Технология высокоскоростной обработки: принципы, оптимизация траектории инструмента и промышленное применение
абстрактный
Высокоскоростная обработка (HSM) - это не простое увеличение скорости шпинделя, а полная техническая система, включающая динамику станка, материалы инструмента, стратегии резки и планирование пути CAM. Его основная цель - значительно улучшить скорость удаления материала (MRR) и снизить усилие резания за счет небольшой глубины резки, высокой скорости и большой подачи под предлогом обеспечения точности обработки. Начиная с физической сущности высокоскоростной резки, в этом документе подробно объясняется теоретическая основа принципа "эффекта прореживания стружки" и "постоянного угла резки", а также систематически анализируются технические требования к инструментальным материалам (нанопокрытие, твердосплавный сплав с PVD-покрытием) и хвостовику (термоусадочный хвостовик HSK), подходящим для высокоскоростной обработки. На уровне CAM обсуждаются стратегии траектории инструмента для высокоскоростных станков, таких как циклоидное фрезерование, винтовая резка и плавная траектория перехода, а также приводится технология реализации автоматической регулировки скорости подачи и опережающего управления ускорением. На примере высокоскоростной обработки автомобильных покровных форм приводятся сравнительные данные эффективности обработки и качества поверхности. Наконец, обсуждаются лучшие практики высокоскоростной резки при обработке тонкостенных деталей, цветных металлов и закаленной стали, а для технических специалистов предоставляется окно действующих параметров.
Во-первых, высокоскоростная резка: определение и физическая природа
Концепция высокоскоростной резки была впервые предложена немецким ученым Карлом Саломоном, чья теоретическая гипотеза гласит, что, когда скорость резки превышает определенное критическое значение, вместо этого уменьшается температура резки. Хотя этот конкретный поворотный момент не был полностью подтвержден во многих материалах, высокоскоростная резка действительно внесла революционные изменения в промышленность: уменьшенная сила резания, более плавное формирование стружки и меньшая доля тепла, поступающего в заготовку.
На самом деле, высокоскоростная резка определяется как скорость резки 1000-7000 м / мин для алюминиевых сплавов; 300-800 м / мин для стальных деталей; и 150-300 м / мин для закаленной стали (выше HRC 50). Отличительными чертами высокоскоростной резки являются: небольшая радиальная глубина резки (обычно 3% -10% от диаметра инструмента), средняя осевая глубина резки, но чрезвычайно высокая скорость подачи (до 20 м / мин и более). Эта резка "зачистки слоя" позволяет применять режущую силу в основном в осевом направлении, уменьшая боковую деформацию, и особенно подходит для тонкостенных конструкций.
Чип истончение эффект и постоянный угол резки путь
Чтобы понять высокоскоростную резку, необходимо овладеть "эффектом прореживания стружки". При использовании небольшой радиальной глубины разреза (например, диаметр инструмента 10 мм, радиальная глубина разреза 0,5 мм) максимальная толщина стружки меньше, чем подача на зуб. Для поддержания желаемой толщины стружки (во избежание перегрева инструмента) скорость подачи должна быть увеличена. Формула такова: фактическая максимальная толщина стружки = подача на зуб (угол разреза). Угол разреза зависит от соотношения радиальной глубины разреза / диаметр инструмента. Этот эффект позволяет значительно увеличить скорость подачи при сохранении постоянной тепловой нагрузки.
Исходя из этого, основным принципом пути высокоскоростной резки CAM является поддержание постоянной радиальной глубины резания, то есть постоянного угла резания. С этой целью была разработана стратегия циклоидального фрезерования: инструмент движется по дуговой траектории, а радиальная глубина резания остается постоянной даже при пазовом фрезеровании или обработке узких полостей. Эта стратегия делает тепловой удар инструмента равномерным и значительно продлевает срок службы.
Три, высокоскоростная система обрабатывающих инструментов и требования к станкам
Высокоскоростная резка предъявляет чрезвычайно высокие требования к инструментам и держателям инструментов. Центробежное расширение обычных держателей инструментов BT выше 20 000 об / мин может привести к падению инструмента. Держатели инструментов HSK (полые короткие конусы) больше подходят для высокоскоростных шпинделей из-за их двухсторонней контактной структуры. Термоусадочные или гидравлические держатели инструментов обеспечивают лучшую точность избиения (
С точки зрения станков требуются кровати высокой жесткости (например, полимербетон), линейные роликовые направляющие, мощные электрические шпиндели (≥30кВт, выше 30 000 об / мин) и быстрореагирующие сервоприводы. Особое значение имеет управление ускорением и рывком - на пути высокоскоростной обработки имеется большое количество крошечных сегментов линии, а система управления должна иметь функцию ограничения скорости, чтобы избежать вибрации машины.
IV. Стратегия высокоскоростной обработки CAM и сглаживание пути
Традиционный "зубчатый" путь инструмента с равноудаленным смещением будет вызывать резкие изменения нагрузки и резкие повороты в направлении, что не подходит для высокоскоростной резки. Современная CAM разработала следующие технологии специально для HSM:
Спиральная обработка с постоянной высотой: спираль вниз слой за слоем вдоль Z-плоскости с плавной и непрерывной подачей и выходом.
Циклоидальное фрезерование пазов: как упоминалось ранее, оно эффективно решает проблему удаления стружки с глубокими пазами.
Соединение с постоянной нагрузкой: автоматические дуговые или S-образные переходы используются при соединениях по площади вместо острых прямых углов.
Автоматическая регулировка скорости подачи: отрегулируйте скорость подачи в реальном времени на основе изменения объема резки для поддержания постоянной мощности шпинделя.
Фильтр сглаживания пути: небольшие сегменты линии моделируются в кривые NURBS, а контроллер выполняет прямую интерполяцию для уменьшения воздействия ускорения.
"Адаптивное фрезерование" Siemens NX и "Динамическое фрезерование" Mastercam являются репрезентативными стратегиями, основанными на концепции постоянных углов резки.
Корпус: Высокоскоростная обработка автомобильных дверных панелей
Большая автомобильная пресс-форма для литья под давлением дверных панелей (материал P20, твердость HRC32, размер полости 800500200мм). Традиционный процесс: нож с шариковой головкой Ø 20 мм, S8000, F1500, радиальная глубина резки 6 мм, цикл черновой обработки 32 часа. Высокоскоростной процесс: используйте нож с плоским дном Ø 12 мм с сверхтвердым покрытием, S18000, F6000, радиальная глубина резки 0,8 мм, циклоидальное динамическое фрезерование. Черновая обработка занимает всего 9,5 часов, срок службы инструмента увеличивается в 3 раза, а последующая получистовая обработка равномерна, ручная полировка не требуется. Окончательная шероховатость обработанной поверхности уменьшается с Ra1.8μm до Ra0.6μm.
VI. Вывод
Высокоскоростная резка требует общего сдвига в программном мышлении: от "большой глубины резки и низкой скорости" до "легкой резки высокой и сверхвысокой скорости". Успешное внедрение HSM требует совместной оптимизации инструментов, станков, CAM и элементов управления, особенно с постоянными углами резки в сердцевине. Для пресс-форм, тонкостенных деталей и difficult-to-machine материалов высокоскоростная резка стала стандартной практикой повышения конкурентоспособности.
BQUQ является профессиональным экспертом по производству с ЧПУ, пожалуйста, пришлите нам чертежи, и наша компания процитирует вас в течение 12 часов.
