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恒定材料去除率

来源：信息中心　时间：2009-2-1 10:46:59

刀具破损是不愿意采用EDM放电加工而直接用硬材料铣削模具的模具制造厂所关心的一个重要问题。因超出刀具允许负载条件而发生的意外刀具破损不仅浪费资金，同时还会破坏整个加工过程。因此，通过始终使刀具处于最佳载荷水平，模具车间可以从中获得较大的好处。
然而，这方面存在的一个挑战是铣削时刀具路径会使材料去除率不断发生变化。在切深和跨距为刀具直径10%的典型高速粗加工路径中，在刀具开始进入通道中时，材料去除率会达到设想值的10倍，而当刀具进入内拐角时则会达到这个水平的5倍。这种峰值载荷是使刀具发生故障的头号原因。工厂的一般处理方式是改变进给速度、切深或跨距。尽管降低这些切削参数值中任何一个都有可能导致峰值载荷条件回到低于门槛值的水准，但这也会降低总体的刀具路径金属去除率，从而降低生产率。因此，对这种问题可以采用更好的方式来解决。
刀具路径的调整
某些刀具路径优化法的目的在于通过分化刀具路径并频繁调节进给速度而获得比较一致的材料去除率。这种策略可以产生宏观水平恒定的材料去除率。但是，它却对机床方面提出了复杂的问题。机床控制器内装式高速加工处理器可以完善在几何上平滑的刀具路径。在进给速度较高的情况下，控制器需要对刀具路径进行动态修匀。以较小的长度间隔调节进给速度会引起控制器解释一些用于精确定位的刀具路径数据，否则这些数据可以合格用于平滑插补。如果发生这种情况，机床会减慢速度，让循环时间更长。当间隔非常小时，精确调节也可能引起有损于表面粗糙度的跳跃式的机床动作。
另一个问题与主轴速度相关。调节进给速度而不调节相应的主轴速度，会引起切屑厚度发生变化，而切屑厚度对长时间加工的表面粗糙度以及刀具的有效性具有决定性影响。
某些刀具路径处理器采用的一种替代方式可以描述成预防性方法。这些处理器可以对刀具路径的几何结构进行规划，以免产生过高的载荷。例如，每当刀具结束开槽或进入较小的拐角时，CAM软件可以应用一种自动启动额外摆动刀具路径环路的摆动功能。如在UGS的NX CAM中，用户不仅规定诸如切深和跨距等参数，同时还有允许的过载百分比数值。然后，金属去除率被控制在该门槛值内。软件通过按这两页中所显示的某种刀具路径退刀和重新啮合刀具而控制负载。尽管这种几何结构引入了额外的空切，但它却使刀具载荷达到最佳状态。
对较小刀具的编程
引起间歇性刀具载荷的另一个CAM编程问题是为精加工所留余量的不规则性。精加工操作通常采用直径较小、悬伸量较长的刀具。为了确保安全切削并获得较好的表面粗糙度，这些刀具一定要一致地咬入零件材料，并切掉均匀的材料量。
典型的Z向半精操作在浅区留下了引起后续刀具非规则负载的非均匀余量。比较复杂的Z向能力可以在这些浅区自动添加刀具路径，帮助确保比较均匀的余量。
另一个特征，即在粗加工工序中自动识别平坦水平面，可以防止在这些面上留下剩余余量。这一点还可以避免后续刀具产生过高载荷。
刀具咬合
进行高效硬铣时，必须严格控制刀具与工件的。由主轴速度和进给速度决定的切屑厚度是该因素的一部分。但是水平和垂直咬合角它们通常被人们忽视也具有很重要的作用。水平咬合角表示在每个切削刃咬合和离开工件时所去除的材料量。垂直咬合角表示较大瞬间切削刃与工件的咬合量。
这些因素综合起来可以确定瞬间切削力及热扩散。对于高速、高效硬铣削，它们需要尽可能保持一致。
结论：恒定的材料去除率可以作为刀具路径生成的一个整体部分。通过给高速机床提供设计用于保持材料去除率恒定的刀具路径，模具加工厂可以从硬铣中全面获得好处。
原文作者：Edwin Gasparraj

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