法孚辛辛那提公司：在鈦材料加工的市場競爭中勝出

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法孚辛辛那提公司：在鈦材料加工的市場競爭中勝出

機床制造商法孚辛辛那提公司（FivesCincinnati）發(fā)現(xiàn)，肯納金屬公司生產的KM4XTM刀柄及主軸系統(tǒng)與業(yè)內領先的超級龍門機床（superprofilers)配合使用時，在實現(xiàn)更高金屬切除率方面起到了關鍵性的作用。

對飛機制造商而言，卓越的生產效率意味著什么？簡言之：億萬美元的效益。以行業(yè)巨頭為例，在2015年1季度，美國波音公司在獲取新訂單和產品交付方面都超過歐洲競爭對手空中客車公司。盡管1季度通常是新訂單增長緩慢的時期，但波音公司的訂單交付卻創(chuàng)造了極大的經濟收益，波音公司在這段時期交付的飛機架數(shù)創(chuàng)造了歷史最高記錄。對于各種類型及規(guī)模的飛機制造商而言，其零部件供應鏈及供應商在生產難加工材質的零部件時，生產過程的延誤會導致訂單的取消，而訂單的取消會導致更換為擁有更佳性能設備的機床制造商。

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

辛辛那提XTiProfile龍門機床有三軸和五軸配置，是新一代的超級龍門機床，在許多方面都給人帶來深刻的印象。該機床設計目的用于多種材料的加工，7000rpm主軸可對鋁材料和鋼材料進行加工，大扭矩（2523牛米）主軸可對鈦和其它硬質合金材料進行加工。在這家公司的產品宣傳資料中，XT機床被稱為唯一的多軸鈦材料粗加工機床，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。這些大型機床的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機床

堅固的聯(lián)接性能

無論是在大型龍門機床上進行銑削加工，或是在小型加工中心上進行銑削加工，加工鈦之類的高韌性材料一直都是艱巨的挑戰(zhàn)。在加工硬質合金材料的同時又要面對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)實面前要確保金屬切除率達到最大化。為了解決這個問題，包括法孚在內的機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床構架的尺寸；這些措施是為了減少有害的的機床振動現(xiàn)象，以避免損害工件的加工質量，提高生產能力，并延長刀具的使用壽命。

盡管這些改進措施極大地提高了生產率，但刀柄及主軸系統(tǒng)長久以來仍然是最薄弱的環(huán)節(jié)。

刀柄及主軸系統(tǒng)是機床與切削刀具之間的聯(lián)接面，確定了在特定應用中的材料去除量。原因在于該刀柄及主軸系統(tǒng)必須能夠承受大負荷,同時還要保持其剛性性能，避免刀具出現(xiàn)嚴重變形，或是出現(xiàn)刀振。盡管主軸可以傳遞大功率扭矩，但在扭矩達到最大極限之前，切削力產生的彎矩可能已經超過聯(lián)接裝置能夠承受的極限。在立銑加工應用中，因為懸伸量通常很大，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，一個可轉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Ti6Al4V材料進行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，能夠產生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龍門機床的業(yè)務終端

肯納金屬公司生產的新一代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。對于鈦材料加工廠而言，這意味著在高強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鍵性的作用

改善機床設計方案

法孚辛辛那提公司的應用工程師Robert Snodgrass與肯納金屬公司的資深客戶經理MikeMalott在大約4年前就開始合作，并對KM4X的性能進行了評估測試。這個產品的設計非常優(yōu)秀-這讓我們對自己的機床設計有了新的思考，一個具備更好剛性的主軸可以滿足客戶更為高效的加工需求，并能提高客戶的生產能力。

應當記得，典型的飛機結構零部件在初始加工階段需要進行鍛造加工，需要進行大去除量的切削加工，直至實現(xiàn)成品工件的尺寸要求，肯納金屬公司的副總裁MarkHuston這樣說到。材料去除率-購買原材料的重量與加工至成品過程中的切削量之比可達到4:1,8:1，在有些零件加工中甚至可達到8:1。

第一代的辛辛那提龍門機床在鈦材料加工中因為受到機床結構，以及刀柄及主軸系統(tǒng)的限制，可以實現(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機床，同時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，金屬去除率實現(xiàn)翻倍，達到每分鐘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XT龍門機床進行的基準測試表明，其性能遠未達到機床的抗彎矩理論限度值，Snodgrass又說到。他指出，在上一代的測試中使用的大型CAT60錐型刀柄，在與50錐型刀柄相比時，就如駕駛坦克與駕駛SUV之間的對比一樣。KM4X 與60錐型刀柄相比，金屬去除率實現(xiàn)了翻倍。與CAT50,HSK100,或KM4X100相比，CAT60的重量幾乎是它們的兩倍。

這對主軸和機床設計方案的影響非常大，法孚辛辛那提公司的產品經理KenWichman這樣說到。許多龍門機床都采用手動換刀方式，即使這些機床有自動換刀/刀具存儲裝置。KM4X提高了抗彎矩性能，與CAT或HSK刀柄產品相比，在相同抗彎矩性能情況下，具有重量輕的特點。在人體工程學方面，這種產品特點對操作人員而言是個巨大的福音。對選擇自動換刀/刀具存儲裝置的用戶而言，KM4X體積更小，在特定設備占地面積情況下可對更多的刀具進行管理。

工作狀態(tài)中的龍門機床

我們幫助客戶提高生產效率，對此我們感到自豪，法孚辛辛那提公司的副總裁MarkLogn這樣說到。象KM4X之類的高效刀柄及主軸系統(tǒng)不僅對新型機床的設計產生影響，對現(xiàn)有機床的高效應用也產生了巨大的促進作用。這為現(xiàn)有機床的重大升級提供了機遇，同時對未來新型龍門機床的設計也產生了積極的影響。

鈦材料加工行業(yè)需要設定新的低成本零件生產標準，XT龍門機床為此提供的不僅僅是機遇，法孚辛辛那提公司的執(zhí)行副總裁ChipStorie說到。機床采用大型橫導軌、堅固型主軸、專用基座，以及高壓冷卻系統(tǒng)設計方案，我們期盼機床的金屬去除率能超過每分鐘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試工藝是為測試最大切削扭矩及切削力而設計的，安裝KM4X刀柄及主軸系統(tǒng)的法孚辛辛那提XT龍門機床輕松完成該測試。

附：雪橇切削測試工藝的分析

肯納金屬公司的資深客戶經理MikeMalott多年來深入客戶現(xiàn)場，在法孚辛辛那提公司的生產現(xiàn)場已被當作家人看待。他還注意到，法孚公司對切削刀具性能進行的雪橇切削法測試工藝已經在業(yè)內得到認可。

在一個新型產品的研發(fā)過程中，我們需要制定一個非常嚴格的性能測試工藝-對于刀具產品而言是非?？量痰?，應用工程師RobertSnodgrass說道。

測試要求使用刀具對一個鈦材料工件進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程中，將切削深度和切削扭矩達到最大化；在整個過程中允許機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。

有經驗的操作員在加工鈦材料時，最不愿意聽到工件發(fā)出的嘯音，因為在工件發(fā)出嘯音后，就會發(fā)生機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，在一個大切深，大寬度的測試切削中，盡管切屑堆積地象小山一樣，并且還是五個獨立的主軸，但機床仍然可以高效率地操作，并發(fā)出令人愉悅的聲音。這表明設備具備的高性能，并且在未來還會有更多的改進。