TC4钛合金薄壁结构高速切削加工工艺优化研究(4)
试验中的工件选用TC4钛合金材料。试验所采用试件为：120×10×8mm长方体钛合金试件。两端通过夹紧螺栓固定在测力仪上，测力仪固定由平口钳定位。试验采用的高速机床是瑞士MIKRON（米克郎）公司生产的XSM600 高速切削加工中心。
钛合金工件及其装夹见图2.1，XSM600 高速切削加工中心见图2.2。
切削力实验中，切削力测量系统一般由测力仪、信号处理及放大、输出三个部分组成(见图2.3a)。本文实验中使用YDX-III9702型压电式测力仪，工件装在测力仪上，加工过程中测力仪将压力转变为电信号输出，通过AZ804电荷放大器放大后输入到AZ316数据采集器。虚拟仪AdCrat数据采集系统对信号进行处理后将处理结果显示在显示器上。试验测力系统的连接见图2.3b。
表面粗糙度的测量采用专用的仪器和软件(Talyprofile)，如图2.4所示。
图2.1 钛合金工件及其装夹 图2.2 XSM600高速切削加工中心
（a） 切削力测量系统原理图 (b) 实验使用切削力测量系统
图2.3 切削力测量系统
图2.4 粗糙度测量系统
2.1.3 刀具选择
在由机床、刀具和工件组成的切削加工工艺系统中，刀具是最活跃的因素。由于高速切削加工所采用的切削速度为常规切削的5-10倍，从而对刀具材料提出了特殊的要求。刀具材料除应具备硬度和耐磨性、强度和韧性、耐热性、工艺性能和经济性外。研究和实践中，对高速切削刀具材料提出了如下更高的要求：（1）可靠性；（2）高的耐热性和抗热冲击性能；（3）良好的高温力学性能；（4）刀具材料能适应难加工材料和新型材料的加工需要。
根据以上的要求，本切削实验选用SANDVIK公司生产的Φ 8mm整体硬质合金通用立铣刀进行加工。刀具外观与结构参数分别见图2.5，图2.6与表2.2。
图2.5 刀具外观 图2.6 刀具结构参数
表2.2 刀具参数
刀具编号 Dc D4 Z dmm l2 l3 bn ap max γ0 α0 β
R216.33-08045-AC06P 1620 8 5.8 2 8 63 15 0.25 6.0 15° 14° 25°
2.1.4 切削液的选择
在金属切削加工中，切削液起着非常重要的作用，合理选择切削液，可以改善切屑、刀具与工件间的摩擦状况，减少刀具磨损，降低切削力和切削温度，提高加工表面质量。切削液的作用主要有冷却、润滑、清洗以及防腐防锈等作用。
试验中，由于切削速度很快，容易产生较高的温度，所以要使用切削液来起冷却作用，降低加工时的表面温度。在本试验中采用高压油雾作为切削液。在切削过程中高压油雾可以带走切削热起冷却作用，并且能够吹走切屑保护切削表面。
2.2 试验方案设计
本次试验主要考虑切削参数对切削力和表面粗糙度的影响，所以在试验中，刀具参数不变，切削参数变量为切削速度、每齿进给量和背吃刀量。
根据实际情况，试验方案设计如表2.3所示。
表2.3 单因素试验方案
主轴转速n（r/min） 每齿进给量f z（mm/z） 背吃刀量ap（mm）