，主軸30馬力，但轉速較高，同Droop & Rein相比，經常以２倍的進給速度和一半的切削深度進行操作。 大吃刀量的天地 儘管這些機床在主軸速度和進給速度上和Ramspeed 不屬於同一個檔次，它們仍然是Cad Cam 公司HSM 策略不可分割的一部分，正象Haverkamp 所說，「高速切削成功的一個關鍵在於粗加工和半精加工能力，粗加工和半精加工必須有效地切除很多金屬，並給高速精加工保留很小的加工余量。」 粗加工和半精加工不僅重要而且加工量大，例如，壓鑄模一開始可能是兩個冰箱之大、重量75000 磅的4140鋼毛坯，而到精加工時，已經有20000磅的材料被銑掉了，僅留下0.020 英寸的精加工余量，而且在拐角或圓角處不能留下過多的材料，所以幾何精度非常關鍵。
這台改型的Droop & Rein 機床也許不漂亮，但好使，它用於粗加工和半精加工是高速精成功關鍵之一。插圖表示這台在精銑一個模腔。 FPT所進行的一個典型粗加工例子是：先採用5英寸TiAIN鍍膜鑲刃端面銑刀，主軸速度450～500 rpm，進給率150～175 ipm，切削深度0.050英寸，加工時大量切屑唰唰飛落。粗加工以後大部分工件送到外面熱處理。
工件一返回便開始半精加工，通常採用2英寸球頭銑刀在轉速2000 rpm和進給速度125～150 ipm下半精加工。對於遵循往複銑削模式的型面切削而言，軌跡間隔在0.125英寸以內。作之字形切削時，可以採用相似的轉速和進給速度以及0.020至0.050英寸的切削深度，並採用直徑2.5英寸的小半徑刀頭。此外，比較小的刀具還可以用來連接倒角。三台大機床均配有Fidia 控制器，使操作員的培訓變得簡單易行。 並非越快越好 提到高速精加工，Haverkamp信守「不一定越快越好」的準則，這個準則或許令人吃驚。他說：「我們很少用12000 rpm以上的主軸速度，」儘管Rambaudi機床的主軸速度可達25000 rpm，「有幾個經濟因素必須考慮，而且它們隨加工任務而變化。」他解釋，「例如，我們在較低的速度下可以獲得最長的刀頭壽命，並且可以採用隨時可得、價格非常便宜的普通刀體和刀桿。」 一般說來，如果採用1英寸球端鑲刃銑刀，高速精加工速度在9750～10000 rpm範圍，常用的進給率是275 ipm ，切削深度和軌跡間隔各0.020英寸。該銑床最大進給速度400ipm，本來可以用比較高的主軸速度，但是保持最合適的切削力更為重要。
「保守型」 HSM 不僅僅為了節約刀具，還因為主軸在高轉速下磨損比較大。這台機床在正常保養條件下連續使用了三年多，依然沒有更換過主軸和軸承。
「無人照看或全自動加工」對於主軸轉速較低的切削也是比較好的賭注，儘管Cad Cam Services公司始終只有一個操作員值班，操作員不必眼巴巴地盯著機床的每一個動作。一般可由２個操作員合作管理三台機床。另外機床在較低的速度範圍內毫不費力地保持目標精度：型面精度±0.001英寸，細部精度±0.0005英寸。不過機床的加、減速度是非常高的，且運動平穩。 程序設計適應生產車間的需要 Cad Cam Services公司具有很強的刀具和刀具路徑設計能力，這不足為奇，它把刀具作為一個獨立的CAD/CAM車間，並且公司有５名能夠設計模具並編製加工程序的專職CAD/CAM工程師。由於設計能力與編程能力的結合，生產出可加工性很高的模具—這在當今快節奏環境下是一個優勢。
TerBeek 強調，有稱職的編程人員支持HSM 非常重要，他說：「程序員必須了解生產現場的情況並且傾聽機加工人的意見。」粗加工、半精加工和精加工的刀
FPT活動床身銑床在粗銑一個浴盤模具的側面。快速切除金屬是號關鍵，儘管這台機床可以進行精加工。 具路徑程序均採用Sescoi公司的WorkNC，首席程序員Gary Thelen偏愛WorkNC系統，因為該系統能夠快速處理刀具命令，據他說程序設計在很大程度上是自動的。
而且，程序設計和現場經驗關係甚重，Thelen 先生解釋，有經驗的程序員能夠分析刀具路徑的模擬，並能迅速識別哪部分程序有可能在機床上出問題。 在許多情況下，為了加工工件幾何形狀的一個部位，程序員可以查看和採用幾種方法，結果生成幾個單獨的刀具路徑文件，供機加工人選擇。如果根據刀具的表現情況有一種方式明顯優於另一種，即可選定比較好的刀具路徑，決對不會拖延時間等待這部分工作重新編程。
程序員還知道何時採用HSM專用的刀具路徑例行程序，比如，「徑向進刀」和「徑向退刀」程序所生成的路徑以圓弧開始或結束，而且刀具軌跡和走刀方向在空中變化，使得採用不同編程技術加工的局部表面彼此之間光滑過渡。 TerBeek先生強調，程序員和加工車間應保持適時的通訊，這對於有效的粗加工、半精加工以及HSM都是必不可少的，他把「交流」看得很重要，因此和Thelen 編寫了一個建立資料頁面的軟體，用來彙集每一個刀具路徑文件。頁面上標識程序名，說明程序所遵循的切削策略，給出安裝切削刀具的細節，規定加工所得到的刀紋高度，並且提供其它一切有關信息。這個頁面還包括相關的視圖，使操作員能夠直觀地想象整個操作過程。「對於加工所要執行的刀具路徑，我們的機床操作員說了算，所以我們希望他們掌握全部信息，以作出正確的判斷。」TerBeek 這樣解釋。
生產現場以裝有工業型機殼的 Windows-NT PC機作為公司網路的終端，也是CNC機床的本機文件伺服器。這些PC機採用Internet標準通訊協議TCP/IP進行高速數據通訊。
五軸機床新觀點 Cad Cam Services 用的Rambaudi機床可以進行５軸（桿）同時動作的切削，主軸頭在程序控制下可以按照切削型面的變化而傾斜和迴轉，以保證刀具在整個路徑上的正確方向。然而，Cad Cam Services 公司很少採用５桿方式，而主要用這台機床完成三軸機床不可能完成的操作，比如沿著落鍛模內側的周線銑倒角。
該公司發現，利用分度頭的傾斜和迴轉並與機床Fidia 控制器的一個特殊軟體功能相結合，就會格外地實用、快捷。這個軟體功能稱作「旋轉刀具中點(RTCP)」，它使基於球頭銑刀中心所計算的刀具路徑和相應軸的旋轉完全對應。這個功能無須為了更改刀具長度而重新定位程序，也不必為每個軸的旋轉而反覆建立原始位置。
