多刃切削刀具可以優化需要極小徑向接合(通常小于10%)的銑削操作的材料切削速率。圖片由Iscar提供。
可變間距/螺旋立銑刀使更粗糙的切削參數可用于粗銑過程。圖片由Iscar提供。
滑塊功能為程序員提供了快速,簡單的方法來計算高速粗銑過程的正確切削參數。圖片由Mastercam提供。
許多CAM系統創建用于精確控制工具運動的工具路徑,如這里所示的工具路徑,其保持對切割工具的徑向接合的恒定控制。圖片由Mastercam提供。
通常,我們對于一些新東西的炒作非常關注,我們忽視了已經存在和真正起作用的價值。這在最近使用整體硬質合金立銑刀用于粗銑應用中的高速銑削時尤其如此。而不是為模具制造商展示刀具技術的“新”,讓我們看看已經是“工作”的東西。
模具制造界對于使用整體硬質合金立銑刀的高速銑削并不陌生。自從最具冒險性和技術驅動的模具制造商開始使用高速,硬銑削技術用于芯部和腔體精加工應用(大多使用球磨機)已經近二十年了。許多模具制造商開始投資于具有能夠達到20,000rpm(或更高)的主軸的高速銑床,目的是僅將這些機器用于精加工操作。粗磨操作將在另一個更適合的銑床(例如具有更大功率的銑床)上并且在材料硬化/消除應力之前進行。
這種在一臺機器上粗加工和在另一臺機器上精加工的方法是一個堅實的過程,但它仍然存在一個問題:“我們可以在同一臺高速機器上粗加工嗎?”簡單的答案是肯定的。然而,為了在粗加工階段期間的金屬去除方面的生產需要不同的方法。
優化金屬去除
為了優化低功率高速銑床上的金屬切削速度,需要強調切削參數和要使用的刀具路徑。有時,切削工具將完全不同并且被設計成利用切削策略和/或被加工的材料。
剪切參數。速度,進給,深度和切割寬度的根本調整都是優化高速粗加工的必要考慮因素。用這種方法,切削工具的徑向接合是有限的,所以速度可(通常為最大主軸速度)增加。對于給定材料,使用范圍為正常操作速度的2至5倍的主軸轉速的情況并不罕見。在許多情況下,主軸轉速受到機器可以跟上的總進給速度的限制。銑床例如加速和減速進給速率以確保精度和/或優化粗銑操作。可能達到機床不能進給的速度更快的點,并且不能達到編程的進給速率。如果發生這種情況,則產生的切屑將不夠厚,不能將熱量帶離切割區。然后切割中的溫度將更高,并且刀具壽命將受到不利影響。
為了適應所施加的輕微徑向接合,必須調節進給速率。這種調整是由于徑向切屑變薄(RCT),并且它發生在任何時候小于工具直徑的50%嚙合。應增加進給速率以達到推薦的切屑厚度,否則刀具壽命將縮短。(如果您操作CNC機械,并且不熟悉RCT,通過互聯網搜索主題可以讓您沿著正確的方向移動。)
對于高速粗加工,切割寬度通常設置在切削刀具直徑的5%和10%之間。這意味著0.50英寸的端銑刀將接合0.025至0.050英寸。此設置也會影響RCT計算。例如,0.50英寸刀具的平均推薦進給速率為每齒約0.002英寸。對于以0.025英寸切割寬度操作的0.50英寸刀具,需要將進給編程為每齒0.0046英寸以適應RCT。當使用這種小徑向接合時,RCT對生產率具有很大影響。在這個例子中,該工具的運行速度比應該的慢56%,刀具壽命最有可能受到負面影響。
如果工件幾何尺寸允許,切削深度應設置為切削刀具(最多3個立銑刀)的最大可能深度(槽長度)。使用這種方法的輕切削深度將導致非常低的金屬去除速率和整體硬質合金立銑刀的利用率差。
CAM工具路徑。許多CAM系統已經開發了能夠精確控制刀具運動的刀具路徑。簡單地說,刀具路徑保持對切削刀具的徑向接合的恒定控制,并且這允許將切削參數增加到最高可能水平(通常由機床和/或工件允許的范圍限制),而不會引起災難性切削刀具故障。將高速方法始終應用于粗加工是非常困難的,無需訪問控制接合的現代CAM工具路徑。
優化高速粗加工的額外考慮是具有簡化必要計算的功能的CAM系統,例如包括滑動條的CAM軟件,其動態地填充給定寬度的切割的速度和進給調節。所有的數學運算都是由軟件完成的,所以程序員可以快速,輕松地使機器運行起來。
分析方法:速度與功率
高速銑削很有趣。當看到機器行進這么快(500英寸每分鐘或更快),很容易被迷戀和過度使用的方法。然而,當現代編程與傳統切削參數(大寬度和切削深度)相結合時,使用整體硬質合金立銑刀的絕大多數粗銑應用更有效。將這種傳統方法視為“權力方法”。
用于傳統動力方法的同一立銑刀可以有效地用于大多數高速粗加工應用。使用帶有五個或更多槽紋的端銑刀進行高速粗加工的趨勢,但操作者應該注意:如果機床沒有達到編程進給速率,額外的槽紋將對刀具壽命產生負面影響。工件幾何形狀也起著很大的作用。隨著幾何形狀變得更小/更緊,上述加速和減速功能可以防止機器達到編程進給速率。
使用整體硬質合金立銑刀的常規,高深度和寬度切割方法并不是什么新鮮事。什么是新的是整體硬質合金立銑刀的組成和設計,以及驅動它們的CAM工具路徑。如前所述,用于動力方法的整體硬質合金立銑刀在大多數情況下具有與用于高速方法相同的設計。一個很大的區別是,它們將永遠是四刃立銑刀。
在電源方法中應采用與應用于粗加工的高速方法相同的CAM工具路徑。對于更常規的粗銑策略,這些刀具路徑大大未充分利用。對于允許我們執行高速方法的徑向接合的相同控制給予我們在更傳統的動力方法中更積極的機會。切削參數幾乎是幾年前的幾倍,即使銑削最復雜的幾何形狀也并不少見。
切削參數可以設置為如同刀具在直線上加工,而不必擔心由于舊式刀具路徑導致的切屑厚度的變化。在過去,必須減小切削參數以適應意外的工具運動,這可能掩埋工具,尖峰的切屑載荷,并且很可能破壞切削工具。這種減少引起了很多振動。因此,更多的制造商選擇使用高速加工方法。在這里,更容易找到一個穩定的加工區域(減少振動),并限制災難性工具故障。然而,容易不一定是生產性的。
由于較新的CAM刀具路徑消除了意外的刀具運動,切削刀具利用率和金屬去除可以通過完全接合整體硬質合金立銑刀達到最大化。典型的切削深度設置為2×D(對于大多數標準設計,全寬度),為了實現最大性能,切削寬度設置在切削刀具直徑的60%和80%之間。在這些參數下操作可快速顯示所使用的整體硬質合金立銑刀的質量。
做出決定
材料去除率(MRR)是決定是使用高速還是功率方法進行粗加工的主要因素。一種快速和簡單的接近估計方法是將切割寬度乘以進給速率(英寸/分鐘)的切割深度。用于MRR的這個公式將涉及小量的誤差,因為它是不考慮在操作期間機床的所有運動/加速度和減速度的線性計算。刀具路徑越大,計算越偏離,特別是對于高速方法,因為它涉及更多的刀具路徑運動。
這里討論的刀具路徑涉及很多運動,多次移入和移出切割以保持受控接合。這意味著每次通過之間有一些空中時間。刀具路徑越大,該“空氣因素”越偏離材料去除估計。同樣,在高速方法中,空氣系數將更大,因為它涉及更多的刀具路徑運動。大多數CAM系統具有控制以幫助最小化空氣系數,但是這也將偏離金屬去除計算。當使用MRR來幫助選擇高速對比粗加工的功率方法時,應該記住所有這些因素。
決定的最后一個重要因素是剛性。建議考慮在粗加工過程中使用的各種制造技術(機床,切削刀具組件,夾具,機床附件,如角度頭)是否存在剛性問題。建議使用剛性場景下的冪方法和非剛性場景下的速度方法。
無論采用最適合您環境的粗加工方法,您都將需要改變您的編程方式以及您正在使用的切割工具,以獲得最佳效果。