拓寬CAM應用于桶式刀具

支持替代刀具幾何形狀（例如錐形筒形刀具）的CAM刀具路徑方法可以顯著減少模具制造應用中的加工時間。圖片由Open Mind Technologies USA提供。

圖。1 - 傳統筒式切割機幾何結構的示意圖突出顯示了切線桶式切割機的側面輪廓。大的掃掠半徑的小弧段使得刀具與工件表面的相互作用模仿非常大的球頭立銑刀的相互作用。

圖。2 - 錐形筒形銑刀可以節省加工時間并提高刀具壽命，降低整體加工成本。

圖。3 - 由錐形桶形切割機除去的材料的包絡線允許到下一次通過的非常大的步進距離，同時仍然產生精細的表面光潔度。

圖。4 - 錐形筒形切割器設計具有有效的切割表面，對于側切割傾斜10或20度，或對于底切割傾斜多達70度。

圓筒切割機已有20多年的歷史，并提供強大的加工效益，但其應用主要局限于特殊解決方案（例如，螺桿機的側面，軸向壓縮機葉片的刀片或特殊形式的刀具以匹配工件的幾何形狀）。主要的罪魁禍首是缺乏CAM編程概念。只有有限數量的CAM軟件產品支持這些類型的工具，所以很少有商店利用它們。市場的另一個障礙是桶式切割機通常被定制到每個單獨的訂單，而特殊訂單切割機意味著延長的交貨時間，限制了商業可行性。

CAM軟件的最新發展擴大了桶式切割機的應用范圍，但是一些制造商現在能夠快速生產這些工具，在某些情況下將其作為目錄項提供。為了充分了解這些發展的重要性，商店首先需要桶式刀具的基礎和他們的經濟。

切割機101

圓筒切割機是一種帶有特殊磨削刀刃的整體硬質合金立銑刀。其總尺寸類似于通常可用的球頭銑刀和鏜刀，因此可以由切削刀具制造商從現有庫存中進行磨削。桶形刀具的獨特特征可以在其側面輪廓中看到，其示出了大的掃掠半徑的小弧段（參見圖1）。這導致刀具與工件表面的相互作用模仿非常大的球頭立銑刀的相互作用。

然而，筒式切割機的成本比標準球式或滾珠式切割機的制造成本高，因此一些客戶可能質疑如何增加切割機成本是一種工藝改進。答案是，圓筒切割機可以節省加工時間并提高刀具壽命，這意味著整個過程的成本降低（見圖2）。

然而，筒形銑刀對CAM軟件編程更具挑戰性。因為切割器的輪廓不是類似于球頭立銑刀的半球，所以軟件必須控制在有限弧段內的筒和工件之間的接觸點，以及從中心點開始的圓的中心點，桶表面。然后，加工指令中的編程點沿著刀具中心線，這通常是刀尖位置。這種計算比球頭立銑刀更復雜，但它仍然受幾何數學的控制。圓筒切割機的控制也必須用碰撞檢測和回避的方案來管理。

在切割表面上具有大半徑的好處是，由切割器移除的材料的包絡允許到下一遍的非常大的步進距離，同時仍然獲得精細的表面光潔度（見圖3）。具有大步進距離的刀具路徑大大減少了總切削時間。刀具移動的距離越小（由于步長越大），也意味著刀具壽命和成本在許多部件上攤銷。

桶形刀具還可以具有在其底部磨削的球端。同樣，根據CAM軟件中可用的控制，通過使用桶側用于大表面，同時使用球端用于諸如角落中的休息加工或詳細描述有機特征的操作，可以增加切割器壽命。基本上，刀具可以有兩個壽命，進一步提高其經濟性。

難以測量但是不能忽視的桶形刀具的益處是減少加工時間。除了使用新型切割器和相關聯的編程技術的直接結果在單個機器上節省的時間外，桶形刀具還使得車間能夠使用更少的銑床來滿足其銑削生產需求，這導致資本成本降低，電耗降低并可能需要更小的占地面積。然而，這些益處不是相對于切割器的成本計算容易。

粗加工到完成

在過去五到十年，CAM軟件的一個主要發展是先進的粗加工技術，專注于刀具接合或切割量。這些技術使用比傳統的折疊袋方法更復雜的算法，其減少了用于進入或角落切割的嚴重切割條件的影響。結果是粗加工時間縮短了40％至75％，從而縮短了加工周期時間。然而，這些粗加工技術夸大了精加工切割的相對時間，因此臨界焦點隨后變得減少精切削時間。

例如，考慮需要高精度的模具部件，特別是在配合表面方面。有機表面通常必須用球頭銑刀精加工，但是對于鎖模表面，尤其是在較大的模具中，切屑切割不是一個明顯的解決方案呢？是否可以在這些表面上使用圓筒刀具來大幅縮短加工時間？答案是肯定的！

傳統的桶形刀具幾何形狀（無論是一般的桶形刀具還是切線的桶形刀具）限制了其成功加工高平面的能力，而沒有刀架或主軸妨礙，或者需要超長刀具。傳統工具設計的變化，由編程軟件的發展驅動，已經解決了這個問題，現在使一些桶形刀具能夠實現平面加工時間減少多達90％。在模具制造中，錐形筒形切割器可用于大平面表面或規則表面，例如在模具鎖幾何形狀和分型面中找到的表面。

錐形筒形切割器設計中的區別在于有效切割表面不是精確地垂直于切割器軸線。相反，切割器對于側切割傾斜10或20度，或對于底切割傾斜多達70度（參見圖4）。切割器看起來類似于蠟筆尖，但在側面具有大半徑而不是線段輪廓。對桶形刀具幾何形狀的這種簡單但顯著的添加允許刀具，夾持器和主軸從被加工的表面傾斜離開。這使得可以在以前不可能的區域中利用極大的步距。

例如，對于一些切割器幾何形狀，筒半徑可以大至1000mm，并且步進距離可以是6mm。筒形切割器的大半徑和錐形端銑刀之間的差別是感覺不到的。在該示例中，偏差為0.005mm。然而，盡管幾何相似，但是錐形筒形刀具的行為與錐形刀具的具有多個步驟的切屑銑削不同。

使用錐形筒形刀具有幾個優點：

•錐角使刀具軸，刀架和主軸遠離工件切割表面。這允許使用比較長的刀具更便宜的較短的刀具，并提供增加的剛度和制造技術參數。

•刀具進行單點接觸，而不是錐形刀具段，當刀具接觸大于切削距離時，刀具會產生輪廓接觸并導致偏轉和雙切割情況。錐形筒形切割機的連續通過之間的混合比利用切割器的側面的條帶切割更好。

•與可用于加工模具鎖定表面的端面銑刀的底部表面相比，熱膨脹/主軸增長對錐形圓筒刀具的影響有限。刀具長度的偏差對機筒表面位置和機加工零件的影響可以忽略不計。

錐形筒形切割器不能總是完成的一個加工任務是完全切割到角部或相鄰的部件表面。在這些情況下，筒形切割器上的球端必須用于減少剩余材料的量和用于靜態加工。這可以導致五軸同時解決方案或在某些情況下3 + 2分度銑削。因此，通過完全混合可以實現總體解決方案。

為了使模具制造商切實可行，必須高效地使用錐形桶式切割機進行CAM軟件計算。由于可用程序具有很強的數學特性，并且需要計算更少的刀具路徑，因此可以快速進行這些計算。為了產生良好的刀具路徑，計算過程必須考慮剩余材料; 碰撞檢測; 點間距; 平滑方法; 和用于過渡，進給和切削移動的進給速率控制。考慮到這些項目，編程可以像選擇目標表面一樣簡單，并且定義切割器尺寸和步距離。

最后，使用新刀具幾何形狀的CAM刀具路徑策略的多學科創新可能對模具制造應用中的加工時間產生巨大影響。