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--熱烈祝賀我會聯辦的科普活動被中國科協評為--優秀科普活動
12月21日,中國科學技術協會辦公廳印發《關于對2020年全國科普日有關組織單位和活動予以表揚的通知》(科協辦函普字【2020】158號),江蘇省機械工程學會、南京工程學會和江蘇省學會服務中心聯辦的“2020年全國科普日暨第一屆‘天印筑夢·科普智行’”活動,被評為優秀科普活動。
對于許多粗加工甚至精加工的鏜孔,通過內插平面銑刀切孔可能是更好的工藝選擇。軟件的改進和更好的刀具設計使多功能面銑刀在孔加工中的應用得以擴展。
在金屬上打孔可能是任何機械車間中最常見的操作。專業的鉆孔和鏜孔工具可以很好地加工出準確的孔。
但是,越來越多的企業成功地使用了插補銑刀在盲孔和通孔上鉆孔。通常,此操作是使用立銑刀執行的。
由于機床設計,CNC和伺服響應方面的改進,尤其是在自由切削刀具幾何形狀的設計和制造中,一些端面銑削機現在具有雙重工作能力。他們可以處理平面的線性銑削和孔的螺旋銑削。
為了弄清楚一家企業考慮使用傳統立銑刀的時機和原因,以及鉆頭和鏜孔刀具上插入平面銑刀來切孔,我們與切削刀具制造商Widia North America的培訓和應用經理Jeff Fox進行了交談。Widia的母公司Milacron的高級應用工程師Jim Turner。他們使用平面銑刀的圓形和螺旋插補來生產出在圓度,尺寸和光潔度方面接近鏜桿質量的孔。
什么是機床插補?
機床插補(即同時進行多軸運動)已經存在了一段時間。在大多數CNC機床上,插補對機床操作員和編程人員是必備的。
內插器(實際上是CNC內的一臺小型計算機)會根據一些描述性輸入進行復雜的數學計算。插補器知道圓的大小和深度后,操作員就不必考慮它了。
圓弧插補涉及在標準三軸加工中心上同時運動三個軸中的兩個。通常通過切入將切削刀具進給到設定的切削深度。然后通過在X和Y軸上的組合移動執行插補。
螺旋插補同時使用所有三個軸。當X和Y軸插入一個圓時,Z軸以螺旋運動向下饋送,直到達到編程的深度。
為什么采用銑削和鉆孔?
通常,有兩種產生孔的方法:銑削和鉆孔。為了闡明我們的術語,讓我們同意,銑削一個圓涉及一個刀具在其自身的軸上旋轉并伴隨著工件的運動。
鉆孔使用直徑固定的工具,沿其自身的軸旋轉,然后單向(Z軸進給)插入靜止的工件中。傳統上,制作一個非常準確的孔-意味著良好的尺寸,圓度,深度和光潔度-至少需要兩個步驟,有時還需要幾個步驟。
首先,鉆孔。有時,當從實體上進行鉆孔時,會使用導向鉆為鉆孔奠定基礎。鉆頭穿過工件時,會遇到材料上的變化。這些可能是實質性的不一致,例如夾雜物或硬斑。當遇到這些“道路顛簸”之一時,鉆頭將趨于稍微偏斜或偏離航向。福克斯先生說,在某些應用中,“鉆頭可以游走0.008至0.015英寸。”
為了拉直鉆進路徑,使用了鏜桿。可以將其設置為最初的確切直徑,也可以通過逐步增加使其逐漸變大。使用鏜桿后,孔的尺寸應符合規格。為了滿足非常嚴格的表面光潔度規格,使用了鉸孔工具使孔光滑,并使尺寸達到光潔度直徑。
插值的支持者使用該過程消除了鉆孔過程中的某些步驟。對于面臨越來越苛刻的生產和運輸計劃的商店,取消生產過程中的幾個步驟,尤其是在諸如鉆孔之類的普遍操作中,可能會對吞吐量和利潤率產生重大影響。
福克斯先生說:“試圖簡化制造工藝是使用平面銑刀插補的主要推動力。” “如果您可以消除先導鉆孔序列或鏜孔序列,或用一個刀具鉆幾個不同尺寸的孔,則可以節省切削時間。這很好。而且,您還消除了隨之而來的非切削時間[例如例如其他工具的工具更換,工具設置和平衡,裝載和運輸。”
使用插補的關鍵是什么?
福克斯先生說:“使用插補的關鍵是在工件周圍平穩過渡,而不必每半度進行位置更新并在工件上留下痕跡。” “今天,大部分工作都是通過軟件完成的。大多數較新的CNC機床都能夠運行插補宏。通常,控件之間的差異在于X和Y軸創建軌道的速度。”
一種用于執行圓形插值的軟件技術稱為循環。基本上,軟件宏會進行數學運算,從而得出編程直徑的刀具軌跡。
Z軸的進給增量設置。在每個軌道中,工具在Z軸上切入規定的量。插補或X軸和Y軸組合運動被“循環”。
福克斯先生說:“我們反復在同一圓周上運行,并在Z軸上每個軌道向下移動一個增量,直到銑刀達到編程的深度為止。” “這使我們能夠平穩地使用平面銑刀進行鉆孔和鉆孔,而不會停頓。”
使用此增量Z軸進給可顯著減少執行編程插補所需的數據塊數量。根據特納先生的說法,“如果我有一個要深兩英寸的沉頭孔,我會從一點開始,然后告訴控件做一個圓并返回到起點。然后我告訴控件將其移動兩英寸。我的起點是Z軸。但是,如果我的刀片能夠切入四分之一英寸的深度,我需要告訴每次旋轉或繞行軌跡的控件將切入深度改變四分之一英寸。八需要轉數來打洞,但是那八轉是由單個代碼塊完成的。”
劃分兩英寸深度指令以適應四分之一英寸進給要求所需的計算在插值宏中。宏“執行數學運算”即可使用單個go-to命令將刀具達到編程深度。
特納先生說:“過去,如果有一臺具有螺旋插補功能的機床,則必須對銑刀的八個軌道進行編程,每次走刀的切入深度為四分之一英寸。” “為了圍成一圈,這是八個代碼塊。如今,使用CNC內置的內插宏對銑削孔進行編程要容易得多。以前需要八個代碼塊的孔現在只需要一個。”
除軟件外,還需要良好的硬件來插補孔。對于內插而言,具有非常真實的主軸和一組好的滾珠絲杠的機床也很重要,因為在生成圓時會在X和Z軸上發生軸反轉。
平面銑刀
金屬加工車間正在不斷尋找合并業務的方法。五面夾具,聯動工具,車銑和車削是減少對工件進行多次處理的方法的示例。
車間還要求切削工具制造商設法找到允許給定切削工具執行更多操作的方法。Widia和其他一些切削工具制造商已經開發了具有切削刀片幾何形狀和斷屑槽的單個切削工具,它們可以用一種工具執行,而以前需要使用多種工具。
特納先生說:“直到最近,根本沒有一種具有斷屑槽幾何形狀的刀具可以有效地完成端面銑削和立銑刀的雙重工作。這些新型銑刀使我們能夠使用一種刀具來完成切入和用于切邊的相同工具。” 根據刀片的形狀,也可以對同一刀片進行倒角。
對于在其加工中心中被困在工具袋中的車間來說,一種工具可以完成三項工作的優勢是顯而易見的。將一種工具用于多種孔尺寸也是有利的。Milacron已成功加工了需要進行端面銑削,倒角,六英寸和八英寸孔的粗加工和精加工的工件,而這些加工僅需使用一個刀具即可。
兩種進給速度
在常規鉆孔操作中確定了轉速后,Z軸進給速度就是需要考慮的主要變量。另一方面,插值是一組更復雜的變量。
例如,需要了解兩種進給速度。福克斯先生說:“進給速率一是指刀具在Z軸上每轉一圈或每轉軌道進給的深度。進給速率二是刀具在X // x方向上移動通過材料的速度。 ”
可以使用端面銑刀進行切入和側面切割的是刀片的幾何形狀,該幾何形狀設計為軸向正和徑向正。對于插補銑削切孔的觀察者來說不明顯的是,大部分切割是在端面上完成的,側面的切屑負載相對較低。
特納先生說,他可以使用立銑刀,將其下降到Z值,然后繞圓運行并重復該操作,直到達到深度為止,這是傳統的孔銑削技術。使用端面銑刀,進刀深度不能超過刀片的高度,因此,大部分切削是在銑刀的端面上進行的。而且,由于刀具的尺寸和齒的數量,金屬去除率更高。
平面銑刀的尺寸也是一個優勢。使用接近孔直徑大小的刀具可減小繞孔圓周所需的軌道尺寸,這也可減少側面載荷。
特納先生說:“而不是像在裝袋程序中那樣,使用兩英寸的立銑刀插入并切出直徑為六英寸半的孔,”特納先生說,“我們可以用六英寸的立銑刀插入我們開了一個六英寸半的孔,但側面只切了半英寸的圓。
特納先生繼續說道:“用六英寸的立銑刀是無法做到的。我們正在嘗試使用其他操作鏈中的工具,并將其實用性擴展到鉆孔,這就是端面銑刀起作用的原因。”
帶芯孔和實體
理想情況下,鉆孔和鏜孔的銑削插補最好用于六英寸以上的孔。福克斯先生說:“用鉆頭和鏜桿在其下方進行切割仍然更經濟。”
當將平面銑刀插補到從實體切出的大孔時,使用鉆頭作為導向孔可能是有利的。特納說:“撤離芯片是訓練飛行員的主要原因。” “這些銑刀沒有排屑槽,可幫助從切屑中鉆出切屑。使用商店中最大的標準鉆頭打孔,將為切屑釋放提供足夠的空間。”
在銑削刀具的插芯孔中非常有效。對于盲孔或通孔,銑刀僅需最小為孔徑的一半即可有效地插補孔。在小于孔直徑的一半的情況下,旋轉刀具會將材料留在孔的中心。
在秤的另一端,可以繞過一個六英寸的切刀繞入一個六英寸半的孔。然后,如果需要的話,同一臺6英寸的磨機可以切割一個8英寸,10英寸或12英寸的孔。
Turner先生告誡說,在盲孔上,非常接近孔直徑的銑刀可能會排屑。高壓冷卻液有助于排屑,因為加工中心上的水平主軸方向也是如此。如果孔深度對于切屑間隙而言過大,則立式加工中心可通過插補端面銑刀來進行孔加工。
平面銑刀的實用性
使用平面銑刀進行鉆孔和鏜孔確實擴展了單個工具的實用性。在許多操作中,銑削表面然后切出較大的帶孔鏜孔非常適合用平面銑刀插補。
特納先生說:“在應用這種技術時,我們希望消除粗鏜桿。它仍然是銑削操作,因此鏜孔中會出現一些銑削圖案痕跡。如果進給速度變慢,則可以進行合理的半精加工。使用這種技術可以達到高質量的切割質量。但是,我們發現,對于小于0.002英寸的公差和大于125 Ra的表面光潔度規格,您可能仍需要使用光潔度鏜桿才能獲得良好的結果。”
通過切割連續的螺旋切屑可以產生無聊的光潔度。許多車間要求生產這種表面以滿足無聊的公差要求。銑削可產生非常小的切屑,并且表面呈鋸齒狀或交叉影線。特納先生說:“要獲得無聊的外觀,您需要使用無聊的外觀。”
使用平面銑刀進行鉆孔和鏜孔
很少有金屬加工工藝可以完全消除,始終需要鉆孔。Widia和Milacron試圖通過使用插值用平面銑刀進行鉆削來實現的目的是減少車間的一些工具庫存及其相關的購買和設置成本。
特納說:“在蜂窩制造中,一家商店經常會嘗試使用冗余工具來保持運轉。刀具腔可能是一個額外的選擇,特別是如果每個工件孔都需要使用多個刀具來打孔的話。在這種情況下,可以同時使用多個刀具和端面銑刀進行粗鏜的刀具非常有用。”
對于高混合量,小批量的操作,插補可以節省車間大量的直接和間接加工時間。吞吐量可以滿足這些業務的需求。減少設置粗鏜條的需要,可使車間真正節省寶貴的時間,而不必花費越來越短的交貨時間。
特納先生說:“使用銑刀進行鉆孔和鏜孔意味著車間不需要儲備大量的鏜桿。一個車間可以攜帶一個四英寸,六英寸和八英寸的平面銑刀,可用于任何工作。對于具有四英寸半英寸的孔而另一部分具有五英寸的工件,英寸的鏜孔,一個鏜桿可能無法同時滿足兩種工作的需要,而四英寸的平面銑刀可以同時滿足這兩種工作。”