在努力提高加工效率的過程中,業(yè)界一直在強調(diào)那些看起來會限制材料切削率的所有因素。機床制造商和切削刀具制造商們早已經(jīng)設(shè)計并制造出了具有更高切削率的硬件桑涎。已經(jīng)設(shè)計了控制裝置來處理大量的數(shù)據(jù)并更快更準(zhǔn)確地驅(qū)動愈發(fā)復(fù)雜的機床。同時,CAM軟件開發(fā)者們頗為關(guān)注流線型的灿躏、甚至自動的NC數(shù)控編程過程烈瘸。

在所有這些前期工作的基礎(chǔ)之上已經(jīng)取得了實質(zhì)性的進展,隨時都有更多的進步。但是某些觀察者們認(rèn)為,這些研發(fā)成果得到的僅僅只是逐步增長的進步,沒有突破性的進展兽肮。

圖1:當(dāng)?shù)毒呗窂降那邢鞑骄嗟扔谇邢鞯毒咧睆降?0%時,嚙合角等于36.87°——只要刀具路徑沿著一條直線范般。
Surfware公司(韋斯特萊克村,加利福尼亞)產(chǎn)品設(shè)計部副總經(jīng)理GlennColeman不同意這種說法。他認(rèn)為,提高銑磨效率的一個機會曾被忽略了,CAM軟件的基礎(chǔ)方面是主要限制因素郭血。他說,這種情況的最好例證就是該公司開發(fā)的新型刀具路徑計算引擎

“材料切削率的限制因素并非機床钟展、切削刀具或加工過程中的任何其他硬件部件,”Coleman說,“限制因素是機床的輸入,即驅(qū)動它們的刀具路徑。機床只按照它們接收的命令執(zhí)行工作,刀具路徑發(fā)出指令瓶答≈疲”

典型的刀具路徑常常驅(qū)動切削刀具進入轉(zhuǎn)角處,在這里,加工載荷增加,要求NC數(shù)控程序員使用減小的加工參數(shù)。這意味著降低主軸轉(zhuǎn)速山毛、進給速度或切削深度,減小切削步距或者這些情況的某種組合,以便保護切削刀具遍削。

為了沖破這種阻礙,Surfware公司的開發(fā)者們摒棄了現(xiàn)有刀具路徑建立的基本思想,重建了基于加工動力學(xué)(他們說從數(shù)控技術(shù)之初它就被忽略了)的刀具路徑。

嚙合角

據(jù)Coleman介紹,實際上所有現(xiàn)有刀具路徑策略都基于這樣一種思想,即保持切削之間的恒定切削步距,至少在根部泽兼。這是從手搖曲柄時代和數(shù)控初期時保留下來的想法——那時的直接目的是使手動加工方法自動化子擅。結(jié)果保留影響至今∷幔“這是不合適的,因為保持恒定的切削步距使切削刀具上必然產(chǎn)生非恒定載荷仇祭。切削刀具上的非恒定載荷是導(dǎo)致被迫使用減小的加工參數(shù)的原因【被”他說乌奇。

當(dāng)切削刀具進入轉(zhuǎn)角時,刀具的大部分被工件材料包圍或與工件材料嚙合。刀具的此嚙合部分可用一角度來度量和表示,即刀具嚙合角(TEA)眯娱。

一些基本的數(shù)學(xué)知識說明了為什么該角度很重要礁苗。切削步距值與TEA之間具有幾何關(guān)系爬凑。例如,若切削步距為切削刀具直徑的50%,則刀具外圍的90度與材料嚙合。例如,10%切削步距相當(dāng)于TEA為36.87°(如圖1所示)试伙。對于任意給定的切削步距值,只有一個與之相對應(yīng)的TEA嘁信。但是,只有當(dāng)采用恒定的徑向切削深度并沿一條直線切削時,這才成立。當(dāng)?shù)毒咿D(zhuǎn)彎時,TEA增加為該轉(zhuǎn)角的角度或半徑的函數(shù)(如圖2所示)疏叨。TEA的這種增大是導(dǎo)致刀具載荷增加的原因潘靖。

圖2:當(dāng)切削刀具到達(dá)轉(zhuǎn)角時,嚙合角急劇增大,即使在切削步距值保持相同時。在這種情況下,10%的切削步距值造成了大于128°的嚙合角蚤蔓。

圖3:刀具嚙合角的圖表顯示了左邊Truemill刀具路徑與右邊傳統(tǒng)刀具路徑之間的結(jié)果對比泛汁。

“所以,由于它的歷史性,將刀具路徑策略建立在保持切削之間的恒定切削步距這一思想上似乎沒有遵循最好的邏輯√毡海”Coleman先生總結(jié)說寿经。問題是刀具載荷的變化,它使切削刀具陷入不利的情況下。除非操作員或者控制設(shè)備調(diào)整加工參數(shù)以減輕這種情況,否則有損于刀具的使用壽命听量。表面精度和其他工件特征也會受到不良影響剖坟。但是,當(dāng)進行調(diào)整時,周期時間可能增加。

雖然TEA不能嚴(yán)格地保持恒定,但是公司堅決認(rèn)為能夠控制它達(dá)到很有利的情況榕暴。

基于這種理解,軟件設(shè)計小組開始重新思考CAM軟件,包括他們Surfware公司自己的產(chǎn)品,以及銑磨的刀具路徑如何生成绪桑。經(jīng)過培訓(xùn),機械師和NC數(shù)控程序員們考慮這一問題,對刀具與工件材料相互嚙合的控制如何能被用于刀具算法中。這些算法必須與那些通常應(yīng)用于CAM軟件中的算法不同飘具。必須開發(fā)計算刀具路徑所需的公式并對其進行編碼语哺。

“設(shè)計一個刀具路徑策略來實現(xiàn)這一目的并非小事,實施解決方案就更加困難,但是這些都已經(jīng)完成了⌒萄祝”Coleman先生說。將設(shè)計概念提升到實用產(chǎn)品的高度需要利用數(shù)學(xué)工具和編程原理,公司認(rèn)為這些在以前從未被用于CAM軟件開發(fā)范颠。努力的最終結(jié)果是TrueMill刀具路徑計算引擎,它已經(jīng)被結(jié)合到公司的SurfCAMVelocity產(chǎn)品中浦译。

適合TEA的路徑

該軟件假設(shè)做直線切削,考慮用戶定義的切削步距和切削刀具的直徑來確定相應(yīng)的TEA。于是生成刀具路徑,刀具嚙合角從未過大溯职【眩“因為刀具路徑不是基于恒定切削步距來確定的,所以它們的運動與那些基于恒定切削步距的刀具運動完全不同∶站疲”Coleman先生說,“正因為如此,對于大多數(shù)首次看到它們的人來說,它們看上去有些陌生,甚至奇怪叹俏。”然而,很快加入刀具路徑的方法看來不是很重要了僻族；怎么使它更加圓滿成了重要問題粘驰。

通過保持TEA低于一個已知的閾值,刀具載荷也維持低于一個已知的閾值。這使程序員們能夠使用推薦的進給速率和轉(zhuǎn)速作為最小參數(shù),它們能根據(jù)所用的機床和切削刀具的性能而增加述么。在現(xiàn)有技術(shù)下,大部分程序員使用推薦的進給速率和轉(zhuǎn)速作為不能被超越的閾值,并根據(jù)刀具路徑提出的限制來減小它們蝌数。但是,這種折衷做法犧牲了材料切削率愕掏。

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