競爭(zheng) 壓力正不斷迫使製造商以更高效的方式加工零件。與(yu) 此同時,航空結構件生產(chan) 商也需要強度更高、質量更輕、公差要求更嚴(yan) 的構件。采用高速加工技術可以使製造商縮短加工循環時間,同時還能加工出比以往更精巧、壁更薄的零件。
按照哈斯(Haas)公司加工經理Wayne Reilly的看法,許多人在使用高速加工這一術語時並不嚴(yan) 謹。在Reilly看來,雖然一些人認為(wei) 任何主軸轉速超過10000rpm的加工就算高速加 工,但另一些人對此卻有更複雜一些的定義(yi) 。他說,“實際上這取決(jue) 於(yu) 該術語的使用背景。工具製造商可能將其定義(yi) 為(wei) 轉速,而機床製造商則可能將其定義(yi) 為(wei) CNC 數控係統中的某些前瞻處理程序塊。高速加工的技術發展趨勢是采用更快的切削速度、進給率和負荷更輕的切削,而傳(chuan) 統加工通常采用負荷較重、切深較大的低速切 削。”例如,哈斯公司生產(chan) 的立式加工中心(VMC)為(wei) 高速加工提供了高達30000rpm的額定主軸轉速和30馬力(22.4kW)的驅動係統額定功率。
辛辛那提(MAG Cincinnati)公司的鋁件加工平台經理Randy Von Moll表示,“與(yu) 其孤立地討論主軸轉速,我倒更喜歡高效加工這個(ge) 術語。”他的定義(yi) 除了主軸轉速外,還包括機床的動態響應。他用了5個(ge) 參數來定義(yi) 高效加 工:①主軸轉速;②主軸功率;③高的進給率和刀路速率;④高的加、減速度;⑤高精度。後三個(ge) 條件專(zhuan) 門定義(yi) 了機床的動態響應而不是主軸特性。Von Moll說,“為(wei) 了更有效地切削合金材料(如鋁合金),確實需要將高性能的主軸與(yu) 機床的高動態響應結合起來。”
如果將航空零件分為(wei) “薄板件”和“厚板件”兩(liang) 大類,他認為(wei) 可將高速加工分別定義(yi) 為(wei) :對於(yu) 厚度在 50mm以內(nei) 的薄板件,主軸轉速為(wei) 30000rpm,額定功率為(wei) 80馬力(60kW);對於(yu) 厚度在50mm以上的厚板件,主軸轉速為(wei) 18000rpm,額 定功率為(wei) 135馬力(100kW)。
Von Moll解釋說,“在切削加工薄板件和厚板件時,機床的最高動態響應參數並無太大不同。對於(yu) 兩(liang) 種工件,加速度/減速度都應在0.5g左右,應提供盡可能快的(非切削)往複運動,至少達到1500ipm(38m/min)。”
在加工複雜的凹腔類工件時,加速度/減速度對切削時間有很大影響,因為(wei) 刀具在加工中必須多次改變方向。
機床的往複移動時間會(hui) 影響切削時間,尤其是輔助時間(切削鋁合金時輔助時間可占到全部加工循環時 間的20%)。輔助時間包括切削一個(ge) 新工件時刀具的定位時間或刀具移動到換刀機械手的時間。按照精益製造的觀點,輔助時間是一種需要消除的浪費。幾年前, 辛辛那提公司推出了可實現快速往複移動與(yu) 高加/減速度完美結合的HyperMach立式仿形銑床係列。這些機床的快速往複移動速度高達 4000ipm(101m/min),其目的就是為(wei) 了縮短輔助時間。HyperMach的X、Y、Z軸行程分別達到33m、3500mm和1250mm, 並配置了附加的A、B或C軸,機床的主軸轉速高達30000rpm.大部分HyperMach立式仿形銑床都是在一個(ge) 共用的X軸龍門結構上安裝兩(liang) 個(ge) 相互獨 立的主軸。為(wei) 了應對提高大型工件(尺寸可達2000mm×4000mm)加工效率的市場需求,辛辛那提公司將在IMTS 2008(2008年美國芝加哥國際製造技術展覽會(hui) )上展出並演示HyperMach臥式係列。
“切削出小切屑並盡可能快速地加工”是牧野(Makino)公司設計工程師Alan Hollatz對高速加工的定義(yi) 。他認為(wei) ,高轉速、小切深的加工方法可以減少傳(chuan) 入工件或刀具中的切削熱,工件和機床所受的切削力也較小。傳(chuan) 統的低轉速、大 切深加工方法容易使現代設計中壁厚薄至0.030″(0.76mm)的工件產(chan) 生變形。較小的切削力還意味著可以降低對工件夾持的要求。
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