競爭壓力正不斷迫使制造商以更高效的方式加工零件。與此同時,航空結構件生產商也需要強度更高、質量更輕、公差要求更嚴的構件。采用高速加工技術可以使制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并不嚴謹。在Reilly看來,雖然一些人認為任何主軸轉速超過10000rpm的加工就算高速加 工,但另一些人對此卻有更復雜一些的定義。他說,“實際上這取決于該術語的使用背景。工具制造商可能將其定義為轉速,而機床制造商則可能將其定義為CNC 數控系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,哈斯公司生產的立式加工中心(VMC)為高速加工提供了高達30000rpm的額定主軸轉速和30馬力(22.4kW)的驅動系統額定功率。
辛辛那提(MAG Cincinnati)公司的鋁件加工平臺經理Randy Von Moll表示,“與其孤立地討論主軸轉速,我倒更喜歡高效加工這個術語。”他的定義除了主軸轉速外,還包括機床的動態響應。他用了5個參數來定義高效加 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。后三個條件專門定義了機床的動態響應而不是主軸特性。Von Moll說,“為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機床的高動態響應結合起來。”
如果將航空零件分為“薄板件”和“厚板件”兩大類,他認為可將高速加工分別定義為:對于厚度在 50mm以內的薄板件,主軸轉速為30000rpm,額定功率為80馬力(60kW);對于厚度在50mm以上的厚板件,主軸轉速為18000rpm,額 定功率為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并無太大不同。對于兩種工件,加速度/減速度都應在0.5g左右,應提供盡可能快的(非切削)往復運動,至少達到1500ipm(38m/min)。”
在加工復雜的凹腔類工件時,加速度/減速度對切削時間有很大影響,因為刀具在加工中必須多次改變方向。
機床的往復移動時間會影響切削時間,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。按照精益制造的觀點,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復移動與高加/減速度完美結合的HyperMach立式仿形銑床系列。這些機床的快速往復移動速度高達 4000ipm(101m/min),其目的就是為了縮短輔助時間。HyperMach的X、Y、Z軸行程分別達到33m、3500mm和1250mm, 并配置了附加的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共用的X軸龍門結構上安裝兩個相互獨 立的主軸。為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年美國芝加哥國際制造技術展覽會)上展出并演示HyperMach臥式系列。
“切削出小切屑并盡可能快速地加工”是牧野(Makino)公司設計工程師Alan Hollatz對高速加工的定義。他認為,高轉速、小切深的加工方法可以減少傳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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