應(yīng)用HSM的準(zhǔn)備工作
時(shí)間:2011-05-25 12:19:08 來源:未知
工廠如何作好HSM準(zhǔn)備？俄亥俄州Dayton 市的一個(gè)大型模具廠Minco 計(jì)劃今年晚些時(shí)候安裝第一臺專門適合于特別高的主軸速度和高速進(jìn)給的機(jī)床，與此同時(shí)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(jī)構(gòu)兩個(gè)方面的變革，為HSM的登場準(zhǔn)備舞臺。
Minco 為HSM所進(jìn)行的一些準(zhǔn)備工作很富有創(chuàng)新精神，其中一例是指派一人集中注意切削刀具及其技術(shù)的"研發(fā)"，另一個(gè)例子是利用現(xiàn)有設(shè)備先行采用HSM技術(shù)(用小刀具進(jìn)行小軌跡間隔的淺切削)。
設(shè)計(jì)員、程序員和機(jī)床操作員都在品味HSM，體會其中的一些回報(bào)和挑戰(zhàn)。只要高性能機(jī)床一到位，這些經(jīng)驗(yàn)就會產(chǎn)生非常寶貴的價(jià)值。還有，HSM可能產(chǎn)生的某些瓶頸事先得到暴露，通過新的DNC軟件、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)升級和新的生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)而解決。
在同最新切削技術(shù)保持同步方面，Minco 有著良好的業(yè)績，比如在數(shù)年以前它最先購買了高速石墨銑床，以簡化電極的生產(chǎn)工藝。事實(shí)上，幾年內(nèi)對最新式加工中心和電火花設(shè)備的連續(xù)投資以及對這些生產(chǎn)資料的嫻熟管理，使Minco 成為大批杰出客戶和汽車產(chǎn)品制造者青睞的模具生產(chǎn)廠。然而Minco 不會滿足現(xiàn)狀，正如副總裁兼總經(jīng)理Joe Kavalauskas 所說，"不能停泊在昨天的技術(shù)上，即使它們今天很有用；必須尋找下一步出路。"
他和Minco技術(shù)經(jīng)理John Levering 斷定，轉(zhuǎn)向HSM是下一步舉措，但是也是艱巨的一步，因?yàn)镠SM會從基礎(chǔ)上影響工廠運(yùn)作的許多方面。"我們感到需要有一個(gè)人專門負(fù)責(zé)組織，把我們必須學(xué)習(xí)和已經(jīng)具備的一切東西條理化，為高速切削和其它發(fā)展再上一個(gè)臺階作好準(zhǔn)備。"
于是，大約在兩年前他們設(shè)立了"研發(fā)主任"的職位，并由負(fù)責(zé)Minco程序部達(dá)十多年之久的Jon Allen任職。他的職責(zé)包括：
- 研究 HSM并通過參加機(jī)床制造廠、工具供應(yīng)商和大學(xué)舉辦的專題會議和培訓(xùn)課程而收集有關(guān)最佳經(jīng)驗(yàn)和作法的信息。
- 在車間進(jìn)行試驗(yàn)性的切削和示范，以幫助驗(yàn)證編程技術(shù)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(shù)據(jù)、公式和表格而獲得 HSM 知識。
- 在廠內(nèi)舉辦程序員、機(jī)加工人、設(shè)計(jì)員和工具室管理人員培訓(xùn)班。
- 評價(jià)推薦有助于改進(jìn)生產(chǎn)工藝的新軟件。
程序員做好準(zhǔn)備
向HSM過渡，可能對CNC程序員更富挑戰(zhàn)性，Allen先生根據(jù)他在Minco擔(dān)任CNC 程序員的多年經(jīng)驗(yàn)，熟知編程部門以往的工作方式側(cè)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(tài)。這樣的方式離不開操作員的管理或干預(yù)且需要多次換刀。
而如今他們正在學(xué)習(xí)選用較小的刀具，通過比較少的工序使毛坯達(dá)到基本形狀。對這些小刀具所要切削的毛坯加以仔細(xì)的控制，就可以提高進(jìn)給速度，并且減輕操作員盯著機(jī)床操作的工作負(fù)擔(dān)。
另外還匯編了一套新式編程準(zhǔn)則，為跟上和適應(yīng)這一進(jìn)程提供了方便。內(nèi)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(guān)鍵切削參數(shù)的計(jì)算公式以及在不同刀具、不同工件材料下推薦使用的進(jìn)給速度和主軸轉(zhuǎn)速。把這些準(zhǔn)則編成"HSM程序設(shè)計(jì)手冊"，促使程序員互相學(xué)習(xí)并有益于保證逐個(gè)工件程序的一致性。編程的一致性有助于機(jī)加工人隨著HSM的過渡，知道應(yīng)該期待什么和必須注意什么。
圖：Minco 把HSM技術(shù)應(yīng)用于Makino FNC 120 等標(biāo)準(zhǔn)加工中心，這種"基本功訓(xùn)練"對于機(jī)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(jīng)升級，Minco公司現(xiàn)在使用Unigraphics和WorkNC軟件。就刀具路徑的設(shè)計(jì)方案而言，Unigraphics偏重于細(xì)小的模具細(xì)部和其它復(fù)雜幾何圖形的編程，在這些情況下，需要控制和調(diào)整刀具的運(yùn)動(dòng)。比如這個(gè)軟件包括進(jìn)刀和退刀的選項(xiàng)。WorkNC更適合于細(xì)節(jié)變化特別多的零件，因?yàn)樵撥浖哂斜O(jiān)視加工余量狀態(tài)、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(shù)據(jù)的功能。#p#分頁標(biāo)題#e#
新編程技術(shù)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(yàn)軟件。運(yùn)行校驗(yàn)程序會增加編程時(shí)間，但是可以確保機(jī)加工人信心十足地運(yùn)行程序，與此同時(shí)關(guān)照別的任務(wù)。校驗(yàn)刀具路徑是事半功倍的工作，可以提高生產(chǎn)車間的效率。此外還考慮到刀具路徑的優(yōu)化，不過對于Minco所生產(chǎn)的單件工件來說，優(yōu)化的價(jià)值似乎有限。
實(shí)際效益
盡管把HSM技術(shù)應(yīng)用到常規(guī)的CNC機(jī)床上，效果卻遠(yuǎn)不止訓(xùn)練實(shí)習(xí)，而是給Minco帶來許多有意義的效果，諸如：
- 加工時(shí)間縮短了：正確的刀具路徑允許盡可能地提高進(jìn)給速度。
- 表面光度改善了：減少了手工拋光時(shí)間。
- EDM操作減少了：許多以前采用電火花加工的細(xì)部現(xiàn)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(wěn)定性的改進(jìn)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(dòng)化(或無人照管)和需要很少人工干預(yù)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(jīng)在展望新的技術(shù)。據(jù)Levering的說法，該公司的目標(biāo)是采用3D實(shí)體模型軟件建立整個(gè)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(xiàn)實(shí)"下得到測試和校核，從而產(chǎn)生比較好的模具設(shè)計(jì)，也產(chǎn)生高度協(xié)調(diào)的制造策略。
"采用HSM之類的技術(shù)以后，要想節(jié)約切削時(shí)間會越來越困難，有關(guān)提高效率的研究將轉(zhuǎn)移到其它方面。"Levering 先生說，可以這么說，研究的重點(diǎn)變了，但是沒有盡頭。
硬質(zhì)鍍膜應(yīng)用分析
鍍膜切削刀具由兩個(gè)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(gè)關(guān)鍵性的準(zhǔn)備步驟。在高速切削中，減少振動(dòng)源或刀具振顫源是一個(gè)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(shí)，鈷含量比較低(6～8％)、微米粒度的硬質(zhì)鍍膜是一個(gè)很好的起點(diǎn)。
第二個(gè)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(dān)雙重功能，即避免刀片基體發(fā)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(dǎo)到刀具上。
降低工件材料和刀具鍍膜之間的摩擦系數(shù)是快速排屑的目標(biāo)，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