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上海藍(lán)霸減速機(jī)有限公司
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改變速度以提高生產(chǎn)效率 |
高效加工——用最少的時間切削零件——是希望提高生產(chǎn)率的車間的目標(biāo)。許多制造商選擇采用輕切削和進(jìn)給速率逐步減小的方法，以機(jī)床的大進(jìn)給速度或接近此速度來運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)床。這種高速技術(shù)頗具吸引力，因?yàn)闄C(jī)床盡其所能的快速運(yùn)動。但是，這種策略會造成許多低效的路徑并妨礙減少加工時間這一目標(biāo)。雖然這樣做意味著從來不會出現(xiàn)因過大的金屬切削率而導(dǎo)致刀具斷裂，但這種加工技術(shù)并不能高效地切削。
達(dá)到最短切削時間與進(jìn)給速率無關(guān)，而是達(dá)到最高切削率的直接結(jié)果。按照比大多數(shù)高速策略通常所推薦的還要大的深度來進(jìn)行切削往往效率更高，但是危險在于刀具可能遭遇過載的情況。這可能導(dǎo)致斷裂或者需要超過機(jī)床馬力的功率。實(shí)現(xiàn)高效加工的關(guān)鍵在于變化進(jìn)給速率以達(dá)到可能的最高切削率，同時保護(hù)刀具不斷裂或過載。
軟件優(yōu)化
只有利用軟件(它針對遇到的任何情況調(diào)節(jié)數(shù)控程序的切削速度)才可能實(shí)現(xiàn)高效加工。Vericut就是這樣一個基于知識的加工系統(tǒng)，它由位于美國加利福尼亞州Irvine市的GC Tech公司提供。通過一個仿真程序，該軟件掌握每次切削的準(zhǔn)確深度、寬度和角度。而且，它知道在每個切削段內(nèi)切削多少材料，以及刀具與材料相接觸的準(zhǔn)確形狀。
程序的優(yōu)化模塊叫做OptiPath，它讀取數(shù)控刀具路徑文件并把運(yùn)動劃分成許多較小的段。必要時，根據(jù)每段內(nèi)被切削材料的量，軟件針對所遇到的每種切削情況分配最佳進(jìn)給速率。然后它生成一條新的刀具路徑，新路徑與原路徑相同但是進(jìn)給速率有所改善。在切削少量材料的區(qū)域，Optipath增大進(jìn)給速率。當(dāng)有更多材料被切削時，它會減小進(jìn)給速率。這能防止刀具斷裂并且阻止機(jī)床超過其馬力。在可能的情況下，維持類似的高進(jìn)給速率，但是與進(jìn)給速率在每次通過時微微減小這種情況相比，軟件提供更大的切削效率并且所需時間更少。不改變切削刀具路徑，更新的信息就被應(yīng)用到新刀具路徑中。
圖1 這兩個6mm圓頭槽銑刀被用于切削相同的鑄模。右邊的圓頭槽銑刀由數(shù)控優(yōu)化軟件來控制，它顯示較少的磨損。它切削零件的時間比由標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控程序所控制的相同刀具所花時間的一半還少
圖2 當(dāng)要切削少量材料時，軟件優(yōu)化使進(jìn)給速率增大；而當(dāng)?shù)毒哂龅礁嗟牟牧蠒r，使進(jìn)給速率減慢
為了確定切削每段內(nèi)的最佳進(jìn)給速率，OptiPath結(jié)合考慮操作員根據(jù)一些預(yù)定加工條件而規(guī)定的進(jìn)給速率和其他一些因素，例如機(jī)床性能(包括馬力、主軸類型、快速移動速度和冷卻劑)，固定裝置和夾具的剛度，以及切削刀具類型(材料、設(shè)計(jì)、齒數(shù)和長度)。程序還考慮與刀具路徑的特點(diǎn)相關(guān)的一些因素，例如切削深度、寬度和角度、切削率、進(jìn)給速率和刀具磨損等。
這是一個自動的解決方案，它在程序被加載到機(jī)床上之前確定最佳進(jìn)給速率。軟件還利用數(shù)控程序員和機(jī)械師們的專家知識來確定特定切削條件下的最佳進(jìn)給速率。
軟件V.S. 回應(yīng)式加工
自適應(yīng)控制技術(shù)感知切削條件并實(shí)時調(diào)節(jié)進(jìn)給速率，它似乎是取代軟件優(yōu)化的一種可行替代方案，但是要考慮一些問題。第一點(diǎn)是安裝與維護(hù)的花費(fèi)。每臺CNC計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床必須配備它自己的自適應(yīng)控制技術(shù)，這會使每臺機(jī)床花費(fèi)數(shù)千美元。接著，每臺設(shè)備必須單獨(dú)安裝和配置。主動控制技術(shù)能在不同機(jī)床上采用不同控制技術(shù)進(jìn)行不同的工作，即使它們是由同一家制造商生產(chǎn)。一旦主動控制技術(shù)準(zhǔn)備好并正常工作，對于任何機(jī)電系統(tǒng)來說，隨后還要實(shí)施調(diào)節(jié)、可靠性和維護(hù)程序。
主動控制技術(shù)是回應(yīng)式。這意味著它根據(jù)接收自主軸傳動電機(jī)的反饋來調(diào)節(jié)進(jìn)給速率，以便使主軸傳動機(jī)構(gòu)上的載荷保持恒定。這種優(yōu)化適合于一些能承受重載的非常堅(jiān)硬的刀具類型，例如平面銑刀或大型端銑刀。
但是，對于不同的切削條件，主軸載荷優(yōu)化不能總是提供最佳進(jìn)給速率。例如，斜線走刀切削并不總是顯著增大主軸載荷。當(dāng)在材料中推進(jìn)刀具變得更加困難，但是使主軸旋轉(zhuǎn)并未變得同樣困難時，它們增加軸電機(jī)上的載荷。當(dāng)載荷增加到使主軸變得難以旋轉(zhuǎn)的程度時，斷裂即將發(fā)生。
當(dāng)采用高科技硬質(zhì)合金銑刀進(jìn)行加工時，主動控制系統(tǒng)還會造成一些問題。這些刀具被設(shè)計(jì)在最佳切屑厚度條件下進(jìn)行切削，它們非常自由地切削并且不需要很大的馬力來達(dá)到高切削率。但是存在切屑厚度變得太大的情況，那時將導(dǎo)致刀刃過早損壞。最后，它造成刀具的早期失效。所以，在本例中，主軸載荷并不是設(shè)置大進(jìn)給速率的恰當(dāng)依據(jù)，因?yàn)榧词惯M(jìn)給速率非常高，主軸上增加的載荷也是微不足道的。等到主動控制技術(shù)調(diào)節(jié)進(jìn)給速率時就為時太晚了。
底線是主動控制技術(shù)被限制在主軸載荷超過一預(yù)定閾值時進(jìn)行調(diào)節(jié)。該技術(shù)不知道加工期間的實(shí)際切削條件，所以它不能準(zhǔn)確地確定每次切削的理想進(jìn)給速率。
軟件優(yōu)化并不力求達(dá)到恒定的主軸載荷，而是維持恒定的刀具載荷。當(dāng)斜線走刀時，保持恒定的刀具載荷產(chǎn)生更安全的進(jìn)給速率。而且，當(dāng)使用高科技銑刀進(jìn)行加工時，保持恒定的刀具載荷延長了刀具使用壽命。
優(yōu)化進(jìn)給速率的軟件方法節(jié)約成本，因?yàn)樯倭康能浖S可就能夠?yàn)樗蓄愋秃筒捎酶鞣N控制方式的許多CNC計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床提供優(yōu)化功能。
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