恒定材料去除率是硬銑的關(guān)鍵
時間:2011-05-21 08:34:31 來源:未知
刀具破損是不愿意采用EDM而直接從硬材料銑削模具的模具制造廠家所關(guān)心的一個重要問題。因超出刀具允許負(fù)載條件而發(fā)生的意外刀具破損不僅浪費(fèi)資金，同時還會毀壞加工過程。通過一貫地給刀具加載其最佳水準(zhǔn)的負(fù)載，模具車間可以從其過程中獲得最大的好處。
然而，這方面存在的一個挑戰(zhàn)是銑削時刀具路徑會產(chǎn)生不斷變化的材料去除率。在典型的切深和跨距為刀具直徑10%的高速粗加工路徑中，在刀具開始進(jìn)入通道中時，材料去除率會達(dá)到設(shè)想值的10倍，當(dāng)它進(jìn)入內(nèi)拐角時會達(dá)到這個水準(zhǔn)的5倍。這些負(fù)載方面的峰值是發(fā)生刀具故障的頭號原因。各個工廠的一般處理方式是改變進(jìn)給速度、切深或跨距。盡管降低這些值中任何一個有可能導(dǎo)致峰值負(fù)載條件回到低于門檻值的水準(zhǔn)，但是這一步也會降低總體的刀具路徑金屬去除率，降低生產(chǎn)率。對這種問題可以采用更好的方式來解決。
圖1：擺動銑削的應(yīng)用可以產(chǎn)生比較恒定的刀具負(fù)載水準(zhǔn)。
圖2：對于相同的切深，刀具咬合方面的差異可能改變刀具負(fù)載和表面粗糙度。
刀具路徑調(diào)整
某些刀具路徑優(yōu)化法的目的在于通過分化刀具路徑并頻繁調(diào)節(jié)進(jìn)給速度而獲得比較一致的材料去除率。這種策略可以產(chǎn)生宏觀水準(zhǔn)恒定的材料去除率。但是，它卻在機(jī)床方面提出了復(fù)雜的問題。機(jī)床控制器內(nèi)裝式高速加工處理器可以完善在幾何上平滑的刀具路徑。在進(jìn)給速度比較高的情況下，控制器需要刀具路徑進(jìn)行動態(tài)修勻。以較小的長度間隔調(diào)節(jié)進(jìn)給速度會引起控制器解釋一些用于精確定位的刀具路徑數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)否則可以合格用于平滑插補(bǔ)。如果發(fā)生這種情況，機(jī)床會減慢速度，讓循環(huán)時間更長。間隔非常小時，精確調(diào)節(jié)也可能引起有損于表面粗糙度的跳躍式的機(jī)床動作。
另一個問題與主軸速度相關(guān)。調(diào)節(jié)進(jìn)給速度而不調(diào)節(jié)相應(yīng)的主軸速度會引起切屑厚度發(fā)生變化，而切屑厚度對長時間加工的表面粗糙度以及刀具的有效性具有決定性影響。
某些刀具路徑處理器采用的一個可替選項可以描述成預(yù)防性方法。這些處理器可以對刀具路徑的幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)劃，以免產(chǎn)生過高負(fù)載。
例如，每當(dāng)?shù)毒呓Y(jié)束開槽或進(jìn)入較小的拐角時，CAM軟件可以應(yīng)用一種自動啟動額外擺動刀具路徑環(huán)路的擺動功能。例如，在UGS的NX CAM中，用戶不僅規(guī)定諸如切深和跨距等參數(shù)，同時還有允許的過載百分比數(shù)值。然后，金屬去除率被控制在該門檻值內(nèi)。軟件通過按這兩頁中所顯示的某種刀具路徑退刀和重新嚙合刀具而控制負(fù)載。盡管這種幾何結(jié)構(gòu)引入了額外的空切，但它卻使刀具負(fù)載達(dá)到自己最佳狀態(tài)。
對較小刀具的編程
引起間歇性刀具負(fù)載的另一個CAM編程領(lǐng)域是為精加工留下的余量的不規(guī)則性。精加工操作通常采用直徑較小、帶較長懸伸的刀具。為了確保安全切削并實現(xiàn)較好的表面粗糙度，這些刀具一定要一致地咬入零件材料，并切掉均勻的材料量。
典型的Z向半精操作在淺區(qū)留下了引起后續(xù)刀具非規(guī)則負(fù)載的非均勻余量。比較復(fù)雜的Z向能力可以在這些淺區(qū)自動添加刀具路徑，幫助確保比較均勻的余量。
另一個特征，即在粗加工工序中自動識別平坦水平面，可以防止在這些面上留下剩余余量。這一點還可以避免后續(xù)刀具產(chǎn)生過高負(fù)載。
刀具咬合
刀具與工件的咬合必須緊密控制以進(jìn)行高效硬銑。由主軸速度和進(jìn)給速度決定的切屑厚度是該因素的一部分。但是水平和垂直咬合角(它們通常被人們忽視)也具有很重要的作用。
水平咬合角表示在每個切削刃咬合和離開工件時所掃除的材料量。
#p#分頁標(biāo)題#e#垂直咬合角表示最大瞬間切削刃與工件的咬合量。
這些因素綜合起來可以確定瞬間切削力及熱擴(kuò)散。對于高效高速硬銑，它們需要保持盡可能一致。
圖2表示在典型的Z向加工中刀具咬合方面的差異如何會引起負(fù)載和表面粗糙度不一致。解決這個問題的一個CAM特征是“零件上”跨距刀具路徑，它試圖在陡區(qū)和淺區(qū)中相等地展開鄰近刀具路徑切削刀數(shù)。
結(jié)論：恒定的材料去除率可以作為刀具路徑生成的一個整體部分。通過給高速機(jī)床提供設(shè)計用于保持材料去除率恒定的刀具路徑，模具加工廠可以從硬銑中獲得全面好處。