鈦合金立式高效高速數(shù)控加工機(jī)床

　　大型立式五軸數(shù)控龍門(mén)結(jié)構(gòu)型面銑削加工中心機(jī)床，用于加工大型鋁合金材飛機(jī)整體構(gòu)件時(shí)其良好開(kāi)放性受到航宇制造業(yè)用戶(hù)的青睞，得到了廣泛應(yīng)用。同樣贵筹，許多數(shù)控機(jī)床制造商繼承了這類(lèi)機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)，推出了用于鈦合金材整體構(gòu)件HEM-HMS加工的大型立式五軸數(shù)控龍門(mén)結(jié)構(gòu)型面銑削加工中心機(jī)床茫步。

　　大型數(shù)控機(jī)床制造商意大利JOBS公司新推出的專(zhuān)用于大型鈦合金材HEM-HMS加工的立式五軸數(shù)控龍門(mén)加工中心Tarkus可作為這類(lèi)機(jī)床的一典型實(shí)例翼毡。該機(jī)床主要用于鈦合金、不銹鋼和航空高溫合金等硬合金的切削加工拿豺，最大特點(diǎn)是：機(jī)床龍門(mén)采用了全封閉立臥雙框結(jié)構(gòu)（ Dual-Frame HV structure ）既感， 其X向龍門(mén)框架為固定的，通過(guò)工作臺(tái)移動(dòng)實(shí)現(xiàn)X軸運(yùn)動(dòng)咱缭，工件在龍門(mén)架之下挂悲，Z向龍門(mén)框架可上下移動(dòng)實(shí)現(xiàn)Z軸運(yùn)動(dòng)。主軸裝置在Z向上沒(méi)有任何可移動(dòng)的部件俊戳，主軸Z向運(yùn)動(dòng)就像機(jī)床本身在運(yùn)動(dòng)一樣揖赴。這樣，刀具切削點(diǎn)無(wú)論是遠(yuǎn)離還是接近工作臺(tái)面品抽，對(duì)主軸裝置而言都是一樣的储笑，確保了在整個(gè)Z軸行程內(nèi)的高精密加工品質(zhì)。同時(shí)圆恤，這種立臥雙框結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可提高機(jī)床結(jié)構(gòu)剛性，減振性能優(yōu)良腔稀，工作穩(wěn)定盆昙。Tarkus機(jī)床配有機(jī)械驅(qū)動(dòng)與液壓夾緊的高剛性帶兩旋轉(zhuǎn)軸的主軸銑頭T35，A擺動(dòng)軸+120°/-15°焊虏，C旋轉(zhuǎn)軸360°連續(xù)淡喜，主軸功率42kW，轉(zhuǎn)矩1,470Nm诵闭，基速270r/min炼团，最高轉(zhuǎn)速4,000 r/min，刀具接口HSK-A100疏尿。機(jī)床采用了全封閉防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存妇，X/Y/Z工作行程3,300（4,500）/2,100/1,000mm，進(jìn)給速度32m/min；工作臺(tái)面3,000×1,500mm唉奇，配置有70bar高壓冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)灯烤。銑頭液壓夾緊力達(dá)10,000Nm，可滿足3坐標(biāo)大負(fù)載加工應(yīng)用需求闻街。

Tarkus立式五軸數(shù)控龍門(mén)加工中心

　　著名的高速數(shù)控機(jī)床制造商德國(guó)Handtmann公司也為航空制造業(yè)新推出了專(zhuān)用于鈦合金材HEM-HMS加工的立式龍門(mén)加工中心UBZ titanium欧蠢。UBZ Ti機(jī)床采用模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)，為固定龍門(mén)架和移動(dòng)工作臺(tái)/托盤(pán)結(jié)構(gòu)架讳，X/Y/Z直線軸行程13,500/3,500/1,500mm榴烦，最大進(jìn)給速度20m/min，加速度2m/s2文饱，最大工作臺(tái)面達(dá)12,000×2,000mm拜殊。機(jī)床配有帶A擺動(dòng)軸（+185°/-30°）和C旋轉(zhuǎn)軸（±185°）的高剛性高轉(zhuǎn)矩叉式主軸銑頭，A/C軸由力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)汹魁，使用液壓夾緊鎖定匿党。主軸電機(jī)功率63kW（S6：80kW），轉(zhuǎn)矩2,150Nm（S6：3,100Nm）寓落，最高轉(zhuǎn)速6,000r/min括丁，刀具接口HSK-A100或ISO 50，并配有高達(dá)200bar高壓大流量切削冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)伶选。此外史飞，機(jī)床設(shè)計(jì)有全封閉安全防護(hù)裝置和防撞擊安全玻璃，具有良好視線性仰税；設(shè)計(jì)新穎的人性化上下料準(zhǔn)備區(qū)构资，可方便地從上方或左右兩邊進(jìn)行工件加、卸載陨簇。

UBZ titanium立式龍門(mén)加工中心機(jī)床

多主軸鈦合金立式高效高速數(shù)控加工機(jī)床

　　實(shí)現(xiàn)鈦合金材整體結(jié)構(gòu)件高生產(chǎn)率批量生產(chǎn)加工已是航空飛機(jī)制造業(yè)所迫切需求的吐绵。為此，一些大型數(shù)控機(jī)床制造商采用配置多主軸實(shí)現(xiàn)并行加工技術(shù)來(lái)取得高生產(chǎn)率批量生產(chǎn)加工河绽。美國(guó)MAG Cincinnati機(jī)床公司為航空制造業(yè)新推出的專(zhuān)用于鈦合金材加工的Ti-Profiler多主軸大型五坐標(biāo)數(shù)控龍門(mén)移動(dòng)式銑床可作為一典型實(shí)例己单。Ti-Profiler機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)配置為3個(gè)主軸，可任選配4個(gè)或5個(gè)主軸耙饰，主軸最大/最小中心距為2,032/1,016mm纹笼；每個(gè)主軸連續(xù)功率51kW，轉(zhuǎn)速40～3,500r/min卫殷，基速193 r/min炫允，轉(zhuǎn)矩2,520Nm，設(shè)計(jì)有HSK-A125刀具接口嗡沈。主軸最大功率/轉(zhuǎn)速比高達(dá)0.25睛村，為典型鋁合金材高速數(shù)控MC機(jī)床的10多倍绎编。機(jī)床3～5個(gè)主軸共享XYZAB軸編程，可同時(shí)加工3～5個(gè)同樣零件锚蛀，X/Y/Z軸行程8,230/3,149/711mm曙悠，進(jìn)給速度達(dá)15/10/5m?min-1，且X軸行程可擴(kuò)展核宿，最長(zhǎng)可超過(guò)35m烘韩，AB軸行程±30°；進(jìn)給速度3,000/min顾篡。

Ti-Profiler多主軸大型五座標(biāo)龍門(mén)移動(dòng)式銑床

　　Ti-Profiler機(jī)床和該公司同系列寬范圍大型五軸龍門(mén)移動(dòng)式銑削中心機(jī)床Wide-Range Profiler相比室用，主軸轉(zhuǎn)矩幾乎提高了一倍，因而具有更高加工效率在竹。據(jù)報(bào)道添瓷，在Ti-Profiler機(jī)床上使用直徑76mm的CYCLO CUT 高速鋼端銑刀粗加工鈦合金材，金屬切除率mrr達(dá)328cm3 /min值纱，且刀具壽命可達(dá)到480min鳞贷。Wide-Range Profiler機(jī)床配置有連續(xù)功率為52kW，轉(zhuǎn)速40～7,000r/min虐唠，基速370 r/min搀愧，最大轉(zhuǎn)矩1,342Nm，刀具接口為HSK-A100的主軸疆偿，X/Y/Z進(jìn)給速度為10/10/2.5m?min-1咱筛，可用于鈦合金和鋼等硬合金材結(jié)構(gòu)件的高效高速切削加工，也可用于鋁合金高效切削加工杆故。

　　諸如波音迅箩、Spirit（斯匹里特）航空系統(tǒng)公司、烏拉爾波音制造工廠（Ural Boeing Manufacturing处铛，UBM）等許多大型飛機(jī)結(jié)構(gòu)件制造商都購(gòu)置Ti-Profiler系列機(jī)床饲趋。據(jù)報(bào)道， 在UBM工廠裝備有多達(dá)6臺(tái)Ti-Profiler機(jī)床罢缸，主要用于波音公司777/787和空客A380 /A350WXB 大型客機(jī)高強(qiáng)度鈦合金起落架傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)件的HEM-HSM切削加工篙贸。

鈦合金臥式高效高速數(shù)控加工機(jī)床

　　在高效高速加工應(yīng)用場(chǎng)合，和立式機(jī)床相比譬椰，臥式數(shù)控加工機(jī)床具有明顯的優(yōu)勢(shì)：

（1）由于采用懸掛式工件裝夾，有利于切屑掉落排送激撮，能有效減少切屑二次切削和工件二次熱變形姚不，延長(zhǎng)刀具使用壽命，提高零件加工質(zhì)量泉惋。

（2）有利于高壓大流量液壓冷卻系統(tǒng)更有效發(fā)揮作用衷玩，加快排屑蹬谁，保持機(jī)床運(yùn)行精度，延長(zhǎng)刀具使用壽命盾倍，提高零件加工質(zhì)量癞烈。

（3）臥式機(jī)床容易設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)全封閉防護(hù)，實(shí)現(xiàn)高自動(dòng)化運(yùn)行膀钝，并具有更好的剛性堕常。

　　因此，許多新推出的鈦合金高效高速加工機(jī)床多采用臥式結(jié)構(gòu)萎煤。美國(guó)MAG Cincinnati公司為航宇制造業(yè)新推出的專(zhuān)用于大型鈦合金整體構(gòu)件高效高速加工的HyperMach H4000 GTi 臥式五軸數(shù)控型面銑削中心可作為一典型實(shí)例缤弦。HyperMach GTi機(jī)床適用尺寸范圍2×4/6/8m寬而長(zhǎng)的鈦合金整體結(jié)構(gòu)件，采用固定式立柱和移動(dòng)立式工作臺(tái)/托盤(pán)（X軸彻磁，其余4軸為控制刀具運(yùn)動(dòng)）結(jié)構(gòu)碍沐，固定立柱和X軸立式工作臺(tái)基礎(chǔ)床身之間通過(guò)4個(gè)柱體鎖定連接在一起，成“口”字形封閉截面的構(gòu)造衷蜓。這種創(chuàng)新性結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)累提，有利于控制機(jī)床熱變形，并使得機(jī)床在重載切削加工以及在工作區(qū)上部空間位置處切削加工時(shí)能取得最大的剛性磁浇，從而可實(shí)現(xiàn)保持長(zhǎng)寬工件各處的高剛性斋陪、高質(zhì)量和高精度切削加工。為提高機(jī)床定位精度與剛性扯夭，X/Y/Z直線軸都采用了水冷伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)鳍贾，以消除高速運(yùn)動(dòng)及高加減速時(shí)產(chǎn)生的熱量對(duì)定位精度的影響。主軸中心高壓冷卻系統(tǒng)和外部高壓大流量冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)作為機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)配置交洗，確保主軸高性能運(yùn)行骑科，延長(zhǎng)刀具使用壽命，改善零件加工質(zhì)量與精度构拳，提高生產(chǎn)效率账菊。

HyperMachTM H4000 GTi臥式五軸數(shù)控型面銑削中心

　　GTi機(jī)床X軸進(jìn)給速度50m/min，Y軸35m/min耀奠，旋轉(zhuǎn)軸A/C通過(guò)蝸輪副驅(qū)動(dòng)册吹，轉(zhuǎn)速10r/min，擺動(dòng)軸A± 110° 和旋轉(zhuǎn)軸C為360°連續(xù)用堤。GTi機(jī)床可配置兩種齒輪化高轉(zhuǎn)矩主軸：功率30kW馒狡、轉(zhuǎn)矩850 Nm和最高轉(zhuǎn)速6,000r/min，或者功率30kW萌烁、轉(zhuǎn)矩1,050Nm和最高轉(zhuǎn)速4,800r/min煮肋，其刀具接口均為HSK-A100。托盤(pán)/零件的加載設(shè)計(jì)為從機(jī)床的左邊或右邊或兩邊進(jìn)行绎儡，易于實(shí)現(xiàn)托盤(pán)/零件加卸載自動(dòng)化或集成為柔性制造單元FMC系統(tǒng)响友，實(shí)現(xiàn)多機(jī)床集成進(jìn)行零件生產(chǎn)详不。

　　此外，用戶(hù)還可選配最新空間位置誤差補(bǔ)償技術(shù)軟件包（Volumetric Error Compensation扳辉，VEC）妖救，MAG Cincinnati公司認(rèn)為，采用VEC程序可使大型機(jī)床切削加工大型零件精度提高50%粒梦。

　　近幾年亮航，日本Makino公司為航空制造業(yè)新推出了用于鈦合金等難加工材的HEM-HSM加工而設(shè)計(jì)的兩款高剛性臥式五數(shù)控加工中心機(jī)床HMC a81M和HMC T4，都配置有高功率高轉(zhuǎn)矩主軸谍倦，前者針對(duì)中小尺寸零件塞赂，后者針對(duì)大尺寸零件而設(shè)計(jì)的。右圖所示為HMC T4機(jī)床昼蛀，其X/Y/Z直線軸行程為4,200/2,000/1,000mm宴猾，旋轉(zhuǎn)軸A±110°，旋轉(zhuǎn)軸C為360°連續(xù)叼旋。直線軸速度可達(dá)16m/min仇哆，旋轉(zhuǎn)軸10r/min，加工零件的最大尺寸為4,000×1,500×700mm夫植，承載5,000kg讹剔。T4機(jī)床最大特點(diǎn)是為取得高效率切削能力，配置有采用雙逆變器驅(qū)動(dòng)集成化AC主軸（稍后將有專(zhuān)門(mén)討論）详民，連續(xù)功率100 kW（S6-25%：150kW）延欠，連續(xù)轉(zhuǎn)矩1,000Nm（S6-25%：1,500 Nm），基速955r/min却师，最高轉(zhuǎn)速4,000r/min禽虹，刀具接口HSK-A125，功率轉(zhuǎn)速比0.16程押，可提供最大20,000N的切削力赌置，刀具夾緊力達(dá)100kN。為提高機(jī)床剛性與增強(qiáng)切削加工性能果派，T4機(jī)床除采用具有高功率高轉(zhuǎn)矩和高夾緊力AC主軸外蓝捌，還采用了高剛性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)，如其A軸采用高轉(zhuǎn)矩（10,000Nm）驅(qū)動(dòng)蟀披，主軸采用滾柱軸承支撐饵朱，特別設(shè)計(jì)的高剛性Y軸溜板結(jié)構(gòu)等，設(shè)計(jì)有包括主軸中心冷卻和外部加工區(qū)冷卻的高壓大流量冷卻系統(tǒng)（7MPa巫碍，200L/min）板刑，并設(shè)計(jì)有通過(guò)平衡摩擦力與切削力來(lái)抑制低頻加工震蕩的有源阻尼系統(tǒng)。有源阻尼系統(tǒng)通過(guò)機(jī)床監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠快速動(dòng)態(tài)地改變機(jī)床運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌總摩擦力俊炒，從而抑制低頻加工震蕩邑键。

HMC T4臥式五軸數(shù)控加工中心機(jī)床

　　據(jù)報(bào)道，在該機(jī)床上使用5齒5230VS12-A080R長(zhǎng)刃刀具休玩，挖槽切削加工Ti-6-4鈦合金材時(shí)著淆，切削速度74m/min，金屬切除率mrr高達(dá)700cm3/min拴疤。Makino公司曾在該機(jī)床上加工一材料去除率mrr達(dá)80%永部，尺寸3,200×120×100mm的Ti-6-4航空結(jié)構(gòu)件，僅用了不到10h時(shí)間呐矾，其中粗加工3h苔埋，使用Φ80mm 5齒玉米型嵌片銑刀，切寬52mm蜒犯，切深78.4mm组橄，切削速度61.6m/min，進(jìn)給率123mm/min罚随，最高金屬切除率mrr達(dá)500 cm3/min玉工；半精加工和精加工共7hr，使用Φ25mm 10齒整體碳鋼銑刀淘菩，切寬0.5mm遵班，切深25mm，切削速度120m/min茧音，進(jìn)給率1,100mm/min有蒲，平均mrr為14cm3/min，并使用7MPa盘嘉，200L/min高壓大流量冷卻冈柑，加工周期縮短了75%多。該零件原粗加工需15hr将盾，其中1hr金屬切除率mrr為100 cm3/min多梅，其余時(shí)間僅為20 cm3/min，半精加工和精加工共花費(fèi)了30hr再僧，平均mrr僅為3.3cm3/min苏蒿。

　　隨著航宇制造業(yè)對(duì)鈦合金材整體結(jié)構(gòu)件高效高速加工日益增長(zhǎng)的需求，對(duì)用于鈦合金材高速加工的主軸功率和轉(zhuǎn)矩要求也越來(lái)越高猬听，許多數(shù)控機(jī)床制造商新近推出的鈦合金高效高速加工機(jī)床的主軸功率和轉(zhuǎn)矩也趨向越來(lái)越高嫉鸳。

　　如前面已介紹的德國(guó)Handtmann公司UBZ Ti機(jī)床，其功率達(dá)63kW记令，轉(zhuǎn)矩2,150Nm喷聪。又如MAG Cincinnati公司最新推出的 HMC 1250／1600系列五軸數(shù)控加工中心主軸功率達(dá)80kW，轉(zhuǎn)矩2,600Nm咆瘟；意大利JOBS公司新推出的五軸臥式數(shù)控加工中心JomaX 269可裝備有功率75 kW嚼隘，轉(zhuǎn)矩2,500 Nm的高功率高轉(zhuǎn)矩主軸诽里；日本Mitsui Seiki公司HS6A五軸數(shù)控加工中心配置的主軸，其轉(zhuǎn)矩則高達(dá)3,300Nm飞蛹，切削加工Ti6342鈦合金材時(shí)金屬切除率可達(dá)260cm3/min谤狡。據(jù)報(bào)道，波音公司Portland（波特蘭）工廠共裝備有5臺(tái)HS6A加工中心機(jī)床卧檐，用于切削加工鈦合金材飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)尾座零件（其中兩臺(tái)用于粗加工墓懂，三臺(tái)用于精加工）。德國(guó)DST公司推出專(zhuān)用于鈦合金材的HEM-HSM加工的新型臥式加工中心ECOFORCE 粗加工時(shí)可使用功率60 kW霉囚，轉(zhuǎn)矩4,000Nm的高功率高轉(zhuǎn)矩主軸進(jìn)行三軸加工捕仔，金屬切除率可達(dá)400～500cm3/min；而精加工時(shí)可使用功率40 kW盈罐，轉(zhuǎn)矩1,100Nm 榜跌，最高轉(zhuǎn)速5,000rpm的帶A擺動(dòng)軸和C旋轉(zhuǎn)軸的高轉(zhuǎn)矩叉式主軸頭進(jìn)行五軸聯(lián)動(dòng)加工，金屬切除率可達(dá)100～200cm3/min暖呕。本文限于篇幅對(duì)此不作進(jìn)一步介紹與討論士敬。

　　裝備有電主軸的鈦合金高效高速數(shù)控加工機(jī)床

　　目前，用于鈦合金等硬合金材切削加工的主軸仍多以機(jī)械驅(qū)動(dòng)主軸為主雾逢，特別是需要高金屬切除率應(yīng)用場(chǎng)合彻芒。

　　近幾年，隨著高功率高轉(zhuǎn)矩電主軸技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步以及用戶(hù)實(shí)際需求的變化赂阻，諸如瑞士IBAG尘晓、FISCHER、意大利OMLAT邪慧、德國(guó)GMN等許多世界著名數(shù)控加工機(jī)床電主軸制造商验阱，都推出了專(zhuān)用于鈦合金等硬合金材HEM-HSM加工的高功率高轉(zhuǎn)矩電主軸，并在硬合金材切削加工領(lǐng)域得到了實(shí)際應(yīng)用秆尝，以滿足航宇制造業(yè)用戶(hù)之迫切需求降蹋。表1所示為這些制造商生產(chǎn)的若干可用于鈦合金材切削加工的高功率高轉(zhuǎn)矩電主軸基本特性參數(shù)。目前挎中，高功率高轉(zhuǎn)矩電主軸主要有典型高轉(zhuǎn)矩電主軸睹沐、集成化雙電機(jī)高轉(zhuǎn)矩電主軸和齒輪化高轉(zhuǎn)矩電主軸三種。

表1若干高功率高轉(zhuǎn)矩電主軸基本特性參數(shù)

典型高功率高轉(zhuǎn)矩電主軸

　　全球著名的電主軸制造商意大利OMLAT（歐姆萊特）公司的高功率高轉(zhuǎn)矩電主軸OMC-340-340/1350可作為一個(gè)典型實(shí)例磁滚，其電主軸功率/轉(zhuǎn)矩每轉(zhuǎn)速特性曲線見(jiàn)下圖左所示佛吓。主軸額定功率45kW（S6：52kW），基速520 r/min垂攘，轉(zhuǎn)矩830Nm（S6：973Nm）维雇，最高轉(zhuǎn)速為6,000r/min，最大功率/轉(zhuǎn)速比達(dá)0.1。該電主軸在1,000（3,000）r/min時(shí)連續(xù)轉(zhuǎn)矩仍可保持近400（150）Nm吱型。這些高轉(zhuǎn)矩電主軸主要用于鈦合金逸贾、鋼和高溫合金等硬合金材的HEM-HMS切削加工。使用油潤(rùn)滑技術(shù)的OMC-340電主軸有較寬可調(diào)控的轉(zhuǎn)速唁影，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)10,000r/min耕陷，且此時(shí)轉(zhuǎn)矩可保持約40Nm（S6：50Nm），因而還可用于諸如鋁合金等輕金屬的HSM切削加工据沈。另一家全球著名的電主軸制造商德國(guó)GMN公司新推出的用于鈦合金的HCS280g-6000/31電主軸具有和OMC-340-340/1350相似功率/轉(zhuǎn)矩每轉(zhuǎn)速特性曲線，見(jiàn)下圖右饺蔑。

典型電主軸功率/轉(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)速特性曲線

　　現(xiàn)今锌介，典型高功率高轉(zhuǎn)矩電主軸在鈦合金材HEM-HSM數(shù)控加工機(jī)床上已得到了越來(lái)越多的實(shí)際應(yīng)用。如世界著名大型數(shù)控機(jī)床制造商美國(guó)Ingersoll公司生產(chǎn)的用于鈦合金等硬金屬材加工的H22-3R臥式數(shù)控加工中心機(jī)床就采用了前面已介紹的意大利OMLAT公司的高功率高轉(zhuǎn)矩電主軸OMC-340-340/1350猾警。此外症旭，該公司為航空制造業(yè)推出了大型高效高速臥式五坐標(biāo)數(shù)控型面銑中心機(jī)床PowerMill MT，可配置功率高達(dá)106kW饲残、轉(zhuǎn)矩858Nm秉返、基速1,180r/min和最高轉(zhuǎn)速8,000r/min的電主軸，用于鈦合金等硬合金材整體結(jié)構(gòu)件的HEM-HSM切削加工钳舵。

PowerMill MT鈦合金臥式五軸數(shù)控型面銑中心

　　全球著名的數(shù)控MC機(jī)床專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)企業(yè)——意大利MCM SPA公司螺坟，其多款3～5軸數(shù)控MC機(jī)床的主軸都采用了電主軸技術(shù)。其中Jet Five五軸臥式數(shù)控MC機(jī)床邓樟，就是為滿足航空飛機(jī)制造業(yè)高生產(chǎn)率切削加工高強(qiáng)度鋼缸秀、鈦合金材和航空高溫鎳基合金結(jié)構(gòu)件而設(shè)計(jì)制造的。機(jī)床配置有連續(xù)功率達(dá)60kW（S6：75kW）役默，連續(xù)轉(zhuǎn)矩615Nm（S6：1,000Nm）唯碗，最高轉(zhuǎn)速6,000r/min，最大功率/轉(zhuǎn)速比達(dá)0.105冤牢，刀具接口HSK-A100的高功率高轉(zhuǎn)矩低轉(zhuǎn)速電主軸铐向，實(shí)現(xiàn)了在主軸功率/轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速特性曲線整個(gè)速度范圍內(nèi)，能同時(shí)滿足對(duì)硬合金材的HEM和HSM加工應(yīng)用需要丙者。該機(jī)床X軸為立柱左右移動(dòng)复斥，Y軸為主軸頭在立柱上作上下移動(dòng)，Z軸為工作臺(tái)前后移動(dòng)蔓钟；X/Y/Z軸行程3,000/1,700（A軸0°時(shí)為2,000mm）/2,000mm永票，快速進(jìn)給速度40m/min，定位精度/重復(fù)定位精度10μm/5μm滥沫；擺角A軸+85°/90°侣集，夾緊力矩10,000 Nm；B軸為360°連續(xù)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，8r/min世分；旋轉(zhuǎn)軸定位精度/重復(fù)定位精度6”/4”编振；并設(shè)計(jì)有大容量刀庫(kù)（標(biāo)配148，可擴(kuò)展至999）臭埋，換刀時(shí)間12s踪央。

　　前面已介紹的大型數(shù)控機(jī)床制造商意大利JOBS公司Tarkus銑削中心機(jī)床還可配置JOBS公司產(chǎn)品最常使用的五坐標(biāo)機(jī)床集成化電主軸銑頭T3K，其A擺動(dòng)軸+95°/-120°瓢阴，C軸±200° 連續(xù)畅蹂，主軸功率44kW，轉(zhuǎn)矩200Nm狐兴，最高轉(zhuǎn)速15,000 r/min血沦，刀具接口HSK-A100，主要用于鑄模和沖模的高速精銑削加工伦捐，但也可用于鈦合金和鋁合金材加工野言。

集成化雙電機(jī)高轉(zhuǎn)矩電主軸

　　下圖為全球著名電主軸制造商瑞士IBAG公司的HF300AI 10電主軸功率/轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速特性曲線。實(shí)際上孟庵，這是一種通過(guò)多繞組電機(jī)線圈設(shè)計(jì)和采用兩套逆變器控制技術(shù)而將兩個(gè)不同功率/轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速特性的電機(jī)集成在一起近窟，即實(shí)現(xiàn)了集成化雙電機(jī)設(shè)計(jì)：星形連接電機(jī)功率50kW，轉(zhuǎn)矩318Nm补蠢，基速1500r/min伦颊，最高轉(zhuǎn)速2,820r/min；三角形連接電機(jī)功率50kW敢亥，轉(zhuǎn)矩183Nm响徒，基速2,600r/min，最高轉(zhuǎn)速12,000r/min梳命。實(shí)際使用效果等效于一功率50kW丹禀，轉(zhuǎn)矩318Nm，基速1,500r/min鞋怀，最高轉(zhuǎn)速12,000r/min的電主軸双泪，從而獲得低轉(zhuǎn)速高轉(zhuǎn)矩特性，并擴(kuò)展了高轉(zhuǎn)矩速度范圍密似，可克服傳統(tǒng)通過(guò)機(jī)械減速傳動(dòng)裝置來(lái)取得高轉(zhuǎn)矩所存在的許多不足焙矛。顯然，這種電主軸在低速段能提供較高的轉(zhuǎn)矩與剛性残腌，而在高速段也能提供足夠高功率與剛性村斟，以適應(yīng)不同加工之需要，能用于不銹鋼抛猫、鈦合金或高溫合金等難加工硬合金材的高效高速切削加工蟆盹，同時(shí)也可用于鋁合金材的高速切削加工孩灯。

HF300AI 10電主軸功率/轉(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)速特性曲線

　　如前面已討論的日本Makino公司T系列（T2/T4）和a81M加工中心機(jī)床均采用了集成化雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的筒形結(jié)構(gòu)電主軸。

齒輪化高轉(zhuǎn)矩電主軸

　　眾所周知逾滥，提升旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置轉(zhuǎn)矩的最簡(jiǎn)單方法是通過(guò)齒輪減速裝置峰档。目前，許多應(yīng)用于鈦合金材等硬金屬材高效切削加工的高轉(zhuǎn)矩主軸仍采用這種技術(shù)寨昙。這種內(nèi)裝齒輪減速裝置的步蛮，或嵌入齒輪減速裝置的主軸通常被稱(chēng)為齒輪化主軸（geared spindle）。

　　行星減速裝置具有高剛性殉扒，高精度和高傳動(dòng)效率（單級(jí)達(dá)97～98%）西寸。因此行星減速技術(shù)也被作為內(nèi)裝齒輪減速器在電主軸裝置中得到了應(yīng)用，德國(guó)CYTEC公司的CSG-50-240電主軸可作為一典型實(shí)例自凛。實(shí)際上茅苏，這是一種通過(guò)主軸裝置內(nèi)部集成了行星齒輪副來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)化主軸減速而增大轉(zhuǎn)矩的。從該圖可看出费抚，該主軸特性曲線和之前介紹的IBAG公司的HF300AI 10電主軸很相似，但其轉(zhuǎn)矩較高韭惧，轉(zhuǎn)速調(diào)控范圍較窄斟拘。實(shí)際使用效果等同于一主軸功率50kW，轉(zhuǎn)矩591Nm哀姿，基速800r/min拾撇，最高轉(zhuǎn)速10,000r/min的電主軸，從而獲得低轉(zhuǎn)速高轉(zhuǎn)矩特性鹰幌，并擴(kuò)展了電機(jī)高轉(zhuǎn)矩速度范圍狂秦，使得粗加工和精加工可在同一機(jī)床上進(jìn)行。如MAG Cincinnati 通用型Mega H系列臥式五坐標(biāo)數(shù)控MC機(jī)床推捐，就配置有2級(jí)速度齒輪化的XT主軸裂问，可用于諸如鋼、鈦合金和航空高溫合金等硬合金材切削加工牛柒。XT主軸連續(xù)功率37kW（S6：45kW）堪簿，轉(zhuǎn)矩942Nm（S6：1,146Nm），基速375r/min皮壁，最高轉(zhuǎn)速6,000r/min和可選配ANSI 50或HSK-A100刀具接口椭更。最高功率轉(zhuǎn)速比達(dá)0.12，加工鈦合金材金屬切除率可達(dá)400cm3/min蛾魄。

CSG-50-240齒輪化電主軸功率/轉(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)速特性曲線

結(jié)束語(yǔ)

　　本文較詳細(xì)討論了鈦合金材切削加工之特點(diǎn)虑瀑，以及對(duì)用于鈦合金實(shí)現(xiàn)HEM-HSM加工的數(shù)控加工機(jī)床應(yīng)滿足的若干基本要求，具體介紹了幾家全球著名的數(shù)控機(jī)床制造商近幾年新推出的典型鈦合金高效高速數(shù)控加工機(jī)床滴须，最后討論了高功率高轉(zhuǎn)矩電主軸在鈦合金HEM-HSM加工中應(yīng)用舌狗，并通過(guò)這些介紹呈現(xiàn)了鈦合金高效高速數(shù)控加工機(jī)床工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)。

　　同時(shí)，本文所介紹的這些鈦合金高效高速數(shù)控加工機(jī)床基本上都為專(zhuān)用型的把夸，實(shí)際上近幾年許多數(shù)控機(jī)床制造商還推出一種既可用于鈦合金等硬合金材又可用于鋁合金等輕合金材實(shí)現(xiàn)HEM-HSM加工的通用型高效高速數(shù)控加工機(jī)床扑姆，本文限于篇幅對(duì)此并未作討論與介紹。

（北京航空制造工程研究所 林勝）

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