鈦材料加工的制勝法寶
如果能夠在購買大型的特殊材料加工設(shè)備時(shí)運(yùn)用變速自行車的類比原則，就能取得更好的效果。人們購買變速自行車是為了娛樂或鍛煉，但在騎行的時(shí)候，卻總是使用感覺最舒適的兩三個(gè)變速擋位。環(huán)法自行車賽運(yùn)動(dòng)員和其它經(jīng)過良好訓(xùn)練的運(yùn)動(dòng)員既關(guān)注賽車的各個(gè)部件，同時(shí)又利用各個(gè)部件的優(yōu)勢（車架、腳蹬、傳動(dòng)裝置、車輪，等等）以獲得賽車無論是在爬坡時(shí)，還是在平地騎行時(shí)最大功率的輸出。
對(duì)于許多加工車間而言，加工高強(qiáng)度的高溫合金工件就如爬坡一般艱難。為了解決這個(gè)問題，機(jī)床制造商將銑床和車床的剛性提高，改善主軸的減震性能和機(jī)床構(gòu)架的尺寸，并提高了馬達(dá)的性能；這些措施是為了能夠提供所需的大切削力，同時(shí)減少有害的機(jī)床振動(dòng)，以避免降低工件的加工質(zhì)量和縮短刀具的使用壽命。
在鈦材料加工中，為了使刀具系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)化，獲得最大的金屬切除率，需要特別關(guān)注提供切削力輸出的機(jī)床性能，切削刀具的切削刃與工件接觸部位的特性，以及機(jī)床與刀具的聯(lián)接部位-主軸聯(lián)接裝置。
2012年4月，機(jī)床制造商Mitsui Seiki公司（新澤西州卑爾根）與刀具及刀柄產(chǎn)品供應(yīng)商肯納金屬（賓西法尼亞州拉特羅布）一同合作，對(duì)鈦材料（Ti-6Al-4V）工件進(jìn)行了加工測試；測試使用機(jī)床為Mitsui-Seiki HPX63 CNC臥式加工中心，測試中使用了四只肯納金屬刀具產(chǎn)品，每只刀具都采用了KM4X 100主軸聯(lián)接裝置。
機(jī)床
HPX63的主要設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)包括一項(xiàng)大型切削容量，最大加工直徑為1050毫米，工件高度（Y軸）最大可為1050毫米。X軸行程為1000毫米，Z軸行程為900毫米，托盤尺寸為630毫米。B軸轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速可達(dá)12 rpm，具有高扭矩，加速快的性能。移動(dòng)速度快，可達(dá)32米/分鐘，加速度/減速度為0.5G，切削進(jìn)給率為12米/分鐘。
該機(jī)床專為精密加工而設(shè)計(jì)，采用的冶金工藝使鑄件具有最大的剛性，主軸箱軸向滑軌經(jīng)過淬火、磨削、手工刮磨處理。定位精度和重復(fù)定位精度為0.001毫米。三井機(jī)床的主軸裝置可對(duì)溫度變化進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，不需要熱機(jī)時(shí)間。這家公司提供多種主軸選擇方案，以滿足用戶選擇直接傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的需要，以及對(duì)不同扭矩和轉(zhuǎn)速的需要。
總而言之，HPX-63機(jī)床具有良好的堅(jiān)固性、剛性、和精確性，非常適合對(duì)鈦、鉻鎳鐵合金、工具鋼、不銹鋼、以及鋁材料的加工，適用于航空航天行業(yè)、能源行業(yè)、壓縮機(jī)、模具、夾具及工裝設(shè)備、汽車原型零件制造、以及通用高精度加工。
為了使刀具系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)化，要求主軸聯(lián)接裝置能夠最大化地傳遞機(jī)床功率。市場上多數(shù)刀具產(chǎn)品為整體式刀具，主軸夾緊力相對(duì)較低。聯(lián)接裝置的剛性非常有限，并且徑向配合需要保持在最小規(guī)定值。為了獲得穩(wěn)定的端面接觸性能，需要非常緊密的公差等級(jí)，因此加工成本大幅上升。
主軸聯(lián)接裝置
肯納金屬公司生產(chǎn)的KM4XTM是新一代的KM主軸聯(lián)接裝置。有的聯(lián)接裝置盡管可以傳遞大功率扭矩，但在達(dá)到最大扭矩之前，切削力產(chǎn)生的彎矩可能已經(jīng)超過聯(lián)接裝置能夠承受的極限。KM4XTM裝置的三面接觸設(shè)計(jì)提高了穩(wěn)定性，優(yōu)化了夾緊力的分布和過盈配合。因此，該裝置的抗彎矩性能是其它刀柄系統(tǒng)的三倍。
在測試切削加工中，HPX63配備了大扭矩高功率的主軸裝置；最大功率為26/22 kW，最大扭矩為1082 Nm。KM4X100主軸聯(lián)接裝置可形成85 kNm的夾緊力，是HSK100裝置的2倍多，是BT50裝置的3倍（這兩個(gè)裝置的夾緊力分別是40kNm和25kNm）。
切削刀具
測試中使用了四只不同的切削刀具，分別是（1）一只203.2毫米直徑的端面銑刀，帶有7個(gè)方形可轉(zhuǎn)位刀片；（2）一只相同直徑的端面銑刀，帶有7個(gè)圓刀片；（3）一只76.21毫米直徑，228.6毫米長度的玉米銑刀（HARVI UltraTM），帶有5個(gè)螺旋排，每個(gè)螺旋排上有11個(gè)刀片，以及（4）一個(gè)125毫米直徑的平底可轉(zhuǎn)位鉆（FBI），帶有6個(gè)可轉(zhuǎn)位刀片。
因?yàn)闄C(jī)床和主軸具有充足的功率輸出，并且主軸聯(lián)接裝置具有卓越的夾緊力，測試加工結(jié)果非常出色。方形刀片端面銑刀的金屬切除率達(dá)到了88.74立方厘米/分鐘，主軸速度為64 min-1，切削深度為12毫米，切削寬度為45毫米，進(jìn)給率為164.3毫米/分鐘。
在主軸速度為73 min-1，切削寬度為177.8毫米，切削深度為3毫米，進(jìn)給率為88.9毫米/分鐘的條件下，圓形刀片端面銑刀的金屬切除率為47.42立方厘米/分鐘。
HARVI UltraTM玉米銑刀可同時(shí)進(jìn)行X軸和Y軸方向的切削，在主軸速度為171 min-1，進(jìn)給率為101.6毫米/分鐘，切削深度為40毫米，切削寬度為76.21毫米條件下的最大金屬切除率可達(dá)309立方厘米/分鐘。
FBI鉆在鈦材料工件上鉆了一個(gè)平底孔，在主軸速度為102 min-1，進(jìn)給率為10.2毫米/分鐘，孔徑為125毫米條件下，金屬切除率為125.2立方厘米/分鐘。在鉆完第一個(gè)孔后，將工件在主軸上旋轉(zhuǎn)一個(gè)45度角，又鉆出一個(gè)斜鉆孔，斜鉆孔穿過第一個(gè)孔的鉆孔邊緣處。盡管加工過程為嚴(yán)重?cái)嗬m(xù)切削，機(jī)床和鉆頭都表現(xiàn)出良好的性能。
性能最優(yōu)化
與常規(guī)型或通用型機(jī)床相比，HPX63在加工鈦合金工件的金屬切除率可提高1.5-2倍。KM4X主軸聯(lián)接裝置具有足夠的夾緊力并采用過盈配合方式，加工時(shí)可采用更高的轉(zhuǎn)速，扭矩輸出最大化。機(jī)床的加工效率和刀具的切削性能都得到顯著的提升。
此外，KM4X100主軸聯(lián)接裝置的性能可以達(dá)到HSK125的性能水平；不僅如此，還可避免使用超長主軸，大型換刀臂，大型刀具庫，以及其它會(huì)增加機(jī)床占地面積裝置的因素。使用正確的刀具和主軸聯(lián)接裝置可以減少機(jī)床的尺寸，并在鈦材料和其它難切削合金材料加工中顯著提高加工效率。主軸聯(lián)接裝置可以確保刀具的性能達(dá)到最大化，可以充分發(fā)揮切削刃、銑刀、鉆頭、和車刀的性能，提高加工效率。
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