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恒定材料去除率是硬铣的关键

2019-12-20 00:001210
刀具破损是不愿意采用EDM而直接从硬材料铣削模具的模具制造厂家所关心的一个重要问题。因超出刀具允许负载条件而发生的意外刀具破损不仅浪费资金，同时还会毁坏加工过程。通过一贯地给刀具加载其最佳水准的负载，模具车间可以从其过程中获得最大的好处。
然而，这方面存在的一个挑战是铣削时刀具路径会产生不断变化的材料去除率。在典型的切深和跨距为刀具直径10%的高速粗加工路径中，在刀具开始进入通道中时，材料去除率会达到设想值的10倍，当它进入内拐角时会达到这个水准的5倍。这些负载方面的峰值是发生刀具故障的头号原因。各个工厂的一般处理方式是改变进给速度、切深或跨距。尽管降低这些值中任何一个有可能导致峰值负载条件回到低于门槛值的水准，但是这一步也会降低总体的刀具路径金属去除率，降低生产率。对这种问题可以采用更好的方式来解决。
图1：摆动铣削的应用可以产生比较恒定的刀具负载水准。  
图2：对于相同的切深，刀具咬合方面的差异可能改变刀具负载和表面粗糙度。

刀具路径调整

某些刀具路径优化法的目的在于通过分化刀具路径并频繁调节进给速度而获得比较一致的材料去除率。这种策略可以产生宏观水准恒定的材料去除率。但是，它却在机床方面提出了复杂的问题。机床控制器内装式高速加工处理器可以完善在几何上平滑的刀具路径。在进给速度比较高的情况下，控制器需要刀具路径进行动态修匀。以较小的长度间隔调节进给速度会引起控制器解释一些用于精确定位的刀具路径数据，这些数据否则可以合格用于平滑插补。如果发生这种情况，机床会减慢速度，让循环时间更长。间隔非常小时，精确调节也可能引起有损于表面粗糙度的跳跃式的机床动作。
另一个问题与主轴速度相关。调节进给速度而不调节相应的主轴速度会引起切屑厚度发生变化，而切屑厚度对长时间加工的表面粗糙度以及刀具的有效性具有决定性影响。
某些刀具路径处理器采用的一个可替选项可以描述成预防性方法。这些处理器可以对刀具路径的几何结构进行规划，以免产生过高负载。
例如，每当刀具结束开槽或进入较小的拐角时，CAM软件可以应用一种自动启动额外摆动刀具路径环路的摆动功能。例如，在UGS的NX CAM中，用户不仅规定诸如切深和跨距等参数，同时还有允许的过载百分比数值。然后，金属去除率被控制在该门槛值内。软件通过按这两页中所显示的某种刀具路径退刀和重新啮合刀具而控制负载。尽管这种几何结构引入了额外的空切，但它却使刀具负载达到自己最佳状态。

对较小刀具的编程

引起间歇性刀具负载的另一个CAM编程领域是为精加工留下的余量的不规则性。精加工操作通常采用直径较小、带较长悬伸的刀具。为了确保安全切削并实现较好的表面粗糙度，这些刀具一定要一致地咬入零件材料，并切掉均匀的材料量。
典型的Z向半精操作在浅区留下了引起后续刀具非规则负载的非均匀余量。比较复杂的Z向能力可以在这些浅区自动添加刀具路径，帮助确保比较均匀的余量。
另一个特征，即在粗加工工序中自动识别平坦水平面，可以防止在这些面上留下剩余余量。这一点还可以避免后续刀具产生过高负载。

刀具咬合

刀具与工件的咬合必须紧密控制以进行高效硬铣。由主轴速度和进给速度决定的切屑厚度是该因素的一部分。但是水平和垂直咬合角(它们通常被人们忽视)也具有很重要的作用。
水平咬合角表示在每个切削刃咬合和离开工件时所扫除的材料量。
垂直咬合角表示最大瞬间切削刃与工件的咬合量。
这些因素综合起来可以确定瞬间切削力及热扩散。对于高效高速硬铣，它们需要保持尽可能一致。
图2表示在典型的Z向加工中刀具咬合方面的差异如何会引起负载和表面粗糙度不一致。解决这个问题的一个CAM特征是“零件上”跨距刀具路径，它试图在陡区和浅区中相等地展开邻近刀具路径切削刀数。
结论：恒定的材料去除率可以作为刀具路径生成的一个整体部分。通过给高速机床提供设计用于保持材料去除率恒定的刀具路径，模具加工厂可以从硬铣中获得全面好处。
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