就业指导/Solution
充分利用高速加工技术

随着刀具(数控)、铣床和应用软件的发展,高速加工技术在那些专攻刀具制造、原型制造和其他精密加工应用方面的企业中已成为现实,这对于企业的成功发展起到了巨大的推动作用。

高速加工(HSM)技术正在帮助全球的企业提高生产力,降低成本。这种软件可以充分发挥高速设备的作用,保护其免受损坏,减少磨损并简化刀路设计,因此即便普通用户也能从中受益。它也可以帮助企业更快地开发新产品,改造重工业产品,从而迅速占领市场。



总部位于英国的领先的锻造工业大型模具制造商谢菲尔德模具公司就是这样一个例子。“对于锻造企业来说,模具的损坏是非常可怕的,”谢菲尔德公司的创始人Andy Farmer先生说道,“锻造企业使用大型、复杂的模具,一个模具故障就能导致冲压过程的中断。每一小时的中断将给企业带来数以千计美元的损失。我们能在一周内成功完成对损坏刀具的再次切割,或者创建一套新的刀具。但在别的企业,这个过程要花费6~8周时间,这其中的关键在于我们在模具的粗加工和精加工过程中应用了高速加工技术。”

谢菲尔德公司是高速加工应用的先驱者。该公司的成功看起来似乎不费吹灰之力,而事实上来源于对必备刀具和方法,以及对它们的优势和局限性的全面了解。

速度、进给和刀具

高速加工技术的特点是主轴速度为10 000~40 000r/min,进给速度可达到10~20m/min,切割深度相对较小。它经常应用于重要材料的去除或处理硬度极强的金属。其应用范围从汽车模具、冲压刀具和其他大型钢制构件到硬金属加工、定制原型部件、臀部、膝关节类的专用医疗产品和特殊材料研发项目等。

由于高速加工技术所具备的超高速度,这种技术对流程中使用的每一种设备都有非常高的要求。铣床、刀具和夹具等组件的设计必须达到最佳的平稳性和振动的最小化,因为过分的振动会破坏表面加工,缩短刀具和其他工具的使用寿命,甚至会使工具或加工完全报废。
数控机床的创造是为了增强加工硬度和提高铸件加工速度。为了增大强度,并能承受夹具的热膨胀,刀具采用坚固的亚微米级细粒碳化物制成。刀杆使用热套工艺以实现平衡最大化和空气阻力最小化。为了控制系统把软件指令转化为准确的动作,要求数字驱动和直接测量系统达到最高的精确度和重复的准确度。



HSM软件的特征

能否充分利用这些组件,并推动流程从而最大化收益,将取决于高速加工软件的应用。为了达到这一目的,高速加工软件应在以下四个方面表现优异:优化制造稳定性、提升刀路效率、最大化操作性能和增强易用性。

1.制造稳定性

高速加工通常被认为是“高冲击”加工。由于速度极快,每一次在新表面停下所造成的冲击都易造成刀具的损坏。因此该软件将要减少并柔化刀具在所有情况下可能受到的冲击。在粗加工中进行深度切削时,该软件应使刀具以螺旋式而不是直接地垂直切入,或者应根据表面轮廓倾斜地切入。在进入拐角处应小心地控制刀具的移动,而不允许在拐角处进入短促的on-off移动。在移动主轴和加工时该软件应使数控机床保持恒定负载,而且应了解切削刀具侧面和模具壁面间的布局,以避免意外接触产生的振动。

2.刀路效率

该软件优化刀路设计的功能在提高高速加工效率方面扮演了重要角色。例如,刀路设计应该使刀具尽可能实现最大切削,以使时间和刀具变化达到最小化。刀路设计应优化刀路路线,从而使刀具尽可能多地接触材料。“新鲜空气切削”最小化有助于增加刀具切削时间,将刀具冲击保持在最低程度从而减少刀具或插入磨损。此外,该软件还有许多其他方式提高加工效率,其中有些非常奇妙。最后一个例子是,当工具不得不在锐角上从一个表面移动到另一个表面时,为了保持进给速度恒定,该软件应该能够在空中创建一个曲线轨道,而不会造成突然的“停止”和“启动”。

3.操作性能

高速的数据导入以及各种刀路算法,满足了高速加工技术对软件的性能要求。底层软件架构必须尽可能高效,以支持“前瞻性”算法,这种算法功能强大,不仅可以预测刀具移动和变化的情况,而且还能为复杂的大型项目保留充分的空间。该软件应该能够支持多线程和并行处理。同时它应该能够利用有效压缩技术达到内部文件的最小化。

4.易用性

高速加工软件应该能够提供快捷菜单和连续工作流,使常规应用简单容易,不需要太多培训即可掌握。但是,它也应该使用户可以轻松快速地设计刀路,并且应该确保该软件将按照指令正确执行,这对于无人值守加工来说显得尤为重要。

用户通过电子数据表或其他外部文件来定义工具是简化设计的一种方式;另一种方式是使用智能默认方式来自动完成复杂的切削。例如,在刀具进入拐角时进行加速或减速。还有一种方式是程序员通过创建残留模型(stock model)来观察模具在加工过程中所有时刻的可能形态,从而在粗加工和精加工步骤中进行可能的调整。最后,刀路本身的可靠性和精度应该能够满足机床连续进行夜间无人值守状况下的运转要求。

Pro/TOOLMAKER软件

2007年5月,PTC公司收购了总部位于英国的NC Graphics有限公司,将高速加工软件加入到其Pro/ENGINEER产品系列中。NC Graphics公司是高速加工软件的领先供应商,它的软件也就是现在的Pro/TOOLMAKER,一直处于业内领先地位。

谢菲尔德模具公司创始人Andy Farmer先生是原始应用软件开发者之一。在参与创建该应用软件后,他于2004年创建了谢菲尔德模具公司,致力于拓展专用模具制造和改造市场。他表示他的成就与Pro/TOOLMAKER高速加工软件密不可分。“我们在该应用软件中加入了大量智能功能,”Farmer先生表示。

就当今的高速加工应用软件而言,Farmer先生表示一些软件具备了Pro/TOOLMAKER类似的高效创建刀路的功能。不同之处在于Pro/TOOLMAKER可以默认产生这些刀路,而其他软件要求用户在创建设计时修改参数。

Farmer先生说:“我们将所有的设计在车间完成,这与大多数设计部和车间分离的公司是不同的。这样具有极大的优势,因为当设计中的某些地方不正确时,车间能快速做出反应,进行纠正,并在短时间内重新运转。因此,程序员不会因为设计的准确度与操作者发生分歧,避免了不必要的停机时间。有了Pro/TOOLMAKER机床级操作者在车间级系统中能够自己修正准确度。”

Farmer的数控机床可以进行7×24h的运转和工作。他估计,如果不使用Pro/TOOLMAKER软件,要生产同样的产量至少需要增加两台数控机床和相应的员工。

Farmer先生说道:“我们通常以IGES格式从各种CAD系统中获取文件,毫无疑问,Pro/TOOLMAKER准确地实现了用户所期待的生产结果。”

谢菲尔德模具公司这类的公司正不断发现高速加工以及Pro/TOOLMAKER这样的高度智能化软件所带来的巨大竞争优势。这种软件扩大了高速硬件的优势,保护其免受损坏,减少磨损并简化刀路设计,因此即使普通用户也能从中得益。高速加工技术无论是从设计到部件的产品开发生命周期中,还是在帮助制造商赢得并保持竞争优势中,都扮演了一个重要角色。

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