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    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)
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