高速加工是零件加工的全新途徑顺呕，它集成多種技術(shù)枫攀，不僅僅是高速主軸和快速精密進給在機床上的簡單結(jié)合。為了應(yīng)用高速加工技術(shù)株茶，加工廠必須把必不可少的新功能和必不可少的新技巧有機地結(jié)合起來来涨。同時，也要改變工廠的運作方式和物質(zhì)設(shè)施启盛。

　　就縮短產(chǎn)品的交付周期和降低成本而言蹦掐，HSM可以發(fā)揮作用并且很有價值。任何計劃實施HSM的工廠都應(yīng)仔細考慮僵闯，重視生產(chǎn)現(xiàn)場內(nèi)外可以加快生產(chǎn)周期的一切技術(shù)卧抗。實施HSM沒有唯一正確的途徑，每種情況應(yīng)當如何應(yīng)用HSM也沒有嚴格不變或立竿見影的準則棍厂】盼叮　

　　我們可以看到，HSM終究不是理論或只有實驗室才能驗證的概念牺弹，而是切實可行的技術(shù)鹃改。本文分析潛心從事HSM的兩家工廠的應(yīng)用實例，希望能對讀者有所啟發(fā)砸新。

　　以高速切削謀生存

　　如果HSM 只是達到某個目的的手段侦萍，采用HSM能夠謀生存嗎？Mike Haverkamp 和 Brian TerBeek的回答是“能”拿奥。他們正在這樣作均壳，這兩個伙伴從機械師改行程序員，然后變成HSM企業(yè)家母滤。他們的Cad Cam Services公司位于密執(zhí)安州Grand Rapids郊外拔翠，主要致力于大型成形鋼模、壓鑄模和其它大工件的合同加工城砖。該公司不僅提供熔融沉積造模方式的快速原型制造翅窥、逆向工程和壓鑄模及注塑模的全套生產(chǎn)，還繼續(xù)提供CNC 程序設(shè)計技術(shù)和3D設(shè)計服務(wù)廷诺。

　　Haverkamp 和 TerBeek 在1991年成立自己的公司没惶，以承包NC程序設(shè)計開始營業(yè)，這種工作很紅火簇抵，但是到了九十年代中庆杜，由于功能強大、基于PC機的CAM 系統(tǒng)的出現(xiàn)，他們的工作明顯受到冷落晃财。然而他們發(fā)現(xiàn)本地區(qū)的工廠在生產(chǎn)高峰期間仍然會有程序設(shè)計“細脖子”的問題叨橱，在加工方面也可能產(chǎn)生瓶頸。

　　Haverkamp 和 TerBeek 看準了這個機會拓劝，能夠快速完成大型模具部件的粗加工和精加工的工廠一定會使人們趨之若騖雏逾，他們認為，HSM 會給模具加工業(yè)務(wù)提供有吸引力的速度和價格郑临。

　　同時他們對HSM技術(shù)有所準備：有必要的編程技能，還有穩(wěn)定的客戶基礎(chǔ)屑宠，包括許多有希望的客戶厢洞，于是到了1995年，他們形成了一種全新的合作策略典奉，使Cad Cam Services 公司致力于高速切削業(yè)務(wù)躺翻。

　　HSM 專用設(shè)施

　　Haverkamp 和 TerBeek最初計劃購買一臺粗加工和半精加工大機床和一臺調(diào)整精加工機床，但是在同伊利諾斯州Rockford機床進口商的共同努力下卫玖，買了一臺Rambaudi Ramspeed供精加工用真葱，還有一臺改型的Droop & Rein立式銑床用于粗加工。

　　這對合作伙伴不僅投資購買合適的機床辐胆，而且投資興建新廠讨砍。機床的地基設(shè)計考慮了承載力和隔震性，因為震動可降低精加工精度卸研。原來的兩臺機床面對面而置佩讨，以便于在兩臺機床之間轉(zhuǎn)送工件，而且一名操作工可以照料兩臺機床多盅。

　　該廠房占地10000平方英尺把毒，內(nèi)部高度足以安裝一個吊鉤距地面20英尺的50噸天車。地下敷設(shè)了計算機網(wǎng)絡(luò)電纜管道勤右，電纜接到廠房里的每一臺機床或工作站徽捶。廠房前端有兩層辦公區(qū)，每層分別為5000平方英尺虫甲，不過Cad Cam Services目前只占用下面的一層淡箱。

　　沿著生產(chǎn)區(qū)的墻排列著幾臺15馬力的立式加工中心、一臺升降式工具銑床邦鲫、一臺 EDM 和一對磨床灸叼，單憑這些機床就使Cad Cam Services構(gòu)成一個設(shè)備精良的現(xiàn)代化模具加工廠。然而Cad Cam 加工能力的支柱是Rambaudi Ramspeed B27L立式龍門加工中心庆捺，其X古今、Y和Z軸行程達到106×86×40英寸，主軸電機功率18馬力，最高速度25000 rpm 捉腥，快進速度600 ipm氓拼，專門適用于高速精加工。

　　走廊對面是床頭箱裝在固定床身上的Droop & Rein三軸立銑抵碟，桃漾。和Ramspeed機床相比，這臺50馬力機床的工作臺稍長而窄拟逮，主軸速度2000 rpm撬统。這臺機床經(jīng)常采用4或 5英寸鑲?cè)卸?a target="_blank" class="mmstipl3" href="http://www.atkqc.com/face-milling-cutter/">面銑刀進行粗加工操作，對于這種刀具和吃刀量大的粗加工而言敦迄，2000 rpm的速度足以產(chǎn)生合適的表面切削速度恋追。

　　另一臺大型機床LEM93-M5來自意大利制造商FPT，與其它粗加工機床相比奖岛，F(xiàn)PT的固定工作臺適合于較重的工件恕孙。這臺FPT機床的功率較小，主軸30馬力淑储，但轉(zhuǎn)速較高帘缤，同Droop & Rein相比，經(jīng)常以2倍的進給速度和一半的切削深度進行操作俏堆。

　　大吃刀量的天地

　　盡管這些機床在主軸速度和進給速度上和Ramspeed 不屬于同一個檔次憋屑，它們?nèi)匀皇荂ad Cam 公司HSM 策略不可分割的一部分，正象Haverkamp 所說椭斜，“高速切削成功的一個關(guān)鍵在于粗加工和半精加工能力氨固，粗加工和半精加工必須有效地切除很多金屬，并給高速精加工保留很小的加工余量揣煤〗馄伲”

　　粗加工和半精加工不僅重要而且加工量大，例如凉适，壓鑄模一開始可能是兩個冰箱之大蛛蒙、重量75000 磅的4140鋼毛坯，而到精加工時渤愁，已經(jīng)有20000磅的材料被銑掉了牵祟，僅留下0.020 英寸的精加工余量，而且在拐角或圓角處不能留下過多的材料抖格，所以幾何精度非常關(guān)鍵诺苹。

　　FPT所進行的一個典型粗加工例子是：先采用5英寸TiAIN鍍膜鑲?cè)卸嗣?a target="_blank" class="mmstipl3" href="http://www.atkqc.com/milling-cutter/">銑刀，主軸速度450～500 rpm雹拄，進給率150～175 ipm收奔，切削深度0.050英寸掌呜，加工時大量切屑唰唰飛落。粗加工以后大部分工件送到外面熱處理坪哄。

　　工件一返回便開始半精加工质蕉，通常采用2英寸球頭銑刀在轉(zhuǎn)速2000 rpm和進給速度125～150 ipm下半精加工。對于遵循往復(fù)銑削模式的型面切削而言翩肌，軌跡間隔在0.125英寸以內(nèi)模暗。作之字形切削時，可以采用相似的轉(zhuǎn)速和進給速度以及0.020至0.050英寸的切削深度念祭，并采用直徑2.5英寸的小半徑刀頭沽票。此外，比較小的刀具還可以用來連接倒角裙系。三臺大機床均配有Fidia 控制器绅荒，使操作員的培訓(xùn)變得簡單易行。

　　并非越快越好

　　提到高速精加工肌搔，Haverkamp信守“不一定越快越好”的準則，這個準則或許令人吃驚成甫。他說：“我們很少用12000 rpm以上的主軸速度伪浅，”盡管Rambaudi機床的主軸速度可達25000 rpm，“有幾個經(jīng)濟因素必須考慮著正，而且它們隨加工任務(wù)而變化惕衩。”他解釋侥镀，“例如协超，我們較低的速度下可以獲得最長的刀頭壽命，并且可以采用隨時可得皇可、價格非常便宜的普通刀體和刀桿雕什。”

　　一般說來显晶，如果采用1英寸頭可轉(zhuǎn)位銑刀贷岸，高速精加工速度在9750～10000 rpm范圍，常用的進給率是275 ipm 磷雇，切削深度和軌跡間隔各0.020英寸偿警。該銑床最大進給速度400ipm，本來可以用比較高的主軸速度唯笙，但是保持最合適的切削力更為重要螟蒸。

　　“保守型” HSM 不僅僅為了節(jié)約刀具，還因為主軸在高轉(zhuǎn)速下磨損比較大崩掘。這臺機床在正常保養(yǎng)條件下連續(xù)使用了三年多七嫌，依然沒有更換過主軸和軸承少办。

　　“無人照看或全自動加工”對于主軸轉(zhuǎn)速較低的切削也是比較好的賭注，盡管Cad Cam Services公司始終只有一個操作員值班抄瑟，操作員不必眼巴巴地盯著機床的每一個動作凡泣。一般可由２個操作員合作管理三臺機床。另外機床在較低的速度范圍內(nèi)毫不費力地保持目標精度：型面精度±0.001英寸拯奔，細部精度±0.0005英寸谭扑。不過機床的加、減速度是非常高的办樟，且運動平穩(wěn)优诵。

　　程序設(shè)計適應(yīng)生產(chǎn)車間的需要

　　Cad Cam Services公司具有很強的刀具和刀具路徑設(shè)計能力，這不足為奇疟骤，它把刀具作為一個獨立的CAD/CAM車間药阔，并且公司有5名能夠設(shè)計模具并編制加工程序的專職CAD/CAM工程師。由于設(shè)計能力與編程能力的結(jié)合陨梅，生產(chǎn)出可加工性很高的模具—這在當今快節(jié)奏環(huán)境下是一個優(yōu)勢译教。

　　TerBeek 強調(diào)，有稱職的編程人員支持HSM 非常重要押强，他說：“程序員必須了解生產(chǎn)現(xiàn)場的情況并且傾聽機加工人的意見拖揩。”粗加工溜棉、半精加工和精加工的刀具路徑程序均采用Sescoi公司的WorkNC丽示，首席程序員Gary Thelen偏愛WorkNC系統(tǒng)，因為該系統(tǒng)能夠快速處理刀具命令菲饼，據(jù)他說程序設(shè)計在很大程度上是自動的肾砂。而且，程序設(shè)計和現(xiàn)場經(jīng)驗關(guān)系甚重宏悦，Thelen 先生解釋镐确，有經(jīng)驗的程序員能夠分析刀具路徑的仿真，并能迅速識別哪部分程序有可能在機床上出問題肛根。

　　在許多情況下辫塌，為了加工工件幾何形狀的一個部位，程序員可以查看和采用幾種方法派哲，結(jié)果生成幾個單獨的刀具路徑文件臼氨，供機加工人選擇。如果根據(jù)刀具的表現(xiàn)情況有一種方式明顯優(yōu)于另一種芭届，即可選定比較好的刀具路徑储矩，決對不會拖延時間等待這部分工作重新編程。
程序員還知道何時采用HSM專用的刀具路徑例行程序褂乍，比如持隧，“徑向進刀”和“徑向退刀”程序所生成的路徑以圓弧開始或結(jié)束即硼，而且刀具軌跡和走刀方向在空中變化，使得采用不同編程技術(shù)加工的局部表面彼此之間光滑過渡腕浴。

　　TerBeek先生強調(diào)圣谴，程序員和加工車間應(yīng)保持適時的通訊，這對于有效的粗加工阅六、半精加工以及HSM都是必不可少的母赶，他把“交流”看得很重要，因此和Thelen 編寫了一個建立資料頁面的軟件芒单，用來匯集每一個刀具路徑文件万杉。頁面上標識程序名，說明程序所遵循的切削策略抗躺，給出安裝切削刀具的細節(jié)奸冶，規(guī)定加工所得到的刀紋高度，并且提供其它一切有關(guān)信息蛀篓。這個頁面還包括相關(guān)的視圖卢历，使操作員能夠直觀地想象整個操作過程⊥杈簦“對于加工所要執(zhí)行的刀具路徑砸捏，我們的機床操作員說了算，所以我們希望他們掌握全部信息隙赁，以作出正確的判斷。

　　TerBeek 這樣解釋梆暖。

　　生產(chǎn)現(xiàn)場以裝有工業(yè)型機殼的 Windows-NT PC機作為公司網(wǎng)絡(luò)的終端伞访，也是CNC機床的本機文件服務(wù)器。這些PC機采用Internet標準通訊協(xié)議TCP/IP進行高速數(shù)據(jù)通訊轰驳。

　　五軸機床新觀點

　　Cad Cam Services 用的Rambaudi機床可以進行5軸同時動作的切削厚掷，主軸頭在程序控制下可以按照切削型面的變化而傾斜和回轉(zhuǎn)，以保證刀具在整個路徑上的正確方向级解。然而冒黑，Cad Cam Services 公司很少采用5軸方式，而主要用這臺機床完成三軸機床不可能完成的操作勤哗，比如沿著落鍛模內(nèi)側(cè)的周線銑倒角抡爹。

　　該公司發(fā)現(xiàn)，利用分度頭的傾斜和回轉(zhuǎn)并與機床Fidia 控制器的一個特殊軟件功能相結(jié)合芒划，就會格外地實用冬竟、快捷。這個軟件功能稱作“旋轉(zhuǎn)刀具中點(RTCP)”鼻昼，它使基于球頭銑刀中心所計算的刀具路徑和相應(yīng)軸的旋轉(zhuǎn)完全對應(yīng)悟津。這個功能無須為了更改刀具長度而重新定位程序山椎，也不必為每個軸的旋轉(zhuǎn)而反復(fù)建立原始位置。

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