數控機床

——航空製（zhì）造商受益於山特（tè）維克可樂滿的刀具解決（jué）方案（àn）

      由於鈦合金已成（chéng）為機加工（gōng）車間（jiān）內越來越常用的材料，相應的加工工藝是否能（néng）進（jìn）一步發展，使（shǐ）該種材料的性能（néng）和加工結（jié）果達到全新的水平就成為至關重要的因素。在（zài）鈦合金加（jiā）工中，銑削占據主導位置，部（bù）分原因是由於在飛機機身零（líng）件中加工出型腔、外形、槽和邊緣都是極具挑（tiāo）戰的工序。

      大部分加工是二維的，由於型腔深度和半徑要求以及其它挑戰性因素，對加工的要求（qiú）越來越嚴格。 至於所用的機床，對於鈦合金加工（gōng）來說，它們已（yǐ）經非常過時了 － 這（zhè）就要求為實現出色的加工以及最充分的機（jī）床利用率來選擇最佳的工具係統（tǒng）和加工（gōng）方法。

鈦合金的特點

      在實際的鈦合金加工過程中會遇到諸多必須考慮的因素。基於這點，鈦合金的（de）銑削工藝（yì）會和很（hěn）久以來主要的加工方法不同。兩種全新的銑削刀具解（jiě）決方案以及應用的不斷（duàn）發展，已經為鈦合金銑削提供了新的可能性。

      與許多其他材（cái）料（liào）相比，成功加工鈦合金的（de）潛力要小得多，加工性能也（yě）不同。 由於鈦合金在可加工性方麵變化比（bǐ）較大，這（zhè）點影響了加工方法和刀（dāo）具的選擇以及加工工藝，但（dàn）是與其它（tā）任何合金的加工（gōng）一樣，需要更加仔細（xì）的規劃 － 從為作業選擇機床到為切削細（xì）節進行編程。 盡管航空（kōng）製造業中的零（líng）件特性相當相似，但是，尺寸和形狀各異，因此，機（jī）床、夾具、冷卻液、刀具、加工方（fāng）法以及切削參數的選擇也不盡（jìn）相同。 由於刀庫的（de）空間有限，工藝的柔性（靈活性）是首要條件（jiàn），就生產效率和能力而言，刀柄的類（lèi）型、刀具的安（ān）裝調整都是關（guān）鍵因素。

      正如粗（cū）加工（gōng）和精加工工序必須按照不同的參數規劃，對於可轉位刀具和整體硬質合金刀具來說（shuō），與不同的應（yīng）用領域聯（lián）係的鈦合金銑削也隨之出現。 需加工的尺（chǐ）寸和形狀（zhuàng）以及（jí）合適的（de）刀（dāo）具型號是第（dì）一位的（de）決定因（yīn）素。 可轉位刀（dāo）具去除材料的效率最高，現在已（yǐ）經被看（kàn）作是粗加工的首選，在大而平的表麵的精加工中，它也是無可匹敵的。 整（zhěng）體硬質合（hé）金刀（dāo）具廣泛應用於半精（jīng）加工和精加工工序（xù），以及當對於可轉位刀片刀具來說半徑、型腔及槽的尺寸過小時，整體硬質合金刀具也是理（lǐ）想的解決方案。

      待加工零件的參數的編程數據是選擇專用銑（xǐ）削刀具的基礎。 由於最（zuì）大化金屬去除率應與經濟的刀具壽命相平衡，基（jī）於這點，就可以確定其它刀具變量了。 對於鈦合金來說，刀具的基礎因素包括用硬質合金材質製造（zào）的、切削刃鋒利且堅固（gù），並具有（yǒu）相對大的正前角。這些（xiē）要素可以滿足鈦合金的特殊耐熱和（hé）化學要求。 在槽形和刀具材（cái）料方麵，可轉位刀片（piàn）技術經曆了（le）一段很長的發展過程，它正在成為性價比更高的解決方案（àn），從而取（qǔ）代大量的現有硬質合金刀具，甚至可用於中等和大尺寸刀具。

徑向銑削飛機機身

      徑向銑削非常適合鈦合金加工。 但是，大的徑向切削深度會大大（dà）縮短刀具的（de）壽命，而大的軸向切削深（shēn）度對切削溫度的影（yǐng）響甚（shèn）微，所以（yǐ）不會以相同的方式影響刀具壽命。 因此，使（shǐ）用密齒距的長刃（rèn）銑刀，同時運用（yòng）30％的徑向切深以及具體應用（yòng）所允許的最大軸向切深是（shì）高效去除鈦合金材料的最佳方法。

      由此，長刃銑刀適合眾多鈦（tài）合金零件的側壁粗銑和精銑。長刃（rèn）銑刀的長螺（luó）旋刃（rèn）非常適用於鈦合金加工中的（de）大量徑向銑削。可（kě）轉位刀片長刃（rèn）刀具（jù）由多排刀片組成，這些刀片與連續磨削的整體硬質合金刀具切削刃一樣。目前，從（cóng）刀（dāo）具（jù）的底部起沿外周上升排列可轉位刀片已達到鈦合金中實現良好加工性能和安全性的極限。可實現高效排屑的大尺寸排屑槽是必需的（de），並與高效的正前角、鋒利的刀片（piàn）相結合，組合成了可實現出色（sè）加工性能的可轉位長刃刀具。

      對於（yú）鈦合金銑削來說，切削刀片的穩（wěn）定夾持是至關（guān）重要（yào）的，即使是在粗（cū）加（jiā）工中，切（qiē）削刀片的任何移動都會導致不均勻磨損，並使切（qiē）削刃處於危險之中（zhōng）。輕微的磨損跡象會在（zài）鈦合金切削過程中使（shǐ）切削刃變鈍，從而加快磨（mó）損並導致刀具破損。對於一排緊密固定的連續刀片來說，刀片的軸向支撐（chēng）特別難，會導致對刀片螺釘的過度依賴。因（yīn）此，在使用長刃銑（xǐ）刀時，獲得傑出性能（néng）的最佳（jiā）方法是在刀片和刀體（tǐ）之間牢固的（de）接口（kǒu）。刀片座必須有一（yī）個確定的支撐和鎖緊裝置，還要特別考慮到（dào）軸向力和旋轉力。

新刀具解決（jué）方案

      在此（cǐ）背景下，CoroMill® 690長刃銑（xǐ）刀（專用於鈦合金加工）的研發重點在於擁有（yǒu）創新性的刀片設計。刀片能夠精確定位並（bìng）固定鎖緊可確保高金屬（shǔ）去除率以及寬敞（chǎng）的排屑槽。CoroMill 690銑刀（dāo）所配備的刀片代表了（le）刀片製造（zào）技術發展的新成果，專為鈦合金加（jiā）工（gōng）時所需的切削過程而優化。這種直接壓製的（de）鋒利刀片具有切削動作輕、吃刀充足、功率要求低以及高進給率的優點。此外，專為鈦合金徑向銑削（xuē）而優化的槽形還有助於延長刀具的壽命。這樣（yàng）一來，就（jiù）為高（gāo）效去除大量材料的邊緣（yuán）與型腔粗加工提供了一（yī）種堅固而可（kě）靠的（de）高性能（néng）刀具，加工飛機（jī）結構件時（shí）通常就需要這（zhè）種刀具（jù）。

      CoroMill 690銑刀（dāo）有兩（liǎng）種刀片尺寸，相同直徑的刀體能夠選擇不同的齒距，用以應（yīng）對各種加工工序，而密齒距刀體是通過提高進給率為提高生產效率帶來了更多可能性。同時（shí），這些刀（dāo）片具（jù）有通用的徑向銑削能力，優（yōu）化的可能性更多。CoroMill 690長刃銑刀的研發在一定程度上基（jī）於CoroMill 390的應用經驗，CoroMill 390作為成熟的立銑基準刀具，擁有廣泛的應用範（fàn）圍，其中包括粗加（jiā）工型腔時的插銑。 同時，該（gāi）產品係列可為（wéi）鈦合金銑削提供可轉位刀具（jù）全麵（miàn）的加工能力，此應用的重點是高安全性下的金屬去除率。

冷卻液至關重要

      鈦合金（jīn）銑削取決於所應用的冷卻液 - 質（zhì）量越高，加工效果越好。事實證明，高壓冷卻應用（壓力範圍（wéi）為標準70至100巴（bā），具體取決於（yú）所使用的係統）已（yǐ）顯示出其明顯的優勢。 由於高（gāo）壓冷卻在許多現代機床上已成為標準配置，因此它是優化鈦合金銑削（xuē）的潛在資源。

      高壓冷卻會影響熱量分布、切屑形成、切（qiē）削刃粘結趨勢、刀具磨損以及表麵（miàn）完整（zhěng）性，由此而對鈦合金加（jiā）工結果產生非（fēi）常明顯的影響（xiǎng）。

      由於鈦合金易發生化學反應，因此在加工期間容易使工件材料焊接到（dào）切削刃上，從而會影響（xiǎng）刀具壽命（mìng），並導（dǎo）致切屑的二次切削和硬屑堵塞。在高壓下從（cóng）噴嘴噴出（chū）的冷卻液對溫度控製起著關鍵的作用，並因此影響加工（gōng）結果和可（kě）靠（kào）性。刀（dāo）具噴嘴直接對準刀片上與精加工表（biǎo）麵相接觸的部分，從而在切屑與刀片前刀（dāo）麵之間形成的所謂的（de）"液壓楔"。因為這些噴嘴（zuǐ）孔屬於刀具的不（bú）可調整部分，因此在裝配時已進行過優化（huà）並消除了不穩定因素（sù），這樣一來就能夠獲得更具一致性且（qiě）更安全的加工過程。

      CoroMill 690專用於鈦合金銑削，這種刀具包含多個冷卻（què）液通道和孔，能為每片刀片提供高壓冷卻加工。其每個切削刃都（dōu）由許多（duō）刀片組成，而每個刀片都有相應的冷卻液噴嘴為其提供高壓噴射。在無需（xū）使用銑刀的整個切削刃長（zhǎng）度的情況下，可（kě）以使用塞子代替噴嘴，這樣（yàng）可以避免不（bú）必要的空噴射而（ér）浪費冷卻（què）液壓力（lì）。位於刀具（jù）端部的噴嘴（zuǐ）有助於排屑，避（bì）免出現切屑的再切（qiē）削效應（特別是在型腔加工中）。此外，為確保泵能夠提供所需的流量，噴嘴尺寸還可具體選擇。

      可轉位銑刀出於實際原（yuán）因，其直徑下限為12 mm，而硬質合金刀（dāo）具基於性價比考慮，其直徑上限為25 mm。 中間和重疊範圍選擇取決於具體應（yīng）用。對於精加工（gōng），精磨的的整體硬質合金立銑刀通常是最佳解決方案，而對於粗加工，最佳解決方案則是可轉（zhuǎn）位刀具。但是，適合這種中間（jiān）範圍（wéi）的刀具還在繼續發展，因為刀具模塊化通過這種可換頭式銑（xǐ）刀提供了一個完全不同的視角。

小直徑銑刀應用

      深且窄的型腔需要較長的刀具可達性。要使這些型腔不成為加工時的（de）瓶頸問題，需要一種能夠提供良好性能的解決方案，並結合小刀具加工能力和加（jiā）工靈活性。 為深入型腔內部而使用加（jiā）長夾（jiá）頭來夾緊整體硬質合金立銑刀並不能實現最佳的穩定性，因為這樣會限製切削參數，並為零件質量帶來風險。但是，可換頭式（shì）刀具有（yǒu）整體硬質合（hé）金刀具的可轉位性（xìng）和精加工能力（lì）的雙（shuāng）重（chóng）優（yōu）點。

      從性能與加工結果、刀具成本角度以及靈活性要求來看，可（kě）換頭（tóu）式刀具係統在10-25mm的刀具直徑範圍內優勢明顯。不僅可提（tí）供高（gāo）度靈活性，還能（néng）夠降低刀具庫存。其（qí）精加工能力要優於可轉位刀（dāo）片刀具（jù），並且與整體硬質（zhì）合金刀具相比，刀具的成本得到大幅降低，此（cǐ）外，不必擔（dān）心因（yīn）重磨而使刀（dāo）片尺（chǐ）寸變小。由（yóu）於能夠選擇不同（tóng）的刀頭與刀柄進行組合，因此能提供高（gāo）度的靈（líng）活性和更多的優（yōu）化可能性。

      刀（dāo）頭與刀柄（bǐng）之間的接（jiē）口是此類刀具（jù）的關鍵因素。其性能取決於強度、穩定性、精（jīng）度、可重複性以及夾持便（biàn）利性。正如CoroMill 690長刃銑刀一樣，它在很（hěn）大程（chéng）度上得益於切削單元與刀體之間接口的不斷發展，這種接口也使推出（chū）新一代可換頭式銑刀成為了可能（néng）。足夠大的（de）軸向支撐（chēng）麵、錐形徑向支撐麵、專門開發的螺紋牙型以及螺釘（dìng）支撐共同造就了刀頭與刀柄之間所需的獨特接口。這種接口是在大刀具懸伸工況（kuàng）下確保良好加工性能的（de）基礎。

      基（jī）於（yú）使用（yòng）CoroMill Plura（金剛銑）的（de）豐富經驗（yàn），CoroMill 316可換頭式立銑刀係列來源於最先進的（de）整體硬質合金刀具，可提供所需的全麵加（jiā）工能力。整體硬質合金刀柄具有（yǒu）不同的直（zhí）徑、長度和樣（yàng）式，能夠為（wéi）許多飛機結構件（jiàn）的半精加工和（hé）精加工提供最佳的剛性（xìng）。

成功的鈦合金銑削

      在粗加工銑削中，為了獲得最佳金屬去除率，軸向切削深度是考慮（lǜ）的（de）主要（yào）因素；而在精加工銑（xǐ）削中，必須考（kǎo）慮選擇最佳的進給率。 在鈦（tài）合金加工中，無論是粗加工還是精加工工序，盡管（guǎn）切削（xuē）速度可以有不同水平，但是，它總是受到限製的（de）。 了解了這些鈦合金加工時的基本原（yuán）則，就可以為優化工序做許多工作（zuò），從而使鈦合金加工更具（jù）競爭（zhēng）力並實現可靠的加工過程。需要考慮的四項關鍵因素是機床能力、冷（lěng）卻（què）液供給、切削刀具和加工方法。

      在切削（xuē）速度較（jiào）低的徑向銑削時，機床需要有足夠的（de）功率和力矩，也（yě）要求有（yǒu）合適的（de）主軸（zhóu），以獲得滿意的金（jīn）屬去除率。 如果機床也使用小直徑刀具，則主軸速度範圍需要足夠高，以獲得出（chū）色的加（jiā）工結果。 一般來說，需要評估主軸接口，它的聯接穩定性不能太（tài）弱。 為了獲得足夠的（de）刀具彎曲剛性，良好（hǎo）的（de）端麵和錐度接觸是基本（běn）要求；為了消除螺旋（xuán）或（huò）徑（jìng）向銑（xǐ）削刀具產生的刀具上的拉力，足夠的夾緊壓力是至關（guān）重要的。

      銑削刀具的新發（fā）展帶來的性能提升直接增強了鈦合金材料的性能。 在克服鈦（tài）合（hé）金材料的加工挑（tiāo）戰中，專用刀具（jù）起到了主要作用，在優化部分，為工序選擇和應用正確的刀具發揮了重要作用。

      與普通加工相比，鈦合金銑削的方法和編程技術更甚一籌。 按照推薦的（de）方法加工（gōng）圓角和輪廓，可在機床的（de）生產周期和（hé）盡量減少廢品方麵取得與眾不同的結果。通（tōng）常（cháng），為確保從一開始（shǐ）就以正確的刀具路（lù）徑加工，在加工（gōng）前多花（huā）點時間來優化編程，這比選擇現成的工藝將起到事半功倍的效果。

圖片注釋：

圖（tú）1：CoroMill 690 帶有冷卻液通道和噴嘴，可為每片刀（dāo）片（piàn）提供高壓冷卻。

圖2：CoroMill 316 是立銑中的成熟標誌性（xìng）刀具（jù），適用於廣泛的應用領域（yù）。

圖3：專用於鈦合金銑削的 CoroMill 690 長刃銑刀帶有創新的刀片設計。