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備時運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，但在騎行的時候，卻總是使用感覺最舒適的兩三個變速擋位。環(huán)法自行車賽運動員和其它經(jīng)過良好訓練的運動員既關注賽車的各個部件，同時又利用各個部件的優(yōu)勢（車架、腳蹬、傳動裝置、車輪，等等）以獲得賽車無論是在爬坡時，還是在平地騎行時最大功率的輸出。
對于許多加工車間而言，加工高強度的高溫合金工件就如爬坡一般艱難。為了解決這個問題，機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床構架的尺寸，并提高了馬達的性能；這些措施是為了能夠提供所需的大切削力，同時減少有害的機床振動，以避免降低工件的加工質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)達到最優(yōu)化，獲得最大的金屬切除率，需要特別關注提供切削力輸出的機床性能，切削刀具的切削刃與工件接觸部位的特性，以及機床與刀具的聯(lián)接部位-主軸聯(lián)接裝置。
2012年4月，機床制造商Mitsui Seiki公司（新澤西州卑爾根）與刀具及刀柄產(chǎn)品供應商肯納金屬（賓西法尼亞州拉特羅布）一同合作，對鈦材料（Ti-6Al-4V）工件進行了加工測試；測試使用機床為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。
機床
HPX63的主要設計標準包括一項大型切削容量，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軸轉臺轉速可達12 rpm，具有高扭矩，加速快的性能。移動速度快，可達32米/分鐘，加速度/減速度為0.5G，切削進給率為12米/分鐘。
該機床專為精密加工而設計，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。定位精度和重復定位精度為0.001毫米。三井機床的主軸裝置可對溫度變化進行自動補償，不需要熱機時間。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和齒輪傳動的需要，以及對不同扭矩和轉速的需要。
總而言之，HPX-63機床具有良好的堅固性、剛性、和精確性，非常適合對鈦、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、模具、夾具及工裝設備、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)達到最優(yōu)化，要求主軸聯(lián)接裝置能夠最大化地傳遞機床功率。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，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裝置的三面接觸設計提高了穩(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個方形可轉位刀片；（2）一只相同直徑的端面銑刀，帶有7個圓刀片；（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個螺旋排，每個螺旋排上有11個刀片，以及（4）一個125毫米直徑的平底可轉位鉆（FBI），帶有6個可轉位刀片。
因為機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，測試加工結果非常出色。方形刀片端面銑刀的金屬切除率達到了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玉米銑刀可同時進行X軸和Y軸方向的切削，在主軸速度為171 min-1，進給率為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309立方厘米/分鐘。
FBI鉆在鈦材料工件上鉆了一個平底孔，在主軸速度為102 min-1，進給率為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。在鉆完第一個孔后，將工件在主軸上旋轉一個45度角，又鉆出一個斜鉆孔，斜鉆孔穿過第一個孔的鉆孔邊緣處。盡管加工過程為嚴重斷續(xù)切削，機床和鉆頭都表現(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，加工時可采用更高的轉速，扭矩輸出最大化。機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，以及其它會增加機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。
官方微信
