恒定材料去除率是硬銑的關(guān)鍵
時(shí)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(gè)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(shí)還會(huì)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(gè)挑戰(zhàn)是銑削時(shí)刀具路徑會(huì)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(shí)，材料去除率會(huì)達(dá)到設(shè)想值的10倍，當(dāng)它進(jìn)入內(nèi)拐角時(shí)會(huì)達(dá)到這個(gè)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(hào)原因。各個(gè)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(gè)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(huì)降低總體的刀具路徑金屬去除率，降低生產(chǎn)率。對(duì)這種問題可以采用更好的方式來解決。
圖1：擺動(dòng)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(duì)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(dòng)態(tài)修勻。以較小的長(zhǎng)度間隔調(diào)節(jié)進(jìn)給速度會(huì)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(huì)減慢速度，讓循環(huán)時(shí)間更長(zhǎng)。間隔非常小時(shí)，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(dòng)作。
另一個(gè)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(huì)引起切屑厚度發(fā)生變化，而切屑厚度對(duì)長(zhǎng)時(shí)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(gè)可替選項(xiàng)可以描述成預(yù)防性方法。這些處理器可以對(duì)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(shí)，CAM軟件可以應(yīng)用一種自動(dòng)啟動(dòng)額外擺動(dòng)刀具路徑環(huán)路的擺動(dòng)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(shí)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(yè)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(duì)較小刀具的編程
引起間歇性刀具負(fù)載的另一個(gè)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(zhǎng)懸伸的刀具。為了確保安全切削并實(shí)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(dòng)添加刀具路徑，幫助確保比較均勻的余量。
另一個(gè)特征，即在粗加工工序中自動(dòng)識(shí)別平坦水平面，可以防止在這些面上留下剩余余量。這一點(diǎn)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(gè)切削刃咬合和離開工件時(shí)所掃除的材料量。
#p#分頁(yè)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(duì)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(huì)引起負(fù)載和表面粗糙度不一致。解決這個(gè)問題的一個(gè)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(gè)整體部分。通過給高速機(jī)床提供設(shè)計(jì)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。