以前
,人們還認為硬度超過HRC45的金屬材料很難實現(xiàn)高速加工,因此,通常的做法是先對軟鋼工件進行粗加工和半精加工,然后在將其淬硬后,再使用具有足夠加工能力的機床(或通過手工)對淬硬工件進行精加工,以去除微小余量。加工淬硬工件時,為了避免損壞機床和刀具,只能采用很低的切削速度。為了高速加工淬硬鋼
,必須具備能夠達到加工要求的機床、控制系統(tǒng)和工具系統(tǒng)。此外既然硬材料的高速加工(HSM)具有這些嚴苛要求及各種挑戰(zhàn)
那么
,成功的高速硬銑削需要具備哪些技術(shù)條件呢?顯然,第一個要求是必須具有能達到高速加工(HSM)轉(zhuǎn)速——平均從20,000r/min到大約40,000r/min——的高速主軸,從而能在不增大切削力的情況下采用更高的進給率。然而,速度并不是需要關(guān)注的最重要因素,因為更高的切削速度并不一定意味著更短的加工循環(huán)時間。如果你不能在高速銑削加工中保持與常規(guī)加工相同的精度水平,并具有一個可靠的加工系統(tǒng),你就會花費更多的時間來解決各種層出不窮的問題。當你提高主軸轉(zhuǎn)速時,必須確信機床具有足夠的穩(wěn)定性,并且確保加工系統(tǒng)其他方面(如數(shù)據(jù)處理、控制系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、伺服電機為了控制主軸的高速運轉(zhuǎn)
,就必須提高CNC控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理速度。與幾年前使用的處理器相比,如今的高速處理器的運行速度已有大幅提高,控制軟件也更加先進,如Makino(日本牧野)公司專門針對高速加工優(yōu)化開發(fā)的SGI.4控制軟件包。此外,現(xiàn)代總線結(jié)構(gòu)和聯(lián)接速度的提高使控制器能更有效、更可靠地與主軸通訊。各種功能部件(如伺服電機和軸系)必須能滿足高速加工的要求
。伺服電機的設(shè)計必須能提供最大扭矩而不會使電機過載,以提高各運動軸的加速度,同時保持運動的平穩(wěn)性,以保護機械零部件。許多新型數(shù)字伺服系統(tǒng)可提供1,600萬個脈沖/滾珠絲杠每轉(zhuǎn)的分辨率,從而有助于實現(xiàn)這一任務(wù)。目前,性能最佳的高速加工軸系是采用鋼制滾道和陶瓷滾珠的混合型軸系,這種軸系在更高的轉(zhuǎn)速下具有更小的扭矩,并具有更好的光潔度和電絕緣性。此外
,切屑處理系統(tǒng)也不容忽視。在高速加工中,由于金屬去除率大大提高,因此,快速而有效地從加工區(qū)排出切屑至關(guān)重要。當高速銑削硬度大于HRC45的工件材料時,很容易產(chǎn)生振動和高溫
為了應(yīng)對振動和高溫,首先需要采取的步驟是采用穩(wěn)定性好的機床和刀具夾頭
需要考慮的另一個重要特性是機床的溫度控制能力
許多模具(尤其是大型模具)往往需要幾天時間才能加工完成
主軸中心冷卻是Makino公司開發(fā)的一項專利技術(shù)
,它能有效減小高速主軸的熱膨脹。中心冷卻可以限制主軸的熱膨脹量,并使主軸快速穩(wěn)定。將精確控制溫度的冷卻油泵入主軸中心,既可以潤滑主軸,又能對它進行冷卻。至于刀具夾頭,你需要確定哪種夾頭最適合自己的加工
選擇刀具夾頭時需要考慮的最大問題是對其減振性能要求有多高。刀具夾頭系統(tǒng)不應(yīng)該允許能量傳入主軸界面(刀具與主軸之間的重要接觸點)
制造精良的彈簧夾頭吸振性好
無論采用何種刀具夾頭
高速加工淬硬鋼時,需要使用專門設(shè)計的切削刀具
確保所使用的編程軟件允許采用各種可能對高速銑削淬硬鋼極具價值的切削技術(shù)。擺線粗銑
另一個重要的編程要點是要了解如何根據(jù)工件材料的硬度選取切削寬度和切削深度。這個經(jīng)常容易被忽視的問題可能會使硬銑削加工的效果大相徑庭
表1 高速銑削淬硬鋼時的切寬與切深
工件硬度-HRC45以下-HRC45~58-HRC60以上
徑向切寬-刀具直徑的50%-刀具直徑的45%-刀具直徑的45%
軸向切深-刀具直徑的10%-刀具直徑的7%-刀具直徑的5%
在粗銑加工中
必須確保你的加工程序和編程能力可以滿足高速銑削淬硬鋼的要求
高速硬銑削與低速硬銑削和高速軟銑削都截然不同。同樣的加工法則不一定再適用
例如
采用新的機床和刀具系統(tǒng)進行高速硬銑削時
,如果發(fā)生機床、主軸和專用刀具系統(tǒng)損壞的情況,將會造成昂貴的經(jīng)濟損失和浪費大量時間。因此,必須對工藝師和機床操作人員進行技術(shù)培訓(xùn),確保他們具備正確使用高速硬銑削加工設(shè)備和工具系統(tǒng)的能力。培訓(xùn)不僅對保護重要設(shè)備和降低廢品率十分重要
,而且可以幫助企業(yè)的其他員工對工件流可能發(fā)生的變化有備無患。許多實施高速加工的企業(yè)都意識到,一些環(huán)節(jié)很快就會形成瓶頸。當人們習(xí)慣于以某種確定的節(jié)奏進行一項操作時,如果其中一個特定部分突然加速,就很容易造成混亂。當你開始實施高速硬銑削時,這一點變得尤為重要,因為加工循環(huán)時間會比過去大幅縮短(通常會縮短50%以上)。 以上資料由蘇州碩朔五金工具整理發(fā)布(www.openvp.cn)