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以恒定切削力高速铣削

欧特克

CAM 编程

无法分辨高效粗加工和高速粗加工将导致您蒙受成本损失

经常有人开玩笑说,从 Kennedy 工具箱就可以有效甄别出优秀机械师和普通机械师。但是,优秀的机械师确实可以从车间听出优质切削与劣质切削的区别。特别是在执行传统粗加工操作时更是如此。这些刀具路径通常包含可变的切屑载荷、变化的步距和频繁的全直径宽度切削。

传统粗加工的刀路特点是使用连续的偏移径向刀路。这些刀路的计算方法如下:必要时,偏移 CAD 几何图元和毛坯模型的平面横截面,然后将二者合并、修整到一起。采用这种方法,不管使用多大的偏移步距值,在刀具到达每个内部转角处或进入窄槽时都可提高刀具啮合度。在这些内部转角处和窄槽中,切削力将达到峰值,也最容易断刀。使用传统粗加工策略时,为了以高进给速率进行操作,编程人员只能采用比较浅的轴向切削深度。现在由于过度使用刀具底部,而非整个刀刃长度,这可能会引发其他刀具问题。太多热量会蓄积在刀具底部,无法沿整个刀刃扩散出去,从而导致刀具过早磨损。

与此不同,恒定切削力可在整个切削过程中保持径向刀具啮合恒定,这可避免切削力达到峰值。这样,编程人员将可以在维持高进给速率的同时采用更大的轴向切削深度,从而延长整体刀具寿命。

为了获得真实数据,我们在 Autodesk 9 号码头工作室记录了切削 1018 钢时来自 SPIKE 感测刀具夹头的数据。刀具夹头内部是 SwiftCarb 整体硬质合金立铣刀,所有操作均在 Haas VF2SS 立式加工中心上运行。

首先,使用传统粗加工方法运行零件。您不仅可以听到 4 种切削变化,从记录的数据也可以清楚地看到这些变化。此处,从刀具夹头传感器显示的刀具负载历史记录中可以看到,存在明显的变化和非常大的峰值,特别是所示图形中以绿色表示的扭转和以红色表示的弯矩(图例:蓝色 - 轴向力,红色 - 扭转,绿色 - 弯矩)。

对于最糟糕的情况(峰值所示处),机床操作员需要调低对应的进给速率。但对于其他操作,这意味着该程序无法以最优材料切削速率运行,如许多低位区所示。利用在高中学习过的微积分预备知识便可知道,图形下方的区域实际上对我们非常重要。图形下方的区域越大,说明切削的材料越多,运行效率也越高。我们一起来看看这张图:其中有许多低平区域,表示效率低下,而且在切削材料多时偶尔还会出现峰值。

恒定切削力可以快速达到最大有效加工速率,并在整个切削过程中保持这种速率。然后,继续重新定位并进行下一次切削。这样,便可在所有切削期间以高效速率进行铣削,并在整个切削中保持恒定切削力。恒定切削力意味着刀具内的振动会减少,并且出现的这些振动对切削刃造成的冲击更小。这将有助于延长刀具寿命并降低刀具加工成本。

在图形中,刀具在切削时(在所有切削中)与刀具未切削时看到的情况是一致的。比较图形下方的区域,可以清楚地看到刀具在最大效率切削花费的时间很多,从而导致图形下方的区域很大。

以实际数据来说,这意味着传统粗加工刀路花费了 8 分 9 秒完成粗加工操作,而自适应清洁技术只需 2 分 1 秒。

除了节省大量时间,还有一些其他更显著的优势,包括减少刀具磨损和断刀并提高切削条件的可预测性。由于我们能够使用较大的轴向切削深度,因此将可以利用更大比例的刀刃长度,而避免过度使用刀具底部或转角处。此外,生成的热量可沿整个刀刃长度向外扩散,而不会蓄积在刀具底部。

实现更高的金属切削速率 (MRR) 是我们的目标,同时也是我们缩短周期时间的手段。轴向切削深度越大,所需的径向切削值就越小,有助于可靠地排屑。通过减小径向切削深度,您可以增加刀刃计数并提高金属切削速率。通过减小径向切削深度,您还可以使用切屑减薄计算来提高刀具进给速率,从而保持一定的切屑厚度。切屑越厚,从刀具带走的热量也越多。

如果材料切削速率无峰值,将可轻松设置达到最大材料切削所需的进给速率。您可以使用刀具供应商提供的数据,也可以直接开始铣削,然后逐渐将进给速率提高到合适的水平。建议您在正式开始之前先环绕块完成第一个完整加工路径,以防毛坯尺寸与编程数据略有不同。

处理三维形状复杂的模具时,使用大切削深度将在粗糙的模型中留下较大的“阶梯”。这种情况下,请务必利用增速功能,使粗糙毛坯保持一致的毛坯加工留量。

自适应清洁技术利用了恒定切削加重定位移动的策略。其内在优点是可以始终保持顺铣方向,而在传统粗加工操作中,有时可能会发生逆铣。因此,在较大的距离内重新定位时,退刀次数可能会超出惯常的水平。通常,快速退刀是最快的方式,但您也可以修改保持向下参数。设置好这些参数后,刀具不会退刀到毛坯顶部,而是在重新定位时保持向下。在许多情况下,您希望略微提升刀具,以免在执行重定位移动过程中拖动地板,生成不必要的热量并过早磨损刀具。

利用自适应清洁策略,可以比以前更轻松地提高金属切削速率、缩短周期时间并改进切削一致性。自适应清洁策略非常易于实施和测试,原因就在于:首先,它们不需要专用刀具;其次,它们不需要专用铣床,在入门级铣床和最快速的高性能铣床上都能很好地运行;最后,它们适用于 SOLIDWORKS、Inventor 和 Fusion 360 等各种 CAD 系统。

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