看一看提高机床的生产能力

提到机械加工厂的固定设备，Mark Mills 和其他厂主都知道投资与回报的对应关系。对质量要求和交付周期最辣手的零件来说，高速度、高精度和高加工能力的高端机床是相当重要的。Mills 先生的工厂有朝1日可能会具有1两台这样的机床，但是现在还没有到达这1步。如今他依赖于高速切削从现有设备获得尽可能最大的价值，并且由于他在铣削精密型面方面积累了高进给速度、浅切削深度的经验，使他能够以便宜的加工中心同具有昂贵机床的工厂竞争复杂的3D铣削任务。顺着这个话题，他用事实说明哪些因素可能对高速切削最重要，高速切削不需要昂贵的机床。他的工厂是印第安那州Elkhart市的Cherub Technologies，也许让您猜中了，这个厂很小，而且新建不久。事实上这家公司只有两台CNC 机床，两名专职雇员，并且经营不到两年，同本刊通常谈论的公司或工厂没法等量齐观，但是它的成功之举可能使很多大公司从中受益。Cherub通过实现有效的高速切削工艺，明显提高了标准机床的生产能力。该厂开始时只加工产品零件，而现在使用相同的机床 — 最高速度10000 rpm的立式加工中心，加工利润比较大的模具和电极。增速确切地说，主轴速度没有增加，但切削刀具的速度有时会增加。Mills 先生1开始利用主轴增速器进行高速切削，增速器（密执安州Plymouth 市Koyo Machinery公司制造）基本上是1个带变速器的刀架，在减小切削力的条件下把刀具转速提高到30000 rpm。Mills在之前工作的工厂使用这类增速器提高1些简单产品零件的切削速度。不过，在自己开办工厂以后，他希望从事复杂的3D 铣削加工，在这样的情况下，控制和程序设计技术对高速切削非常重要。他从1台Haas自动立式加工中心（Haas VMC）开始实行高速切削，这台机床装有Creative Technology的（在伊利诺州Arlington Height）高速CNC强拆有什么后果，并使用Sescoi USA (在密执安州Southfield)的3D 加工CAM 软件。有时候他在这台机床上利用增速器铣电极上的细节尺寸。后来他又购置了1台Haas VMC，用这台装有标准CNC的机床加工产品零件，有时候则利用增速器在这台机床上钻孔。换句话说，增速器派上了合适的用途，不过这个附件在其它方面的用途也许更故意义：Mills用它来说明高速切削的有效性，给怀疑高主轴速度和进给速度能否有效得到利用的人们1个答案。为了证明可以有效地利用高主轴速度和进给速度，他在钢件上钻1排孔，首先他采取比较常常使用的主轴速度和相应的进给速度2或3 ipm。选择这些参数的缘由是许多工厂习惯于在这个范围内进行钻削。然后，他装上了增速器，以25 ipm的速度钻1样的孔，孔的质量1般未受任何的损失，在良好钻头上也没有造成明显的应变。这样的实验有助于Mills 本人逐渐适应高速切削，在他前进的进程中，亲眼目击以不寻常的速度有效进行加工的进程，也给予他挑战其它先入之见的信心。实践证明这类信心对模具加工特别重要，由于在加工模具时，高进给速度和浅切削深度相结合，从而到达提高材料切除率和“接近终究形状切削”的目的，并且可以缩短机加时间，减少钳工工作量和避免使用镶刃刀具加工复杂模具的细节部位，以到达节俭的效果。在加工模具和电极时，高速切削不单单是1种比较快的工艺，而且是1种截然不同的工艺。Mills说，为了实现这样的工艺，“第1步是排除思想上的障碍。”至于如何把想法付诸行动，他说要“从刀具着手”。他的忠告是“花钱并尽可能购买最合适的刀具。”好刀具能够作什么Cherub采取氮化钛铝(TiAlN )镀膜的细晶粒硬质合金立铣刀进行高速切削，这类刀具的价格可能比类似刀具高7倍，但是只要它们能够快速切削，并且几近或根本不损失刀具寿命，机床就可以够产生比较高的单位产值。对Mills 来说，昂贵的刀具物有所值，值得投资。事实上在这类刀具究竟能够快多少的问题上也许被厂家打了折扣。Mills对工艺进行了仔细的设计，使切削安稳1致，即刀具在全部切削进程中不受太大的载荷变化。Mills发现他在10000 rpm下铣削时，常常可以采取大大超过厂家推荐的进给速度。他说在1般情况下参数好象选择得比较守旧，也许刀具厂家的选择根据是假定很少有人会象他那样注意实现安稳1致的切削。如果超越正常切削参数意味着超越刀具的安全极限，那么这类作法是不可取的。不过他的实验1般触及进给速度，因此他认为有理由增加切削负载，直到发现刀具可能到达的最高速度为止。在他的最高速度10000 rpm正好落在厂家推荐的速度范围以内的情况下，更有理由这样作。 就不同厂商提供的刀具而言，重复进行这类实验是值得的。他说 ：“不要只凭两个刀具具有相同的标志就臆断它们是1样的。”相反，他发现刀具的性能随着卖主的不同而有明显的差异。他说对常常使用的刀具，须实验几个不同厂家的相同产品。有时候，他的实验把他带入根本没有推荐参数的主轴速度和进给速度范围，这是使用TiAlN 镀膜刀具常常产生的事情。镀膜对切削硬质金属或非常高的切削速度效果最好，但是当该厂用10000 rpm 的速度切削45 Rc 钢时，镀膜显不出硬度和速度的特点。在这类情况下，Mills 的唯1选择是提高进给速度，而且他发现切削较软金属的镀膜刀具在大切削负载下性能不错（见本页上的范例）。诸如此类的发现对刀具生产厂家很有价值，Mills 应邀帮助他的主要供应商（俄亥俄州辛辛那提C. W拆迁院子给赔偿吗. Vordenberge 公司）研究详实的速度、进给率推荐数值表，为此Mills检查控制自己使用的刀具寿命并且报告跟踪数据。供应商希望通过比较详实的数值表来延伸推荐使用的切削参数范围，并且说明加工进程中影响切削稳定性的因素，如以下几点：快速而稳定提起到达高速切削刀具的长寿命时，Mills先生说稳定性是最重要的条件，即使在难以切削的情况下也1样。问题不1定是切削引发的稳定负载，它不会磨损刀具；问题是刀具在切削进程中遇到的突然或短时负载变化。1旦排除这些变化，刀具寿命就可以够大大延长。不过，到达稳定性可能需要花时间，由于在全部加工进程中也许有几个成分必须加以改进，如：◆ CNC — Cherub采取的高速控制用具有前瞻控制功能，以免刀具在通过突变型面时由于进给速度太快而导致过冲。也就是说，该厂采取的CNC可以保护刀具免受突然出现的过大负载。◆ 刀柄 — 刀柄应尽可能使刀具接近中心线，以确保铣刀的各个刀刃产生1样的切削深度。有朝1日Mills会依赖液压膨胀刀柄或收缩夹头实现同轴刀具固定。至于现在，他采取良好套筒夹头来保证刀柄提供同轴夹持力。◆ 刀具路径 — 刀具路径大概是这1连串因素中最重要的工艺成分，必须针对每一个零件重新加以分析。这1切削策略和前两个因素不同，它不是1旦买得手就能够够安装就位的零件。Mills先生借助CAM系统实现切削的稳定性，而铣复杂型面的传统方法 — 来回平行走刀 — 可以导致切削负载产生异常变化。Cherub所用的软件适合于用比较复杂的刀具路径铣型面，该软件根据具体情况计算路径，以使负载保持稳定。不过Mills说这个软件只能作到这个地步而已，1样重要的1点是程序员必须仔细考虑工件的形状。在圆弧倒角等特点部位，精铣铣刀有可能遇到过大的加工余量，这些部位首先需要清算，然后再精铣。如果刀具不能延续使用到完成精切削，其缘由不在于速度和进刀速度，而有可能在于加工余量过大的部位，正是加工余量太大才造成刀具磨损太快。时间就是金钱由于把高端刀具和连续切削面相结合，并且在高进给速度下进行铣削，致使该厂在便宜的机床上到达较高的工时费，Mills先生认为加工石墨电极的工时费率特别比较高。不过他说关键在于“认为”2字，他尽量缄口不谈工时费率，而是直接根据规定工时对零件进行报价。高工时率相当于切削时间少，这使报价比较便宜。虽然如此，客户会由于工时费率较高而却步。结束语在10000 rpm下能作什么？对这个有效利用主轴速度的工厂而言，恍如在不久的将来有可能进1步提高切削速度。资讯分类行业动态帮助文档展会专题报道5金人物商家文章