鈦材料的加工優(yōu)選

  對(duì)于許多加工車(chē)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(wèn)題,機(jī)床制造商將銑床和車(chē)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(cè)試;測(cè)試使用機(jī)床為Mitsui-Seiki HPX63 CNC臥式加工中心,測(cè)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(pán)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(zhuān)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(guò)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(chē)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(chǎng)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(guò)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(guò)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(cè)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(cè)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(zhǎng)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(cè)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(guò)第一個(gè)孔的鉆孔邊緣處。盡管加工過(guò)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(guò)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(zhǎng)主軸,大型換刀臂,大型刀具庫(kù),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(chē)刀的性能,提高加工效率。