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  鈦材的機床加工  
 
訪問次　2015-07-31 10:08:27
          對于鈦材加工，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，為了使刀具系統達到最優化，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接部位-主軸聯接裝置。
　　2012年4月，機床制造商MitsuiSeiki公司(新澤西州卑爾根)與刀具及刀柄產品供應商肯納金屬(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-SeikiHPX63CNC臥式加工中心，測試中使用了四只肯納金屬刀具產品，每只刀具都采用了KM4X100主軸聯接裝置。
　　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12rpm，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、能源行業、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。
　　為了使刀具系統達到最優化，要求主軸聯接裝置能夠最大化地傳遞機床功率。市場上多數刀具產品為整體式刀具，主軸夾緊力相對較低。聯接裝置的剛性非常有限，并且徑向配合需要保持在最小規定值。為了獲得穩定的端面接觸性能，需要非常緊密的公差等級，因此加工成本大幅上升。
　　主軸聯接裝置
　　肯納金屬公司生產的KM4XTM是新一代的KM主軸聯接裝置。有的聯接裝置盡管可以傳遞大功率扭矩，但在達到最大扭矩之前，切削力產生的彎矩可能已經超過聯接裝置能夠承受的極限。KM4XTM裝置的三面接觸設計提高了穩定性，優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26/22kW，最大扭矩為1082Nm。KM4X100主軸聯接裝置可形成85kNm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(HARVIUltraTM)，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64min-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73min-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。
　　HARVIUltraTM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171min-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102min-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切削，機床和鉆頭都表現出良好的性能。
　　性能最優化
　　與常規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。主軸聯接裝置可以確保刀具的性能達到最大化，可以充分發揮切削刃、銑刀、鉆頭、和車刀的性能，提高加工效率。
  
 
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