如果加工同族零件,需要充分利用這些零件的共同特征,以便最大程度地減少編程、裝卡和加工時間。這是密執安州特洛伊城Trutron公司力圖更有效地加工一種汽車前輪驅動等速萬向節鍛壓模具的思路的一部分。該公司以加工汽車專用模具而聞名。 Trutron公司自上世紀七十年代開始生產CV(等速)萬向節模具,該模具的主要組成部分是以高速鋼棒材制成的上模和下模。通常,上模長10~12"x 直徑4";下模長8"x直徑6"x型腔4"。原先,上、下模毛坯經過粗加工和熱處理以后,便在EDM機床上對細部進行電蝕加工—這與該公司以EDM起家是一致的。
隨著公司的發展,其加工能力擴大了,并且產品多樣化開始進入航空航天工程領域,包括加工許多不同的金屬零件。為了更有效地加工航空航天零件,該公司添置了加工中心。在高速加工‘登場'以后,該公司開始考慮利用高速加工中心的優勢:既可以加工滑枕式EDM機床上使用的石墨電極,也可以選擇性地取代某些EDM加工任務。 Trutron高層在1998年芝加哥國際制造技術博覽會上逐一參觀了機床制造商和經銷商展示的高速加工中心,他們印象最深刻的是Mikron公司(伊利諾斯州林肯郡)主軸速度高達42,000r/min的加工中心。
不久以后,Trutron 公司購買了一臺Mikron HSM 700型3+1軸加工中心,計劃用于高速切削石墨電極和熱處理后硬度高達65Rc的金屬件。 Trutron生產副總裁Tim Griswold 解釋道:“我們第一次用高速銑削而不是EDM加工這些零件時,每個零件可以節省4小時,這使我們清楚地看到更多零件改用高速切削的潛在好處。” 這臺加工中心的20工件隨行夾具每次最多可以裝夾20件上模/下模毛坯,使機床能夠進行長周期的無人值守運行。
高速銑削程序由Trutron 主管工藝員Mark Cohrs脫機編制,他使用DP Technology(加州Camarillo)的Esprit軟件,而且Trutron公司將Esprit用于該廠的每臺CNC機床,包括CNC車床、加工中心、線切割機,甚至還包括一臺CNC連續軌跡坐標磨床。高速銑削程序設計過程從建立實體模型開始。實體模型根據用戶提供的CAD數據建立,或者由用戶自己建立。建模軟件可以識別模型上的型腔、孤島、曲線和其它幾何特征,并對所有特征進行歸類,為生成刀具路徑作好準備。通過將相似特征進行分組,程序員只需一次操作就可以建立起整組工件的刀具路徑。接著,程序員開始建立加工工序。首次建立一個加工工序時,須仔細確定它的正確性。一旦證實無誤,程序員可以把它存入加工(標準工藝)知識庫(Esprit加工知識庫稱作Knowledgebase)。加工工序一經保存,隨時可以調用并插入程序之中,供任意數量的相似零件使用。保存在知識庫的信息包括被加工材料的型號、刀具、速度和進給量、切深和其它重要參數。
建立刀具路徑后,程序員采用快速仿真功能對刀具路徑進行驗證。快速仿真顯示每個刀具在實體模型上進行切削的情況,每個刀具軌跡與模型進行比較,并用彩色顯示偏差。最后,在所有的問題得到糾正以后,程序下傳給機床。建立知識庫為了利用Trutron 公司加工CV萬向節上模和下模的相似特征,Cohrs開始建立一個機械加工知識庫,使他能夠對現成的程序段進行復制并粘貼到相似模具的加工程序中。他解釋說:“在加工知識庫中,我們保存20~30項數值,如主軸速度、進給速率、切寬(軌跡間隔)、殘留高度、導入/導出等等,須給每個零件設置一份完整的特征清單。此后,我把詳細文件保存到加工知識庫,以備將來使用。例如,在編制新的模具卸壓程序時,不必為每個新模具重新設置一套數值,而是直接從數據庫中調出卸壓文件并把它插入我的程序中。” 現在Trutron使用這臺5軸加工中心對大部分以高速鋼為材料的CV萬向節模具進行加工,這是Trutron最近新增的兩臺高速硬銑機床之一。 Cohrs接著說:“完全加工一個給定的凸模,差不多需要20個不同的3D刀具路徑。有些切削是凸模熱處理前的粗加工,有些是熱處理后的精加工等等。凸模的全部刀具路徑最終確定以后,被保存到加工知識庫。如果接到類似凸模的定單,我可以原封不動地采用知識庫中保存的前一個凸模的全部刀具路徑,或者略加修改。切寬、進刀、退刀等等,都已經設計好并保存起來供今后使用。我們不必為每個新模具從頭開始編程。”
Cohrs強調,高速加工凸模涉及許多單獨的操作,利用加工知識庫使每項操作的編程時間大約縮短30分鐘。“有時,凸模非常相似,所采用的主軸速度、切寬以及其它許多加工參數完全相同,我只需直接調用這些參數并且應用到新零件上就行了。” 他還說:“反復利用加工知識庫的數據,不僅能夠節省時間,還可以減少編程錯誤。在零件編程和加工過程中,決不會陷入任何推斷或臆測,因為我們在先前的編程工作中已經排除了程序錯誤。另外,快速編程使我們能夠在一定時間內生成更多的程序。” 效率增益遠遠超出了編程工作站的范圍。Trutron公司Griswold先生指出,包括鉗工作業在內,自始至終采用EDM工藝加工一個零件平均花費1,140分鐘。而改用高速加工以后,相同的零件只需大約570分鐘,即一半時間就能生產出來。他強調,“這不光是節約時間的問題,高速加工為其它”。
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