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高速銑削在模具制造業(yè)中的運(yùn)用

   如今瘸味,在中央政府提出“加快工業(yè)基礎(chǔ)建設(shè)宫仗、振興東北老工業(yè)基地”的指導(dǎo)思想下,東北三省又迎來(lái)了建國(guó)以來(lái)的又一次契機(jī)旁仿,在國(guó)有企業(yè)優(yōu)化重組藕夫、吸引外資等方面都取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。在機(jī)械制造行業(yè)高速發(fā)展的今天枯冈,高速加工也越來(lái)越多地被應(yīng)用到生產(chǎn)制作中來(lái)毅贮。目前,高速加工主要應(yīng)用于汽車(chē)工業(yè)尘奏、航空航天業(yè)炊捻、模具制造業(yè)等。

   “工業(yè)發(fā)展瓣挂、模具先行”眨捶。尤其是在東北沿海城市大連,這種表現(xiàn)尤為突出枪笆。隨著國(guó)企增資擴(kuò)建模具車(chē)間/模具分廠辜尝、在連的日資企業(yè)逐漸把在日本的模具制造廠轉(zhuǎn)移到了大連毫蚁、大部分模具也由原來(lái)的日本供應(yīng)轉(zhuǎn)向了本區(qū)域采購(gòu)等等一系列機(jī)遇挠辆,大連的模具業(yè)成倍數(shù)地增長(zhǎng)雳址,專(zhuān)業(yè)模具制造商日俱規(guī)模,高速銑削被越來(lái)越多地應(yīng)用到模具加工中來(lái)华雷。

   眾所周知敌痘,減少電火花加工=縮短制作周期=降低生產(chǎn)成本。在模具制作過(guò)程中持蓄,電極制作钢婆、電火花加工、手工拋光是模具加工中的輔助工序臂外,既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力窟扑。隨著高速加工的發(fā)展,以30,000轉(zhuǎn)——60,000轉(zhuǎn)主軸漏健,用R0.15mm——R0.3mm的端銑刀嚎货,來(lái)作深腔、清角蔫浆、光潔度的加工殖属,勢(shì)必取代絕大部分放電加工。

   但是瓦盛,高速加工需要靠機(jī)床洗显、刀具、軟件原环、編程挠唆、夾具等一套完整的系統(tǒng)來(lái)保證的,每一方面都缺一不可嘱吗,所以损搬,雖然高速加工是模具制造業(yè)未來(lái)趨勢(shì),我們也要一步一步來(lái)學(xué)習(xí)柜与、掌握這門(mén)新的加工技術(shù)功跑。

   目前,在我們大連地區(qū)谤变,有高速加工中心的廠家不多荞谬,如:共立精機(jī)、鴻圓精密适系、華錄模塑等字拗,機(jī)床轉(zhuǎn)速在12,000轉(zhuǎn)——30,000轉(zhuǎn)不等,主要用于銅/石墨電極制作高骑、精密模具部件制作蝠盘。在今年八月份大連國(guó)際機(jī)床展上脾仁,據(jù)他們的領(lǐng)導(dǎo)及操作員反映,從使用效果來(lái)看苔免,未達(dá)到理想的高速效果秕栓。我想在這期《勁鋒》期刊的一角,把我所了解的高速加工闡述一下更启,希望以下內(nèi)容對(duì)您及貴公司有所啟發(fā)邢入、有所幫助,也歡迎您來(lái)訪或來(lái)電提出您的高見(jiàn)趴荸,愿與您共同探討高速加工儒溉。


   首先,我們先來(lái)討論一下:
為什么需要高速銑削:
1发钝、 面對(duì)成本壓力顿涣,要降低生產(chǎn)成本;
2酝豪、面對(duì)竟?fàn)帀毫μ伪s短制作周期;
3寓调、減少電火花加工锌唾,減少電極加工;
4夺英、減少手工工作晌涕,得到更好的光潔度;
5痛悯、薄壁件余黎,不得不采用高速銑;
6凄在、超硬鋼銑削——高轉(zhuǎn)速才擒、大進(jìn)給、小切深
高速加工目標(biāo):
1舞懦、高精度
2善瞧、高光潔度
3、最短的加工時(shí)間
高速加工的要點(diǎn):
1毕蕉、速度快蓬肢、穩(wěn)定性高的控制系統(tǒng)
2、精確的刀路編程
3乙笛、高速魂中、高剛性、同心度高的刀具系統(tǒng)
4刽室、快速香题、精準(zhǔn)的裝夾系統(tǒng)
  
   在簡(jiǎn)要地了解了以上信息后饶辆,暫時(shí)拋開(kāi)高速加工中心母機(jī)不談,我們?cè)購(gòu)囊韵滤膫€(gè)方面來(lái)論述一下影響高速加工的幾點(diǎn)因素:
一雌隅、 高速加工中心對(duì)控制系統(tǒng)的要求:

   高速加工追求高精度和高光潔度翻默,在CAM計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中,用點(diǎn)逼進(jìn)法來(lái)加工圓弧澄步,這樣產(chǎn)生的NC程序多達(dá)十幾兆到幾十兆冰蘑,這就需要控制系統(tǒng)有非常高的數(shù)據(jù)處理能力和泌,一般要有1秒鐘內(nèi)處理5000~10000條數(shù)據(jù)的能力村缸,不然機(jī)床會(huì)在加工到尖角位或轉(zhuǎn)彎位停頓甚至死機(jī)。
1武氓、 開(kāi)放式控制系統(tǒng)梯皿。如:Heidenhaim、Siemens县恕、Fanuc等东羹,處理器PⅢ1000MHz以上,并可根據(jù)需要自行升級(jí)忠烛,具有更好的通用性属提、柔性、擴(kuò)     展性美尸,并向智能化冤议、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展,保證高速加工下的可靠性和安全性幼氏。
2粪畔、 程序塊處理時(shí)間為0.1ms,即每秒可處理10嬉拾,000個(gè)以上程序塊支际,10,000個(gè)以上程序塊超前看功能臊吓。
3蟹嫁、 自動(dòng)控制加速度功能∮⑿唬可根據(jù)高精度或高速加工要求讹玉,對(duì)機(jī)床運(yùn)行做出調(diào)整。如:轉(zhuǎn)角減速菜犀,避免過(guò)切現(xiàn)象產(chǎn)生乡鼻。
4、 及時(shí)升級(jí)最新的控制系統(tǒng)版本栽斑,通過(guò)更優(yōu)化的曲線計(jì)算和插補(bǔ)艇挨,獲得更好的加工精度和表面質(zhì)量残炮,同時(shí)可將加工時(shí)間縮短20%。
二缩滨、 高速加工中心對(duì)刀路編程的要求:

1势就、 編程界面為ISO,點(diǎn)與點(diǎn)之間隙極小脉漏,有時(shí)候少于0.001mm
2苞冯、 高精度編程軟件
3、 復(fù)雜編程策略:·粗加工·半精加工·精加工

參考資料:高速主軸規(guī)格
主軸轉(zhuǎn)數(shù) 功率 最大刀具直徑
36000rpm侧巨,17kw Φ20mmMAX
42000rpm舅锄,14kw Φ15mmMAX
60000rpm,15kw Φ8mmMAX
三司忱、 高速加工中心對(duì)刀具的要求:
   刀具與機(jī)床是相輔相成皇忿,共同發(fā)展的,高速加工當(dāng)然對(duì)刀具也有著很高的要求:
   高速加工刀具
1坦仍、類(lèi)型:整體式鳍烁、機(jī)夾式、可調(diào)式
2堆嘿、材質(zhì):超細(xì)微粒硬質(zhì)合金羞条、PCD(聚晶金剛石)、CBN(立方氮化硼)或金剛石沉積涂層刀具等氏走。
提示:*高速銑削必須使用硬質(zhì)合金或以上刀具资妇,除了比白鋼刀具有良好的切削性能外,還具有撞刀時(shí)斷裂技碍,保護(hù)主軸的特點(diǎn)皇苫;

*使用球頭銑刀時(shí),應(yīng)注意有效加工直徑云许;
*不能用白鋼刀烈拉;
*盡量小的懸伸;
*順銑辣候;

   刀具的預(yù)調(diào)和管理
1牛拭、 刀具長(zhǎng)度和直徑的測(cè)量。因?yàn)榈毒吖钜婚_(kāi)始即被嚴(yán)格控制大熟,減少機(jī)床撞刀割扬,工件質(zhì)量得到提高,降低廢品率偿荷。
2窘游、 識(shí)別刀具磨損狀況。通過(guò)對(duì)刀具切削刃的磨損分析跳纳,調(diào)整切削參數(shù)忍饰,從而提高產(chǎn)品精度贪嫂,降低刀具非合理?yè)p耗。
3艾蓝、 刀具預(yù)調(diào)力崇、刀具管理。刀具經(jīng)過(guò)預(yù)調(diào)和測(cè)量赢织,不需機(jī)內(nèi)對(duì)刀亮靴,保證生產(chǎn)的連續(xù)性,可以使數(shù)控加工設(shè)備的生產(chǎn)效率至少提高12.5%于置;使整個(gè)庫(kù)存管理更方便茧吊,在刀具成本上可以降低至少20%的年費(fèi)用。

目前俱两,世界上刀具測(cè)量?jī)x器以德國(guó)產(chǎn)最優(yōu)饱狂、最專(zhuān)業(yè)祖擦,如:德國(guó)ZOLLER(見(jiàn)圖1)舶酒、德國(guó)WALTER等。
圖1 ZOLLER刀具預(yù)調(diào)和測(cè)量?jī)xVenturion400~1400

四酷豫、 高速加工中心對(duì)刀具夾持系統(tǒng)的要求:

1缰橘、 HSK刀柄在高速加工中被廣泛應(yīng)用。
   在高轉(zhuǎn)速雀秤、高離心率的情況下赞拼,HSK刀柄與主軸的結(jié)合將更加緊密、更具剛性,3萬(wàn)rpm以上應(yīng)為首選。
2闺阱、 刀具與夾刀頭的同心度决记,直接影響加工精度。
   熱脹式刀柄是專(zhuān)為高速機(jī)設(shè)計(jì)的河劝,具有高剛性、高同心度的性能特點(diǎn),同心度達(dá)0.003mm以下〔暄ǎ現(xiàn)在各大刀具制造商都陸續(xù)推出了熱脹式刀柄,其中性?xún)r(jià)比極高的品牌為臺(tái)灣“正河源SYIC”(見(jiàn)圖2)高速機(jī)系列刀具参歹。刀柄規(guī)格:BT仰楚、DAT、CAT犬庇、HSK僧界;適合轉(zhuǎn)數(shù):從8000rpm~30000rpm,具有高剛性臭挽、高同心度的性能特點(diǎn)捂襟。
圖2 臺(tái)灣正河源SYIC高速機(jī)刀柄
3飒炎、 為配合熱脹刀柄使用,需配置“加熱/冷卻機(jī)”笆豁。
   快速加熱原理:由加熱器內(nèi)之感應(yīng)線圈產(chǎn)生高頻磁力郎汪,使刀桿感應(yīng)渦流而直接發(fā)熱,加熱到450℃以上闯狱,然后將刀具放入刀柄煞赢,待冷卻后,使刀柄與刀具全面接觸哄孤,完全解決了索咀式刀柄只有五點(diǎn)抓住刀具的缺點(diǎn)照筑。加熱迅速,僅需15s~20s旅霍;冷卻約需30s诽矩。
   現(xiàn)有幾種品牌加熱、冷卻機(jī)可供參考:
1) 臺(tái)灣正河源 加熱機(jī)
冷卻機(jī)(見(jiàn)圖3)
圖3 正河源加熱機(jī)
2) 德國(guó)HAIMAR 加熱&冷卻機(jī) (二合一式)
3) 德國(guó)ZOLLER 對(duì)刀铣翁、加熱&冷卻機(jī) (三合一式)(見(jiàn)圖4)
圖4 ZOLLER對(duì)刀租触、加熱&冷卻機(jī)
4、 高速加工對(duì)刀柄及刀具系統(tǒng)要有很高的動(dòng)平衡性供馍。
   當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速達(dá)30,000rpm或以上時(shí)蔽宜,主軸、刀柄刽软、刀具三者在旋轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)具有極高的同心度及動(dòng)平衡能力苫颤。否則轉(zhuǎn)速越高離心力越大,當(dāng)其達(dá)到系統(tǒng)的臨界狀態(tài)奏散,將會(huì)使刀柄俯坐、刀具系統(tǒng)發(fā)生激振,其結(jié)果是加工質(zhì)量下降剩喧,刀具壽命縮短寺晌,使主軸軸承磨損,造成主軸損壞码邻。
消除刀具系統(tǒng)不平衡的方法有三種:
1) 加動(dòng)平衡環(huán)
2) 加配重螺釘
3) 在刀柄上鉆或銑去不平衡質(zhì)量
   但是折剃,以上方法都需要有刀具動(dòng)平衡儀精確地計(jì)算出需要調(diào)整的量,方可實(shí)施像屋。
   目前怕犁,德國(guó)HAIMAR的刀具動(dòng)平衡儀最為專(zhuān)業(yè),廣泛應(yīng)用于模具制造己莺、航空航天奏甫、汽車(chē)、刀具生產(chǎn)等行業(yè),如:海爾模具阵子、株州硬質(zhì)合金工具廠思杯、瓦爾特(工具)等用戶(hù)。
五挠进、 高速加工中心對(duì)夾具的要求:

   購(gòu)買(mǎi)高速加工中心的目的就是要縮短制作時(shí)間色乾,
如圖5所示:用普通加工中心90分鐘加工的2D電極,在高速加工中心上1分鐘就完成了皇驼。但是大家可能忽略了此電極在加工中心上的裝夾時(shí)間圾框,大約需15~25分鐘;銑完的電極畦怒,在電火花機(jī)安裝校正的時(shí)間又花掉30分鐘残团,而放電加工僅需30分鐘。這種不合理現(xiàn)象桶邑,往往成為高速加工的瓶頸画眯。

   解決這個(gè)瓶頸問(wèn)題,我們可以使用柔性的工具系統(tǒng)务囤,不單消除了裝夾灌当、找正中的人為誤差,又減少了高檔設(shè)備的停機(jī)時(shí)間快挡,使生產(chǎn)效率與模具質(zhì)量翻倍提高临辨。如:瑞士EROWA工具系統(tǒng),重復(fù)裝夾精度在±0.001mm以?xún)?nèi)现蹂,機(jī)械手自動(dòng)換裝和手動(dòng)換裝僅需10秒鐘(見(jiàn)圖6)。
圖6 EROWA自動(dòng)換裝設(shè)備

   在最近一年中术陶,我也先后去了瑞士凑懂、日本及上海等地的一些精密模具制造廠參觀。在勞動(dòng)力少梧宫、工資高的瑞士接谨,一家叫瓦勒伯佰科的公司,專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)精密塑料模具和沖模塘匣,現(xiàn)場(chǎng)操作者只有17人脓豪,操控著25臺(tái)精密數(shù)控設(shè)備,又負(fù)責(zé)模具裝配忌卤,沒(méi)有專(zhuān)職的鉗工扫夜,而年銷(xiāo)售額350萬(wàn)美元,人均14萬(wàn)美元驰徊;在日本黛杰(DIJET)的一個(gè)專(zhuān)做硬質(zhì)合金模具的電加工車(chē)間笤闯,也只看到了一位操作者在操控著5臺(tái)設(shè)備。

   也就是說(shuō),除了有先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床外颗味,夾具系統(tǒng)是貫穿生產(chǎn)過(guò)程始終的超陆。減少裝夾時(shí)間,解放勞動(dòng)力鹃改,使機(jī)床連續(xù)生產(chǎn)战架,才能最終降低生產(chǎn)成本。

   綜上所述侦萍,高速加工的確是一套系統(tǒng)的加工技術(shù)溶瞬,離不開(kāi)軟件編程、刀具喂惜、夾具的配合鄙骏。每一位運(yùn)籌帷幄的領(lǐng)導(dǎo)人都希望他的投資能盡快地得到回報(bào),那么服半,及時(shí)地“更新知識(shí)”碗冈,果斷地“先人一步”,將是您制勝的法寶滤灸。勁鋒人也不斷地汲取世界先進(jìn)的機(jī)加理念怪褐,將理論運(yùn)用到實(shí)踐中來(lái),為客戶(hù)提供更完善的方案與技術(shù)服務(wù)翁旁,希望能與您共同進(jìn)步蝠欲!

(大連勁鋒 Sophia)

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