高速銑削在模具制造業(yè)中的運(yùn)用
發(fā)布日期:2012-08-29 蘭生客服中心 瀏覽:3729
如今,在中央政府提出“加快工業(yè)基礎(chǔ)建設(shè)、振興東北老工業(yè)基地”的指導(dǎo)思想下,東北三省又迎來了建國以來的又一次契機(jī),在國有企業(yè)優(yōu)化重組、吸引外資等方面都取得了長足進(jìn)步。在機(jī)械制造行業(yè)高速發(fā)展的今天,高速加工也越來越多地被應(yīng)用到生產(chǎn)制作中來。目前,高速加工主要應(yīng)用于汽車工業(yè)、航空航天業(yè)、模具制造業(yè)等。
“工業(yè)發(fā)展、模具先行”。尤其是在東北沿海城市大連,這種表現(xiàn)尤為突出。隨著國企增資擴(kuò)建模具車間/模具分廠、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、大部分模具也由原來的日本供應(yīng)轉(zhuǎn)向了本區(qū)域采購等等一系列機(jī)遇,大連的模具業(yè)成倍數(shù)地增長,專業(yè)模具制造商日俱規(guī)模,高速銑削被越來越多地應(yīng)用到模具加工中來。
眾所周知,減少電火花加工=縮短制作周期=降低生產(chǎn)成本。在模具制作過程中,電極制作、電火花加工、手工拋光是模具加工中的輔助工序,既費(fèi)時又費(fèi)力。隨著高速加工的發(fā)展,以30,000轉(zhuǎn)——60,000轉(zhuǎn)主軸,用R0.15mm——R0.3mm的端銑刀,來作深腔、清角、光潔度的加工,勢必取代絕大部分放電加工。
但是,高速加工需要靠機(jī)床、刀具、軟件、編程、夾具等一套完整的系統(tǒng)來保證的,每一方面都缺一不可,所以,雖然高速加工是模具制造業(yè)未來趨勢,我們也要一步一步來學(xué)習(xí)、掌握這門新的加工技術(shù)。
目前,在我們大連地區(qū),有高速加工中心的廠家不多,如:共立精機(jī)、鴻圓精密、華錄模塑等,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、精密模具部件制作。在今年八月份大連國際機(jī)床展上,據(jù)他們的領(lǐng)導(dǎo)及操作員反映,從使用效果來看,未達(dá)到理想的高速效果。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,希望以下內(nèi)容對您及貴公司有所啟發(fā)、有所幫助,也歡迎您來訪或來電提出您的高見,愿與您共同探討高速加工。
首先,我們先來討論一下:
為什么需要高速銑削:
1、 面對成本壓力,要降低生產(chǎn)成本;
2、面對竟?fàn)帀毫,要縮短制作周期;
3、減少電火花加工,減少電極加工;
4、減少手工工作,得到更好的光潔度;
5、薄壁件,不得不采用高速銑;
6、超硬鋼銑削——高轉(zhuǎn)速、大進(jìn)給、小切深高速加工目標(biāo):
1、高精度
2、高光潔度
3、最短的加工時間
高速加工的要點(diǎn):
1、速度快、穩(wěn)定性高的控制系統(tǒng)
2、精確的刀路編程
3、高速、高剛性、同心度高的刀具系統(tǒng)
4、快速、精準(zhǔn)的裝夾系統(tǒng)
在簡要地了解了以上信息后,暫時拋開高速加工中心母機(jī)不談,我們再從以下四個方面來論述一下影響高速加工的幾點(diǎn)因素:
一、 高速加工中心對控制系統(tǒng)的要求:
高速加工追求高精度和高光潔度,在CAM計算機(jī)輔助設(shè)計中,用點(diǎn)逼進(jìn)法來加工圓弧,這樣產(chǎn)生的NC程序多達(dá)十幾兆到幾十兆,這就需要控制系統(tǒng)有非常高的數(shù)據(jù)處理能力,一般要有1秒鐘內(nèi)處理5000~10000條數(shù)據(jù)的能力,不然機(jī)床會在加工到尖角位或轉(zhuǎn)彎位停頓甚至死機(jī)。
1、 開放式控制系統(tǒng)。如:Heidenhaim、Siemens、Fanuc等,處理器PⅢ1000MHz以上,并可根據(jù)需要自行升級,具有更好的通用性、柔性、擴(kuò)展性,并向智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展,保證高速加工下的可靠性和安全性。
2、 程序塊處理時間為0.1ms,即每秒可處理10,000個以上程序塊,10,000個以上程序塊超前看功能。
3、 自動控制加速度功能?筛鶕(jù)高精度或高速加工要求,對機(jī)床運(yùn)行做出調(diào)整。如:轉(zhuǎn)角減速,避免過切現(xiàn)象產(chǎn)生。
4、 及時升級最新的控制系統(tǒng)版本,通過更優(yōu)化的曲線計算和插補(bǔ),獲得更好的加工精度和表面質(zhì)量,同時可將加工時間縮短20%。
二、 高速加工中心對刀路編程的要求:
1、 編程界面為ISO,點(diǎn)與點(diǎn)之間隙極小,有時候少于0.001mm
2、 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,17kw Φ20mmMAX
42000rpm,14kw Φ15mmMAX
60000rpm,15kw Φ8mmMAX
三、 高速加工中心對刀具的要求:
刀具與機(jī)床是相輔相成,共同發(fā)展的,高速加工當(dāng)然對刀具也有著很高的要求:
高速加工刀具
1、類型:整體式、機(jī)夾式、可調(diào)式
2、材質(zhì):超細(xì)微粒硬質(zhì)合金、PCD(聚晶金剛石)、CBN(立方氮化硼)或金剛石沉積涂層刀具等。
提示:*高速銑削必須使用硬質(zhì)合金或以上刀具,除了比白鋼刀具有良好的切削性能外,還具有撞刀時斷裂,保護(hù)主軸的特點(diǎn);
*使用球頭銑刀時,應(yīng)注意有效加工直徑;
*不能用白鋼刀;
*盡量小的懸伸;
*順銑;
刀具的預(yù)調(diào)和管理
1、 刀具長度和直徑的測量。因?yàn)榈毒吖钜婚_始即被嚴(yán)格控制,減少機(jī)床撞刀,工件質(zhì)量得到提高,降低廢品率。
2、 識別刀具磨損狀況。通過對刀具切削刃的磨損分析,調(diào)整切削參數(shù),從而提高產(chǎn)品精度,降低刀具非合理損耗。
3、 刀具預(yù)調(diào)、刀具管理。刀具經(jīng)過預(yù)調(diào)和測量,不需機(jī)內(nèi)對刀,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%;使整個庫存管理更方便,在刀具成本上可以降低至少20%的年費(fèi)用。
目前,世界上刀具測量儀器以德國產(chǎn)最優(yōu)、最專業(yè),如:德國ZOLLER、德國WALTER等。
四、 高速加工中心對刀具夾持系統(tǒng)的要求:
1、 HSK刀柄在高速加工中被廣泛應(yīng)用。
在高轉(zhuǎn)速、高離心率的情況下,HSK刀柄與主軸的結(jié)合將更加緊密、更具剛性,3萬rpm以上應(yīng)為首選。
2、 刀具與夾刀頭的同心度,直接影響加工精度。
熱脹式刀柄是專為高速機(jī)設(shè)計的,具有高剛性、高同心度的性能特點(diǎn),同心度達(dá)0.003mm以下。現(xiàn)在各大刀具制造商都陸續(xù)推出了熱脹式刀柄,其中性價比極高的品牌為臺灣“正河源SYIC”高速機(jī)系列刀具。刀柄規(guī)格:BT、DAT、CAT、HSK;適合轉(zhuǎn)數(shù):從8000rpm~30000rpm,具有高剛性、高同心度的性能特點(diǎn)。
3、 為配合熱脹刀柄使用,需配置“加熱/冷卻機(jī)”。
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,使刀桿感應(yīng)渦流而直接發(fā)熱,加熱到450℃以上,然后將刀具放入刀柄,待冷卻后,使刀柄與刀具全面接觸,完全解決了索咀式刀柄只有五點(diǎn)抓住刀具的缺點(diǎn)。加熱迅速,僅需15s~20s;冷卻約需30s。
現(xiàn)有幾種品牌加熱、冷卻機(jī)可供參考:
1) 臺灣正河源 加熱機(jī)
2) 德國HAIMAR 加熱&冷卻機(jī) (二合一式)
3) 德國ZOLLER 對刀、加熱&冷卻機(jī) (三合一式)
4、 高速加工對刀柄及刀具系統(tǒng)要有很高的動平衡性。
當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速達(dá)30,000rpm或以上時,主軸、刀柄、刀具三者在旋轉(zhuǎn)時應(yīng)具有極高的同心度及動平衡能力。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),將會使刀柄、刀具系統(tǒng)發(fā)生激振,其結(jié)果是加工質(zhì)量下降,刀具壽命縮短,使主軸軸承磨損,造成主軸損壞。
消除刀具系統(tǒng)不平衡的方法有三種:
1) 加動平衡環(huán)
2) 加配重螺釘
3) 在刀柄上鉆或銑去不平衡質(zhì)量
但是,以上方法都需要有刀具動平衡儀精確地計算出需要調(diào)整的量,方可實(shí)施。
目前,德國HAIMAR的刀具動平衡儀最為專業(yè),廣泛應(yīng)用于模具制造、航空航天、汽車、刀具生產(chǎn)等行業(yè),如:海爾模具、株州硬質(zhì)合金工具廠、瓦爾特(工具)等用戶。
五、 高速加工中心對夾具的要求:
購買高速加工中心的目的就是要縮短制作時間,
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。但是大家可能忽略了此電極在加工中心上的裝夾時間,大約需15~25分鐘;銑完的電極,在電火花機(jī)安裝校正的時間又花掉30分鐘,而放電加工僅需30分鐘。這種不合理現(xiàn)象,往往成為高速加工的瓶頸。
解決這個瓶頸問題,我們可以使用柔性的工具系統(tǒng),不單消除了裝夾、找正中的人為誤差,又減少了高檔設(shè)備的停機(jī)時間,使生產(chǎn)效率與模具質(zhì)量翻倍提高。如:瑞士EROWA工具系統(tǒng),重復(fù)裝夾精度在±0.001mm以內(nèi),機(jī)械手自動換裝和手動換裝僅需10秒鐘。
在最近一年中,我也先后去了瑞士、日本及上海等地的一些精密模具制造廠參觀。在勞動力少、工資高的瑞士,一家叫瓦勒伯佰科的公司,專業(yè)生產(chǎn)精密塑料模具和沖模,現(xiàn)場操作者只有17人,操控著25臺精密數(shù)控設(shè)備,又負(fù)責(zé)模具裝配,沒有專職的鉗工,而年銷售額350萬美元,人均14萬美元;在日本黛杰(DIJET)的一個專做硬質(zhì)合金模具的電加工車間,也只看到了一位操作者在操控著5臺設(shè)備。
也就是說,除了有先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床外,夾具系統(tǒng)是貫穿生產(chǎn)過程始終的。減少裝夾時間,解放勞動力,使機(jī)床連續(xù)生產(chǎn),才能最終降低生產(chǎn)成本。
綜上所述,高速加工的確是一套系統(tǒng)的加工技術(shù),離不開軟件編程、刀具、夾具的配合。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,那么,及時地“更新知識”,果斷地“先人一步”,將是您制勝的法寶。勁鋒人也不斷地汲取世界先進(jìn)的機(jī)加理念,將理論運(yùn)用到實(shí)踐中來,為客戶提供更完善的方案與技術(shù)服務(wù),希望能與您共同進(jìn)步!
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