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保持恒定切削量--铣削加工硬质材料的关键
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8 _4 a7 n2 R$ C$ l$ Anewmaker 来源：MM现代制造
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1 S; ~& s2 e1 Q* S! |0 B/ @ 计算机辅助生产（CAM）的特点是可以在切削时，防止刀具超极限加工，不影响零件的生产率或零件的加工质量。 , e) [+ S7 \" e: \( Z. t
0 z* w& f X1 ~' @对于模具加工车间而言，如果想要绕开EDM放电加工方法，而直接采用硬质材料的铣削加工方法，那么就可能存在刀具断裂的风险，这是一个十分重要且引人关注的问题。当刀具的负荷条件超过所允许的范围时，刀具就会发生意想不到的断裂，这不但会造成资金浪费，而且也会中断整个加工工艺。只有使刀具的负荷保持恒定不变的最佳水平，才能最大程度地发挥加工车间的工艺潜力。
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然而，铣刀的加工轨迹会使材料的切削速度发生变化，这是材料铣削加工中所面临的一大挑战。在典型的高速粗加工铣削轨迹中，当每一跨度和切削深度相当于刀具直径的10%时，刀具的切削速度可以达到其首次进入轨迹通道时预期速度水平的10倍以上，和达到相当于刀具进入内部圆角时的5倍速度水平。这些负荷峰值是刀具发生故障的罪魁祸首。为解决这一问题，一般来说，车间所作出的反应是改变其刀具的进给速度、切削深度或跨度。虽然降低任何这些数值会使峰值负荷条件发生变化而低于阈值，但这一步骤也将会降低刀具轨迹的整体金属切削速度而影响生产率。不过，还可以采用更好的方法来解决这些问题。 / j: W8 j% w5 Y; ^
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/ Q+ ~8 {+ y* k% p' Y" q刀具轨迹的调整 / L# h( U/ l" n8 y; C
% B/ G) G4 B6 p! V+ Q8 l* Q频繁地分解刀具轨迹和调节刀具的进给速度，并采用优化刀具轨迹的方法，可以使材料的切削速度达到更加恒定的状态。在宏观水平上，这一策略也许可以使材料的切削速度保持恒定不变的状态，然而，这会使机床增加复杂化程度。设置在机床控制器内的高速加工处理器总是希望刀具轨迹的几何形状平稳圆滑。在处于较高的进给速度时，控制器也要求刀具的轨迹具有很好的动态平滑性能。在很小的长度间隔时间条件下，来调节进给速度可以使控制器对某些刀具数据进行确切定位，以有利于平滑插补。如果发生那样的情况，机床的运转速度转缓，周期时间延长。在很小的间隔时间内，微调也可造成机床的急速运动而影响表面光洁度。
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另一个问题与主轴速度有关。只调节进给速度而不调节相应的主轴速度，会引起切屑的厚度发生变化，这可能会对表面光洁度造成不利的影响，从长远考虑，也会影响刀具的加工效率。 8 C1 E0 k0 f) j1 F* J
4 N/ {. f0 T7 L: V: f可以采用某些刀具轨迹处理器作为一种预防性的替代方法。这些处理器可对刀具轨迹的几何形状进行规划设计，以防止其超过负荷极限。
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例如，CAM软件可以应用一种摆线函数，自动激活附加的摆线刀具轨迹回路，不管在什么时候，刀具会终止切槽或进入一个小的圆角。例如在UGS公司的NXCAM软件中，用户不但要规定切削深度和跨度一类的参数，而且还要规定所允许的过载百分比数值。然后将金属的切削速度控制在这一阈值范围内。而软件则通过特定的刀具轨迹来控制刀具的伸缩和负荷。即使几何形状可以导致额外的空气切削，但它只允许刀具的负荷达到其最佳的状态。 * r9 Q1 }+ S$ I+ @0 R
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小型刀具的准备
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精加工操作往往使用较小直径的刀具，但其设定的伸出量较长。为了保证安全的切削和获得很好的表面光洁度，对于这些刀具而言，更重要的是使其与零件的材料保持一致性，并以均匀的切削量来加工材料。
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" _1 v% i' j' Q: r" q/ o! H典型的Z轴半精加工操作会在低洼凹陷的区域留下不均匀的材料余量，这就会引起随动刀具的不规则负荷。在这些低洼凹陷区域，可将更复杂的Z轴功能自动地添加到刀具轨迹上，以保证使材料加工更加均匀。
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$ H) h3 }. T% C. h o X5 x在粗加工操作过程中，还具有另一个自动识别水平面的特点，它可以防止残渣预料遗留在这类平面上。而且这也可以防止随动刀具的过载。
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/ c6 E3 `$ u# X0 E: w8 v% Y刀具的切入接触 ' j4 ~4 W3 r: y- Y" ^0 Y. H" ?2 e
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为了对硬质材料进行有效的铣削加工，刀具的切入接触量与被加工材料之间的关系需要精确的控制。切屑的厚度取决于主轴的转速和刀具进给速度，它是该方程式中的一个部分。但刀具的水平和垂直切入角度往往会受到忽视，实际上它也起着一个很重要的作用。 7 `5 W7 r. u- s
$ L7 t2 }0 f# U9 W4 @2 @4 b3 R水平切入接触角度表示每一刀刃切入接触和离开被加工材料时的相对扫描量。垂直切入接触角度表示刀刃与被加工材料之间的最大瞬间切入接触量。 9 R! n" j5 P! X9 I4 j& \
) }! H" y2 S6 b: }, o这些因素加在一起决定了瞬间切削力和热耗散。为了对硬质材料进行有效的高速铣削加工，它们必须尽可能保持一致。
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图2显示了在典型Z轴操作中刀具切入接触时的不同情况，它可能会造成不一致的负荷和表面光洁度。CAM特性实例可以说明这一问题，它是一个零件上的跨度刀具轨迹，其目的是为了使其伸展到相邻的刀具轨迹上，并平等地在陡峭区和凹陷区中通过。
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总之，保持恒定的材料切削量是产生刀具轨迹不可缺少的一个部分。在提供高速加工机床的同时，通过对刀具轨迹的设计，使材料的切削速度保持一致，这样，一个模具加工车间就可以在硬质材料铣削加工方面取得全面的丰收。(end) |
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发表于 2010-7-1 08:45:50