【編者按】無論是在大型龍門機(jī)床上進(jìn)行銑削加工召藻，或是在小型加工中心上進(jìn)行銑削加工，加工鈦之類的高韌性材料一直都是艱巨的挑戰(zhàn)偿尘。在加工硬質(zhì)合金材料的同時(shí)又要面對(duì)提高加工效率的壓力忆某，這意味著在低速切削及大切削力的現(xiàn)實(shí)面前要確保金屬切除率達(dá)到最大化。

對(duì)飛機(jī)制造商而言鸽素，卓越的生產(chǎn)效率意味著什么褒繁？簡(jiǎn)言之：億萬美元的效益亦鳞。以行業(yè)巨頭為例馍忽，在 2015 年 1 季度，美國(guó)波音公司在獲取新訂單和產(chǎn)品交付方面都超過歐洲競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手空中客車公司燕差。盡管 1 季度通常是新訂單增長(zhǎng)緩慢的時(shí)期遭笋，但波音公司的訂單交付卻創(chuàng)造了極大的經(jīng)濟(jì)收益，波音公司在這段時(shí)期交付的飛機(jī)架數(shù)創(chuàng)造了歷史最高記錄徒探。對(duì)于各種類型及規(guī)模的飛機(jī)制造商而言瓦呼，其零部件供應(yīng)鏈及供應(yīng)商在生產(chǎn) 難加工材質(zhì)的零部件時(shí)，生產(chǎn)過程的延誤會(huì)導(dǎo)致訂單的取消测暗，而訂單的取消會(huì)導(dǎo)致更換為擁有更佳性能設(shè)備的機(jī)床制造商央串。

法孚辛辛那提公司是一家熟諳此規(guī)則的高科技機(jī)床制造商；這家公司的 Hebron,KY 工廠生產(chǎn)高性能的辛辛那提加工中心碗啄，復(fù)合纖維鋪放系統(tǒng)质和，以及多軸辛辛那提龍門機(jī)床队乔。這家公司在全球范圍內(nèi)擁有超過 650 部龍門機(jī)床；天空中飛翔的每一架商業(yè)飛機(jī)都經(jīng)過辛辛那提龍門機(jī)床的加工甸诽，這家公司這樣描述拾肚。

用于鈦材料銑削的五軸 Fives Cincinnati XT 機(jī)床

辛辛那提 XTi Profile 龍門機(jī)床有三軸和五軸配置，是新一代的超級(jí)龍門機(jī)床所惶，在許多方面都給人帶來深刻的印象奶匆。該機(jī)床設(shè)計(jì)目的用于多種材料的加工，7000 rpm 主軸可對(duì)鋁材料和鋼材料進(jìn)行加工桦溃，大扭矩（2523 牛米）主軸可對(duì)鈦和其它硬質(zhì)合金材料進(jìn)行加工晕围。在這家公司的產(chǎn)品宣傳資料中，XT 機(jī)床被稱為?唯一的多軸鈦材料粗加工機(jī)床?呐相，并創(chuàng)造了鈦材料加工金屬切除率（MRR）每分鐘超過 100 立方英寸的最高記錄蛉差。這些大型機(jī)床的 X 軸行程為 4267 毫米（拓展增量為 3658 毫米），Y 軸行程為 3683 毫米重蕉，Z 軸行程為 711 毫米壕哩；在選用肯納金屬公司生產(chǎn)的 KM4X100 刀柄及主軸系統(tǒng)后又刷新了最佳性能記錄。

堅(jiān)固的聯(lián)接性能

無論是在大型龍門機(jī)床上進(jìn)行銑削加工男窿，或是在小型加工中心上進(jìn)行銑削加工扎运，加工鈦之類的高韌性材料一直都是艱巨的挑戰(zhàn)。在加工硬質(zhì)合金材料的同時(shí)又要面對(duì)提高加工效率的壓力饮戳，這意味著在低速切削及大切削力的現(xiàn)實(shí)面前要確保金屬切除率達(dá)到最大化豪治。為了解決這個(gè)問題，包括法孚在內(nèi)的機(jī)床制造商將特種銑床和仿形加工中心的剛性提高扯罐，改善主軸的減震性能和機(jī)床構(gòu)架的尺寸负拟；這些措施是為了減少有害的的機(jī)床振動(dòng)現(xiàn)象，以避免損害工件的加工質(zhì)量歹河，提高生產(chǎn)能力掩浙，并延長(zhǎng)刀具的使用壽命。

盡管這些改進(jìn)措施極大地提高了生產(chǎn)率秸歧，但刀柄及主軸系統(tǒng)長(zhǎng)久以來仍然是最薄弱的環(huán)節(jié)厨姚。

五軸 XT 龍門機(jī)床的業(yè)務(wù)終端

刀柄及主軸系統(tǒng)是機(jī)床與切削刀具之間的聯(lián)接面，確定了在特定應(yīng)用中的材料去除量键菱。原因在于該刀柄及主軸系統(tǒng)必須能夠承受大負(fù)荷,同時(shí)還要保持其剛性性能谬墙，避免刀具出現(xiàn)嚴(yán)重變形，或是出現(xiàn)刀振经备。盡管主軸可以傳遞大功率扭矩育另，但在扭矩達(dá)到最大極限之前，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。在立銑加工應(yīng)用中衷谋， 因?yàn)閼疑炝客ǔ：艽蟪宄@種現(xiàn)象非常明顯 - 所以刀柄及主軸系統(tǒng)的抗彎曲性能是限制性因素。舉例而言旬敞，一個(gè)可轉(zhuǎn)位螺旋刀具從主軸面的懸伸量為 250 毫米（9.84 英寸）蒸橡，直徑為 80 毫米（3.15 英寸），該刀具在對(duì) Ti6Al4V 材料進(jìn)行 RDOC 為 12.7 毫米深境，ADOC 為 63.5 毫米每玛，去除率為 360 厘米3/分鐘的加工時(shí)，能夠產(chǎn)生 4620 牛米（3407.5 英寸磅）的彎矩旅雇，以及不到 900 牛米（663.8 英寸磅）的扭矩芦赔。

肯納金屬公司生產(chǎn)的新一代 KM4X 刀柄及主軸系統(tǒng)通過采用大夾持力和更優(yōu)化的配合級(jí)別，能夠提供更有效的聯(lián)接性能跃旁，更出色的剛性以及抗彎曲性能桥膝。對(duì)于鈦材料加工廠而言，這意味著在高強(qiáng)度合金材料以及其它材料的加工中撒穷，可以顯著提高加工性能匣椰，確保更高的金屬去除率，以及每天可完成更多工件的加工端礼。

KM4X100 主軸聯(lián)接裝置在確定最大金屬去除率方面起著關(guān)鍵性的作用

改善機(jī)床設(shè)計(jì)方案

法孚辛辛那提公司的應(yīng)用工程師 Robert Snodgrass 與肯納金屬公司的資深客戶經(jīng)理 Mike Malott 在大約 4 年前就開始合作禽笑，并對(duì) KM4X 的性能進(jìn)行了評(píng)估測(cè)試。?這個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)非常優(yōu)秀-這讓我們對(duì)自己的機(jī)床設(shè)計(jì)有了新的思考蛤奥，一個(gè)具備更好剛性的主軸可以滿足客戶更為高效的加工需求佳镜，并能提高客戶的生產(chǎn)能力。?

?應(yīng)當(dāng)記得凡桥，典型的飛機(jī)結(jié)構(gòu)零部件在初始加工階段需要進(jìn)行鍛造加工蟀伸，需要進(jìn)行大去除量的切削加工，直至實(shí)現(xiàn)成品工件的尺寸要求缅刽，?肯納金屬公司的副總裁 Mark Huston 這樣說到啊掏。?材料去除率 - 購(gòu)買原材料的重量與加工至成品過程中的切削量之比可達(dá)到 4:1,8:1，在有些零件加工中甚至可達(dá)到 8:1拷恨。?

第一代的辛辛那提龍門機(jī)床在鈦材料加工中因?yàn)槭艿綑C(jī)床結(jié)構(gòu)脖律，以及刀柄及主軸系統(tǒng)的限制，可以實(shí)現(xiàn)每分鐘 4 立方英寸的金屬去除率漩叶。在使用XT 系列的辛辛那提龍門機(jī)床，同時(shí)配合使用端面接觸的 HSK 125 刀柄及主軸系統(tǒng)情況下芬赢，金屬去除率可以提高至每分鐘 50 立方英寸狞朦。在使用 KM4X 100 情況下，金屬去除率實(shí)現(xiàn)翻倍眷幢，達(dá)到每分鐘 100 立方英寸澎矗。

輕松通過“雪橇切削法”測(cè)試工藝：KM4X 主軸聯(lián)接裝置

?即使在每分鐘 100 立方英寸的情況下柜棠，我們使用 KM4X 對(duì) XT 龍門機(jī)床進(jìn)行的基準(zhǔn)測(cè)試表明，其性能遠(yuǎn)未達(dá)到機(jī)床的抗彎矩理論限度值标晤，?Snodgrass 又說到歇决。他指出，在上一代的測(cè)試中使用的大型 CAT60 錐型刀柄蕴轩，在與 50 錐型刀柄相比時(shí)芹蟹，就如駕駛坦克與駕駛 SUV 之間的對(duì)比一樣。KM4X 與 60 錐型刀柄相比搁突，金屬去除率實(shí)現(xiàn)了翻倍绍绽。與 CAT50, HSK100, 或 KM4X100 相比，CAT60 的重量幾乎是它們的兩倍经磅。

?這對(duì)主軸和機(jī)床設(shè)計(jì)方案的影響非常大泌绣，?法孚辛辛那提公司的產(chǎn)品經(jīng)理 Ken Wichman 這樣說到。?許多龍門機(jī)床都采用手動(dòng)換刀方式预厌，即使這些機(jī)床有自動(dòng)換刀/刀具存儲(chǔ)裝置阿迈。KM4X 提高了抗彎矩性能，與 CAT 或 HSK 刀柄產(chǎn)品相比轧叽，在相同抗彎矩性能情況下仿滔，具有重量輕的特點(diǎn)。在人體工程學(xué)方面犹芹，這種產(chǎn)品特點(diǎn)對(duì)操作人員而言是個(gè)巨大的福音崎页。對(duì)選擇自動(dòng)換刀/刀具存儲(chǔ)裝置的用戶而言，KM4X 體積更小腰埂，在特定設(shè)備占地面積情況下可對(duì)更多的刀具進(jìn)行管理飒焦。?

工作狀態(tài)中的龍門機(jī)床

?我們幫助客戶提高生產(chǎn)效率，對(duì)此我們感到自豪屿笼，?法孚辛辛那提公司的副總裁 Mark Logn 這樣說到牺荠。?象 KM4X 之類的高效刀柄及主軸系統(tǒng)不僅對(duì)新型機(jī)床的設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響，對(duì)現(xiàn)有機(jī)床的高效應(yīng)用也產(chǎn)生了巨大的促進(jìn)作用担擦。這為現(xiàn)有機(jī)床的重大升級(jí)提供了機(jī)遇例杰，同時(shí)對(duì)未來新型龍門機(jī)床的設(shè)計(jì)也產(chǎn)生了積極的影響。?

?鈦材料加工行業(yè)需要設(shè)定新的低成本零件生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)雕残，XT 龍門機(jī)床為此提供的不僅僅是機(jī)遇侥丝，?法孚辛辛那提公司的執(zhí)行副總裁 Chip Storie 說到。?機(jī)床采用大型橫導(dǎo)軌榛湖、堅(jiān)固型主軸贬打、專用基座，以及高壓冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，我們期盼機(jī)床的金屬去除率能超過每分鐘 100 立方英寸猫荤。這將改變鈦材料加工行業(yè)的現(xiàn)狀顶山。?

條件苛刻的?雪橇切削法?測(cè)試工藝是為測(cè)試最大切削扭矩及切削力而設(shè)計(jì)的，

安裝 KM4X 刀柄及主軸系統(tǒng)的法孚辛辛那提 XT 龍門機(jī)床輕松完成該測(cè)試

附：雪橇切削測(cè)試工藝的分析

肯納金屬公司的資深客戶經(jīng)理 Mike Malott 多年來深入客戶現(xiàn)場(chǎng)瞭芬，在法孚辛辛那提公司的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)已被當(dāng)作?家人?看待刨塔。他還注意到，法孚公司對(duì)切削刀具性能進(jìn)行的?雪橇切削法?測(cè)試工藝已經(jīng)在業(yè)內(nèi)得到認(rèn)可卜壕。

?在一個(gè)新型產(chǎn)品的研發(fā)過程中您旁，我們需要制定一個(gè)非常嚴(yán)格的性能測(cè)試工藝 - 對(duì)于刀具產(chǎn)品而言是非常苛刻的印叁，?應(yīng)用工程師 Robert Snodgrass 說道被冒。

測(cè)試要求使用刀具對(duì)一個(gè)鈦材料工件進(jìn)行大切深并帶有持續(xù)弧度的切削，切削軌跡與雪橇滑道相似轮蜕。?我們希望在同一切削過程中昨悼，將切削深度和切削扭矩達(dá)到最大化；在整個(gè)過程中允許機(jī)床按照最大功率工作跃洛，主軸/切削刀具在盡可能的情況下承受最大的切削力率触。?

有經(jīng)驗(yàn)的操作員在加工鈦材料時(shí)，最不愿意聽到工件發(fā)出的嘯音汇竭，因?yàn)樵诠ぜl(fā)出嘯音后葱蝗，就會(huì)發(fā)生機(jī)床或刀具失效的故障。但法孚公司在on YouTube 上發(fā)布的視頻表明(https://www.youtube.com/watch?v=-0pcocy4IsE)细燎，在一個(gè)大切深两曼，大寬度的測(cè)試切削中，盡管切屑堆積地象小山一樣玻驻，并且還是五個(gè)獨(dú)立的主軸瞳胸，但機(jī)床仍然可以高效率地操作，并發(fā)出令人愉悅的聲音冷吏。這表明設(shè)備具備的高性能节拷，并且在未來還會(huì)有更多的改進(jìn)。

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