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    “高切除率”机加工的光明前景

    放大字体  缩小字体 发布日期:2022-09-12 17:48:21    来源:本站    作者:标准件之家    浏览次数:550
    导读

    图1 这款斜铣刀专门设计用于实现恒定进给角度切削作业通过采用各种刀具路径以及新型刀具设计,提供了一种高速机加工的替代加工方式,能够在较轻型的机床上达到对高硬度金属的高材料切除率。业界经常将高主轴转速视为让轻载机加工中心能够以高生产率铣削高硬

    图1这种斜铣刀是专门为实现恒定进给角的切削操作而设计的。通过采用多种刀具路径和新的刀具设计,提供了一种高速加工的替代加工方法,可以在较轻的机床上实现高硬度金属的高材料去除率。该行业通常将高主轴速度视为一种使轻型加工中心能够以高生产率铣削高硬度金属的方法。然而,主轴转速并不是实现这一目标的唯一途径。除了高速加工,刀具制造商还提出了术语“高速切削加工”来描述这种方式,即通过刀具路径和刀具设备的特定组合,即使在相对较低的主轴速度下,也可以在轻型机床上实现高金属切削速度(立方英寸/分钟)。相关视频显示,对于高硬度航空合金Inconel 718材料,使用1/2直径的5槽金属碳化物端铣刀,以3100rpm的转速和0.75的轴向切削深度,粗糙出凹穴,实现每分钟2.4立方英寸的金属去除速率。这些参数出现在大型重型铣床上,刀具很大,也就不足为奇了。然而,在这种情况下,这种操作是由相对较小的哈斯VF-2SS VMC铣床上的小刀具执行的。另一个短视频显示,同一台机床以每分钟4立方英寸的切削速度在钛上铣出了一个凹痕。这种相对低成本的铣床完全能够以高生产率铣削这些材料,它只需要配备能够执行这种操作的工具。此外,在本影片中看到的刀具配置的情况下,刀具仍需要正确编程。图2进给角定义为铣刀在材料中的切削角。CAD/CAM开发商Surfware已经进行了这些验证测试。这家公司的Surfcam软件产品包括“TrueMill”算法,这是一套专利算法,可以以保持切屑厚度和刀具进给角度恒定的方式构建刀具路径,而不考虑零件的几何形状。这样,可以实现恒定的进给速度,并且可以在刀具中产生恒定的载荷。结果体现在切割声的听觉感知上,就是稳定的嗡嗡声。这种声音中没有周期性的尖锐声音或吱吱声,这表明刀具或切削轮廓上的负载没有突然变化。刀具制造商SwiftCarb设计了一款完全考虑到这种刀具轨迹的铣刀。这个铣刀也是专利的。它类似于端铣刀,但不是端铣刀。由于其几何特性,这种铣刀可以以高达7度的进给角(切入钢材时可达10度)倾斜切入钛材,所以公司称之为“斜铣刀”。SwiftCarb总裁史蒂夫斯威夫特(Steve Swift)表示,这种经典的实心刀具的设计是在妥协的基础上开发出来的。通常,铣刀可以在全宽和浅轴向深度的切削操作中实现合理的性能,因为这两种类型的切削在任何复杂的铣削路径中都容易遇到。但是,TrueMill算法可以避免所有全角切割操作。这保护了铣刀在整个铣削过程中不必进行这种切削。事实上,这种刀具路径可以防止刀具满足超过某个设定进给角度(对于硬金属通常为30度)的条件。所以SwiftCarb公司可以自由优化制造适合这个进给角级别的刀具。所得到的刀具的刚性高于同类端铣刀,因为这种刀具不需要采用适合全进给角的容屑槽间距。接下来图3这个进给角在刀具进入零件拐角时会增大,能够避免这种增大的刀具轨迹可以实现更高的切削速度,因为刀具承受的载荷不会有很大的波动。由高速加工产生的切削操作实现了在高硬度金属上的高生产率金属切削率,并且实际上不需要高主轴速度。

    相反,恒定进给角铣削方法允许在标准速度机床上以大轴向深度铣削高硬度金属。这种机床的潜在生产率得到了显著的提高,因为机床不用担心刀具上的负载突然增加的危险。隐性潜在进给角定义为铣削机床在切削过程中的切削角。当刀具进入零件的拐角时,进给角将立即大大增加。而TrueMill可以避免这种增加。该算法可以稳定地将进给角和切屑厚度保持在一个窄的公差范围内,同时保持恒定的进给速度。这些算法生成的刀具轨迹沿着一些看似盘旋的路径运动,但这个路径可以避免切削动作中的方向变化,否则,方向变化会导致这些目标参数之一的显著变化。即使刀具路径位于弯曲路径中,刀具负载水平也接近直线切削。图4保持进给角和切屑负荷稳定往往会形成一个反直觉的刀具轨迹。如这个例子所示,Surfware公司的首席执行官兼TrueMill算法的共同发明人Alan Diehl表示,典型的刀具路径将包含各种方向变化,因此与大多数加工中心所认为的不同,刀具磨损不是稳定和渐进的。相反,在这种应用中的切削工具通常以高载荷和高应力磨损实际上相当短的大部分切削部分。他说,只要避免这些峰值磨损现象,刀具的使用寿命就会大大延长。更重要的是,避免这些峰值磨损现象可以使刀具以更积极的效果实现切削,因为不再需要为了减少程序中潜在的危险点而精心选择切削参数。在此基础上,我们可以在刀具路径允许更有效的切削操作的前提下进行设计。

    刀具了。据Diehl先生表示,任何标准的端铣刀都能有效地应用在TrueMill刀具路径中,但是在使用SwiftCarb的斜铣刀时,原先采用标准刀具Inconel材料上能够以5ipm的速率切削的性能,在使用这种刀具后能够达到130ipm的性能。

    这种方式的部分重要意义可能体现在,发掘出许多加工厂隐藏的高硬度金属机加工额外能力。Diehl表示,标准的机加工中心就能以很高的生产率机加工许多高难度的坚硬金属材料。随着波音787和其它新型飞机的全面投产,对于钛金属机加工的需求正在增加,而机加工业务供应商发现自己并没有能够满足这种需求的足够钛金属加工能力,但是这种缺口并没有表面上看起来那么大。许多目前相信自己的设备只具备较软金属材料加工能力的加工厂事实上可以已经拥有了充足的设备,只要通过采用不同的加工流程和刀具配备,就有可能承揽到这些钛金属加工业务的一部分。

     
    (文/标准件之家)
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