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法孚辛辛那提公司：在鈦材料加工的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中勝出

機(jī)床制造商法孚辛辛那提公司（FivesCincinnati）發(fā)現(xiàn)，肯納金屬公司生產(chǎn)的KM4XTM刀柄及主軸系統(tǒng)與業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的超級(jí)龍門(mén)機(jī)床（superprofilers)配合使用時(shí)，在實(shí)現(xiàn)更高金屬切除率方面起到了關(guān)鍵性的作用。

對(duì)飛機(jī)制造商而言，卓越的生產(chǎn)效率意味著什么？簡(jiǎn)言之：億萬(wàn)美元的效益。以行業(yè)巨頭為例，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(guò)歐洲競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手空中客車(chē)公司。盡管1季度通常是新訂單增長(zhǎng)緩慢的時(shí)期，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。對(duì)于各種類(lèi)型及規(guī)模的飛機(jī)制造商而言，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(guò)程的延誤會(huì)導(dǎo)致訂單的取消，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。

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(chǎng)生產(chǎn)高性能的辛辛那提加工中心，復(fù)合纖維鋪放系統(tǒng)，以及多軸辛辛那提龍門(mén)機(jī)床。這家公司在全球范圍內(nèi)擁有超過(guò)650部龍門(mén)機(jī)床；天空中飛翔的每一架商業(yè)飛機(jī)都經(jīng)過(guò)辛辛那提龍門(mén)機(jī)床的加工，這家公司這樣描述。

辛辛那提XTiProfile龍門(mén)機(jī)床有三軸和五軸配置，是新一代的超級(jí)龍門(mén)機(jī)床，在許多方面都給人帶來(lái)深刻的印象。該機(jī)床設(shè)計(jì)目的用于多種材料的加工，7000rpm主軸可對(duì)鋁材料和鋼材料進(jìn)行加工，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。在這家公司的產(chǎn)品宣傳資料中，XT機(jī)床被稱(chēng)為唯一的多軸鈦材料粗加工機(jī)床，并創(chuàng)造了鈦材料加工金屬切除率（MRR）每分鐘超過(guò)100立方英寸的最高記錄。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，Z軸行程為711毫米；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。

用于鈦材料銑削的五軸FivesCincinnatiXT機(jī)床

堅(jiān)固的聯(lián)接性能

無(wú)論是在大型龍門(mén)機(jī)床上進(jìn)行銑削加工，或是在小型加工中心上進(jìn)行銑削加工，加工鈦之類(lèi)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，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。為了解決這個(gè)問(wèn)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，改善主軸的減震性能和機(jī)床構(gòu)架的尺寸；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，提高生產(chǎn)能力，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，但刀柄及主軸系統(tǒng)長(zhǎng)久以來(lái)仍然是最薄弱的環(huán)節(jié)。

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。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，避免刀具出現(xiàn)嚴(yán)重變形，或是出現(xiàn)刀振。盡管主軸可以傳遞大功率扭矩，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(guò)聯(lián)接裝置能夠承受的極限。在立銑加工應(yīng)用中，因?yàn)閼疑炝客ǔ：艽?，這種現(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，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），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，ADOC為63.5毫米，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，以及不到900牛米（663.8英寸磅）的扭矩。

五軸XT龍門(mén)機(jī)床的業(yè)務(wù)終端

肯納金屬公司生產(chǎn)的新一代KM4X刀柄及主軸系統(tǒng)通過(guò)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，更出色的剛性以及抗彎曲性能。對(duì)于鈦材料加工廠(chǎng)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，可以顯著提高加工性能，確保更高的金屬去除率，以及每天可完成更多工件的加工。

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(hù)經(jīng)理MikeMalott在大約4年前就開(kāi)始合作，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，一個(gè)具備更好剛性的主軸可以滿(mǎn)足客戶(hù)更為高效的加工需求，并能提高客戶(hù)的生產(chǎn)能力。

應(yīng)當(dāng)記得，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，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，肯納金屬公司的副總裁MarkHuston這樣說(shuō)到。材料去除率-購(gòu)買(mǎi)原材料的重量與加工至成品過(guò)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。

第一代的辛辛那提龍門(mén)機(jī)床在鈦材料加工中因?yàn)槭艿綑C(jī)床結(jié)構(gòu)，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。在使用XT系列的辛辛那提龍門(mén)機(jī)床，同時(shí)配合使用端面接觸的HSK125刀柄及主軸系統(tǒng)情況下，金屬去除率可以提高至每分鐘50立方英寸。在使用KM4X100情況下，金屬去除率實(shí)現(xiàn)翻倍，達(dá)到每分鐘100立方英寸。

即使在每分鐘100立方英寸的情況下，我們使用KM4X對(duì)XT龍門(mén)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，Snodgrass又說(shuō)到。他指出，在上一代的測(cè)試中使用的大型CAT60錐型刀柄，在與50錐型刀柄相比時(shí)，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，金屬去除率實(shí)現(xiàn)了翻倍。與CAT50,HSK100,或KM4X100相比，CAT60的重量幾乎是它們的兩倍。

這對(duì)主軸和機(jī)床設(shè)計(jì)方案的影響非常大，法孚辛辛那提公司的產(chǎn)品經(jīng)理KenWichman這樣說(shuō)到。許多龍門(mén)機(jī)床都采用手動(dòng)換刀方式，即使這些機(jī)床有自動(dòng)換刀/刀具存儲(chǔ)裝置。KM4X提高了抗彎矩性能，與CAT或HSK刀柄產(chǎn)品相比，在相同抗彎矩性能情況下，具有重量輕的特點(diǎn)。在人體工程學(xué)方面，這種產(chǎn)品特點(diǎn)對(duì)操作人員而言是個(gè)巨大的福音。對(duì)選擇自動(dòng)換刀/刀具存儲(chǔ)裝置的用戶(hù)而言，KM4X體積更小，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。

工作狀態(tài)中的龍門(mén)機(jī)床

我們幫助客戶(hù)提高生產(chǎn)效率，對(duì)此我們感到自豪，法孚辛辛那提公司的副總裁MarkLogn這樣說(shuō)到。象KM4X之類(lèi)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。這為現(xiàn)有機(jī)床的重大升級(jí)提供了機(jī)遇，同時(shí)對(duì)未來(lái)新型龍門(mén)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)，XT龍門(mén)機(jī)床為此提供的不僅僅是機(jī)遇，法孚辛辛那提公司的執(zhí)行副總裁ChipStorie說(shuō)到。機(jī)床采用大型橫導(dǎo)軌、堅(jiān)固型主軸、專(zhuān)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(guò)每分鐘100立方英寸。這將改變鈦材料加工行業(yè)的現(xiàn)狀。

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(mén)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(hù)經(jīng)理MikeMalott多年來(lái)深入客戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)，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。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。

在一個(gè)新型產(chǎn)品的研發(fā)過(guò)程中，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?？量痰?，應(yīng)用工程師RobertSnodgrass說(shuō)道。

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。我們希望在同一切削過(guò)程中，將切削深度和切削扭矩達(dá)到最大化；在整個(gè)過(guò)程中允許機(jī)床按照最大功率工作，主軸/切削刀具在盡可能的情況下承受最大的切削力。

有經(jīng)驗(yàn)的操作員在加工鈦材料時(shí)，最不愿意聽(tīng)到工件發(fā)出的嘯音，因?yàn)樵诠ぜl(fā)出嘯音后，就會(huì)發(fā)生機(jī)床或刀具失效的故障。但法孚公司在onYouTube上發(fā)布的視頻表明，在一個(gè)大切深，大寬度的測(cè)試切削中，盡管切屑堆積地象小山一樣，并且還是五個(gè)獨(dú)立的主軸，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。這表明設(shè)備具備的高性能，并且在未來(lái)還會(huì)有更多的改進(jìn)。