钛合金数控加工对机床的基本要求

        目前,许多机床制造商推出的用于大型铝合金等轻合金材的 HEM-HSM 切削加工的高效高速数控机床, 若将它用于对诸如高强度钢、 不锈钢、 钛合金和航空高温合金等一类具有高强度与高硬度的难加工金属材料实现 HEM-HSM 加工显然不合适,尽管它也能切削加工这些硬合金材,但其切削效率却是往往无法让人接受。其主要原因在于:

  (1)如前所述,加工合金等硬合金材需要大切削力,或者说需要高转矩主轴,而典型用于铝合金等轻合金材的 HEM-HSM 切削加工的高效高速数控机床主轴转矩多数都小于100Nm ,一般不超过 200Nm ,不具备高效率加工钛合金等硬合金材的切削加工能力。
  (2)如前所述,加工钛合金等硬合金材通常仅允许使用较低切削速度,即仅能使用较低主轴转速,而典型用于铝合金等轻合金材的 HEM-HSM 切削加工的高效高速数控机床主轴转速范围和目前钛合金材加工工艺要求不相适应。
  因此,对用于钛合金材 HEM-HSM 加工的数控加工机床结构、刚性、动态特性、主轴与坐标驱动、 冷却系统、 刀具与刀具接口以及控制系统等许多关键数控部件的设计制造都提出了新要求。主要包含如下若干方面基本要求。
  高功率高转矩主轴
  从金属切削加工基本原理可知,对金属材铣削加工时有:
  mrr = a eapzfZ n ×10 -3 = P S×MRF ( cm3/min )( 1)
  PS=SPF× mrr (kW ) (2)
  PS/n=T/9555 ≈T×10<>-4 (3)
  这儿, mrr:金属切除率, cm3/min ;ae:切宽 WOC , mm ;ap:切深 DOC (轴向切深,Axial Depth of cut ), mm ;fZ:,每齿进给量, mm/ 刃转; z:刀齿数; n:主轴转速,r/min ;PS:主轴功率,kW ;T:主轴转矩, Nm ;MRF :金属切除指数 (metal Removal Factor ),cm3? min -1/kW ;SPF :主轴功率指数( Spindle Power Factor ),kW/cm 3? min -1;且 F = nfZ z (mm/min ), F 为加工进给率。

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