應用HSM的準備工作
時間:2011-05-25 12:19:08 來源:未知
工廠如何作好HSM準備？俄亥俄州Dayton 市的一個大型模具廠Minco 計劃今年晚些時候安裝第一臺專門適合于特別高的主軸速度和高速進給的機床，與此同時還采取了一切必要的步驟，以便迅速而順利地過渡到HSM。該廠正在井井有條地著手"文化"和機構兩個方面的變革，為HSM的登場準備舞臺。
Minco 為HSM所進行的一些準備工作很富有創新精神，其中一例是指派一人集中注意切削刀具及其技術的"研發"，另一個例子是利用現有設備先行采用HSM技術(用小刀具進行小軌跡間隔的淺切削)。
設計員、程序員和機床操作員都在品味HSM，體會其中的一些回報和挑戰。只要高性能機床一到位，這些經驗就會產生非常寶貴的價值。還有，HSM可能產生的某些瓶頸事先得到暴露，通過新的DNC軟件、計算機網絡升級和新的生產調度系統而解決。
在同最新切削技術保持同步方面，Minco 有著良好的業績，比如在數年以前它最先購買了高速石墨銑床，以簡化電極的生產工藝。事實上，幾年內對最新式加工中心和電火花設備的連續投資以及對這些生產資料的嫻熟管理，使Minco 成為大批杰出客戶和汽車產品制造者青睞的模具生產廠。然而Minco 不會滿足現狀，正如副總裁兼總經理Joe Kavalauskas 所說，"不能停泊在昨天的技術上，即使它們今天很有用；必須尋找下一步出路。"
他和Minco技術經理John Levering 斷定，轉向HSM是下一步舉措，但是也是艱巨的一步，因為HSM會從基礎上影響工廠運作的許多方面。"我們感到需要有一個人專門負責組織，把我們必須學習和已經具備的一切東西條理化，為高速切削和其它發展再上一個臺階作好準備。"
于是，大約在兩年前他們設立了"研發主任"的職位，并由負責Minco程序部達十多年之久的Jon Allen任職。他的職責包括：
- 研究 HSM并通過參加機床制造廠、工具供應商和大學舉辦的專題會議和培訓課程而收集有關最佳經驗和作法的信息。
- 在車間進行試驗性的切削和示范，以幫助驗證編程技術的正確性并熟悉不同形式的切削工具和刀片鍍膜。
- 通過匯集程序員及其他使用者常用的切削數據、公式和表格而獲得 HSM 知識。
- 在廠內舉辦程序員、機加工人、設計員和工具室管理人員培訓班。
- 評價推薦有助于改進生產工藝的新軟件。
程序員做好準備
向HSM過渡，可能對CNC程序員更富挑戰性，Allen先生根據他在Minco擔任CNC 程序員的多年經驗，熟知編程部門以往的工作方式側重于選擇直徑較大的刀具并且采用多重工序，直到把毛坯加工到最終狀態。這樣的方式離不開操作員的管理或干預且需要多次換刀。
而如今他們正在學習選用較小的刀具，通過比較少的工序使毛坯達到基本形狀。對這些小刀具所要切削的毛坯加以仔細的控制，就可以提高進給速度，并且減輕操作員盯著機床操作的工作負擔。
另外還匯編了一套新式編程準則，為跟上和適應這一進程提供了方便。內容包括常用的切削策略(比如刀具接觸和脫離工件的最佳方法)、關鍵切削參數的計算公式以及在不同刀具、不同工件材料下推薦使用的進給速度和主軸轉速。把這些準則編成"HSM程序設計手冊"，促使程序員互相學習并有益于保證逐個工件程序的一致性。編程的一致性有助于機加工人隨著HSM的過渡，知道應該期待什么和必須注意什么。
圖：Minco 把HSM技術應用于Makino FNC 120 等標準加工中心，這種"基本功訓練"對于機加工人和程序員真正從事HSM很有幫助。
建立刀具路徑的軟件已經升級，Minco公司現在使用Unigraphics和WorkNC軟件。就刀具路徑的設計方案而言，Unigraphics偏重于細小的模具細部和其它復雜幾何圖形的編程，在這些情況下，需要控制和調整刀具的運動。比如這個軟件包括進刀和退刀的選項。WorkNC更適合于細節變化特別多的零件，因為該軟件具有監視加工余量狀態、利用加工余量模型生成刀具路徑以及迅速建立刀具路徑數據的功能。#p#分頁標題#e#
新編程技術使校核刀具路徑的必要性更加顯而易見，Minco 采用CGTech 公司的Vericut校驗軟件。運行校驗程序會增加編程時間，但是可以確保機加工人信心十足地運行程序，與此同時關照別的任務。校驗刀具路徑是事半功倍的工作，可以提高生產車間的效率。此外還考慮到刀具路徑的優化，不過對于Minco所生產的單件工件來說，優化的價值似乎有限。
實際效益
盡管把HSM技術應用到常規的CNC機床上，效果卻遠不止訓練實習，而是給Minco帶來許多有意義的效果，諸如：
- 加工時間縮短了：正確的刀具路徑允許盡可能地提高進給速度。
- 表面光度改善了：減少了手工拋光時間。
- EDM操作減少了：許多以前采用電火花加工的細部現在可以銑削。
- 切削后的表面所需要的淬硬處理減少了。
- 刀具壽命延長了：切削條件一致性和切屑力穩定性的改進以及采用淺切削，使刀具壽命得以延長，在某些情況下效果尤為顯著。
- 全自動化(或無人照管)和需要很少人工干預的切削增加了.
HSM前景展望
盡管HSM在Minco剛剛露出地平線，Minco已經在展望新的技術。據Levering的說法，該公司的目標是采用3D實體模型軟件建立整個模具制造工藝的模型。這種模型不僅會包括切削方法，而且會包括所有零件的裝配方法以及成品模具為客戶提供的功能，還通過模擬仿真在"虛擬現實"下得到測試和校核，從而產生比較好的模具設計，也產生高度協調的制造策略。
"采用HSM之類的技術以后，要想節約切削時間會越來越困難，有關提高效率的研究將轉移到其它方面。"Levering 先生說，可以這么說，研究的重點變了，但是沒有盡頭。
硬質鍍膜應用分析
鍍膜切削刀具由兩個基本要素組成：基體和鍍膜。為了建立成功的高速切削工藝，給待切削的材料選擇最佳基體、鍍膜的組合是一個關鍵性的準備步驟。在高速切削中，減少振動源或刀具振顫源是一個重要的考慮因素，這就是為什么高速切削操作通常推薦使用剛性較好的基體。選擇基體材料時，鈷含量比較低(6～8％)、微米粒度的硬質鍍膜是一個很好的起點。
第二個值得考慮的刀具因素是：最適合于高速加工的鍍膜是什么？重要的是鍍膜要承擔雙重功能，即避免刀片基體發熱和減小刀刃與切屑之間的摩擦。高速切削的大部分熱量被切屑攜帶，因此鍍膜對高速加工所起的作用就是促使切屑盡快排除，以免把熱量傳導到刀具上。
降低工件材料和刀具鍍膜之間的摩擦系數是快速排屑的目標，有些鍍膜(如TiAIN)含有潤滑成分，是減少切屑對刀具磨損的最佳鍍膜。
怎樣為高速加工選擇正確的鍍膜刀具呢？下表可以幫助你匹配常用的刀具鍍膜和一般用途。
鍍膜
用途
TiN
石墨和鋁
TiCN
硬度低于42 HRC的鋼 (表面切削速度不超過800sfm)
TiAIN
硬度高于42 HRC的鋼 (表面切削速度大于800sfm)
ZrTiN
鋁、鉆石、石