Công nghệ cắt tốc độ cao: Nguyên tắc, tối ưu hóa đường dẫn công cụ và ứng dụng công nghiệp
Tóm tắt
Cắt tốc độ cao (HSM) không phải là tăng tốc độ trục chính đơn giản, mà là một bộ hệ thống kỹ thuật hoàn chỉnh bao gồm động lực học công cụ máy, vật liệu công cụ, chiến lược cắt và lập kế hoạch đường dẫn CAM. Mục tiêu cốt lõi của nó là cải thiện đáng kể tỷ lệ loại bỏ vật liệu (MRR) và giảm lực cắt thông qua độ sâu cắt nhỏ, tốc độ quay cao và thức ăn lớn trên tiền đề đảm bảo độ chính xác của gia công. Bắt đầu từ bản chất vật lý của cắt tốc độ cao, bài viết này giải thích sâu sắc cơ sở lý thuyết của "hiệu ứng làm mỏng chip" và nguyên tắc "góc cắt không đổi", đồng thời phân tích một cách có hệ thống các yêu cầu kỹ thuật của vật liệu công cụ (lớp phủ nano, cacbua cứng phủ PVD) và hệ thống chân dao (chân dao co nhiệt HSK) phù hợp để gia công tốc độ cao. Ở cấp độ CAM, tập trung vào các chiến lược đường dẫn công cụ phù hợp với các công cụ máy tốc độ cao như xay xát, cắt xoắn ốc, đường chuyển tiếp trơn tru, v.v., đồng thời đưa ra việc thực hiện công nghệ điều chỉnh tự động tốc độ cấp dữ liệu và kiểm soát hướng tới tương lai gia tốc. Lấy ví dụ như gia công tốc độ cao của khuôn ốp ô tô, cung cấp dữ liệu so sánh về hiệu quả gia công và chất lượng bề mặt. Cuối cùng thảo luận về thực tiễn tốt nhất của cắt tốc độ cao trong gia công các bộ phận tường mỏng, kim loại màu và thép cứng, cung cấp cửa sổ tham số có thể vận hành cho nhân viên quy trình.
Cắt tốc độ cao: Định nghĩa và bản chất vật lý
Khái niệm cắt tốc độ cao lần đầu tiên được đề xuất bởi học giả người Đức Carl Salomon, người có giả thuyết lý thuyết rằng khi tốc độ cắt vượt quá một giá trị quan trọng nhất định, nhiệt độ cắt sẽ giảm xuống. Mặc dù bước ngoặt cụ thể này chưa được xác nhận đầy đủ trong nhiều loại vật liệu, cắt tốc độ cao thực sự đã mang lại những thay đổi mang tính cách mạng trong ngành: lực cắt giảm, hình thành chip ổn định hơn và tỷ lệ phôi truyền nhiệt giảm.
Trên thực tế, đối với hợp kim nhôm, cắt tốc độ cao được định nghĩa là tốc độ cắt 1000-7000 m / phút; đối với các bộ phận thép là 300-800 m / phút; đối với thép cứng (HRC 50 trở lên) là 150-300 m / phút. Các đặc điểm nổi bật của cắt tốc độ cao là: độ sâu cắt xuyên tâm rất nhỏ (thường là 3% -10% đường kính công cụ), độ sâu cắt trục là trung bình, nhưng tốc độ cấp dữ liệu là cực kỳ cao (lên đến 20 m / phút trở lên). Loại cắt "lớp" này làm cho lực cắt chủ yếu hoạt động trên trục, giảm biến dạng bên, đặc biệt phù hợp với cấu trúc tường mỏng.
Hiệu ứng làm mỏng chip và đường góc cắt liên tục
Để hiểu về cắt tốc độ cao, cần phải nắm vững "hiệu ứng làm mỏng chip". Khi sử dụng độ sâu cắt xuyên tâm nhỏ (ví dụ: đường kính công cụ 10mm, độ sâu cắt xuyên tâm 0,5mm), độ dày tối đa của chip nhỏ hơn lượng thức ăn cho mỗi răng. Để duy trì độ dày chip mong muốn (để tránh quá nóng của công cụ), tốc độ thức ăn phải được tăng lên. Công thức tính toán là: độ dày chip tối đa thực tế = lượng thức ăn cho mỗi răng sin (góc cắt). Góc cắt phụ thuộc vào tỷ lệ độ sâu cắt xuyên tâm / đường kính công cụ. Hiệu ứng này cho phép tăng đáng kể tỷ lệ thức ăn trong khi vẫn giữ nguyên tải trọng nhiệt.
Dựa trên điều này, một trong những nguyên tắc cốt lõi của đường dẫn CAM cắt tốc độ cao là duy trì độ sâu cắt xuyên tâm không đổi, tức là góc cắt không đổi. Để đạt được mục tiêu này, chiến lược Milling (Trochoidal Milling) đã được phát triển: công cụ di chuyển dọc theo quỹ đạo vòng cung tròn, độ sâu cắt xuyên tâm luôn không thay đổi, ngay cả trong quá trình phay khe hoặc gia công khoang hẹp cũng có thể đạt được tải trọng không đổi trên toàn bộ đường dẫn. Chiến lược này làm cho tác động nhiệt của công cụ đồng đều và kéo dài tuổi thọ đáng kể.
Hệ thống công cụ gia công tốc độ cao và yêu cầu công cụ máy
Cắt tốc độ cao đưa ra yêu cầu cực kỳ cao đối với công cụ và tay cầm. Sự giãn nở ly tâm của tay cầm BT thông thường trên 20000 vòng / phút có thể dẫn đến rơi dao. Tay cầm công cụ HSK (hình nón ngắn rỗng) phù hợp hơn với trục chính tốc độ cao vì cấu trúc tiếp xúc hai mặt. Tay cầm công cụ co nhiệt hoặc tay cầm công cụ thủy lực cung cấp độ chính xác chạy tốt hơn (
Về công cụ máy móc, cần có thân giường cứng nhắc cao (ví dụ như bê tông polymer), đường ray con lăn tuyến tính, trục chính điện công suất cao (≥30kW, trên 30000 rpm) và ổ đĩa servo phản ứng nhanh. Đặc biệt quan trọng là điều khiển gia tốc và gia tốc (jerk) - có một số lượng lớn các đoạn nhỏ trong đường dẫn gia công tốc độ cao, hệ thống điều khiển cần phải có chức năng giới hạn gia tốc cao để tránh rung động của công cụ máy.
Chiến lược gia công tốc độ cao CAM và làm mịn đường dẫn
Đường dẫn công cụ bù đắp bằng nhau "răng cưa" truyền thống sẽ tạo ra đột biến tải và xoay hướng nhanh, không phù hợp để cắt tốc độ cao. CAM hiện đại đã phát triển các công nghệ sau đây dành riêng cho HSM:
Gia công xoắn ốc đẳng áp: dọc theo mặt phẳng Z từng lớp xoắn ốc xuống dưới, cho dao vào và thoát ra trơn tru liên tục.
Rãnh phay Cycloid: Như đã đề cập trước đó, giải quyết hiệu quả khó khăn loại bỏ chip rãnh sâu.
Kết nối tải liên tục: Tự động sử dụng chuyển tiếp vòng cung hoặc hình chữ S tại kết nối khu vực thay vì chuyển tiếp góc vuông.
Tốc độ cho ăn được điều chỉnh tự động: Điều chỉnh tốc độ cho ăn trong thời gian thực dựa trên sự thay đổi khối lượng cắt để công suất trục chính được giữ không đổi.
Lọc làm mịn đường dẫn: Các đoạn đường nhỏ được sắp xếp thành đường cong NURBS và bộ điều khiển thực hiện cắm và bổ sung trực tiếp để giảm tác động tăng tốc.
"Adaptive Milling" của Siemens NX và "Dynamic Milling" của Mastercam đều là những chiến lược đại diện dựa trên khái niệm góc cắt liên tục.
5, Trường hợp: Gia công tốc độ cao của khuôn cửa ô tô
Một khuôn ép phun bảng điều khiển cửa ô tô lớn (vật liệu P20, độ cứng HRC32, kích thước khoang 800500200mm). Quy trình truyền thống: dao đầu bóng O 20mm, S8000, F1500, độ sâu cắt xuyên tâm 6mm, chu kỳ gia công thô 32 giờ. Quy trình tốc độ cao: sử dụng dao đáy phẳng lớp phủ siêu cứng O 12mm, S18000, F6000, độ sâu cắt xuyên tâm 0,8mm, phay động hình cầu. Gia công thô chỉ mất 9,5 giờ, tuổi thọ công cụ tăng 3 lần, và số lượng còn lại của gia công bán hoàn thiện tiếp theo là đồng đều, không cần đánh bóng bằng tay. Độ nhám bề mặt gia công cuối cùng giảm từ Ra1,8 μm xuống Ra0,6 μm.
VI. Kết luận
Cắt tốc độ cao đòi hỏi một sự thay đổi tổng thể trong tư duy lập trình: từ "cắt nặng tốc độ sâu và thấp" sang "cắt nhẹ tốc độ cao và cực cao". Việc triển khai thành công HSM đòi hỏi phải tối ưu hóa phối hợp các công cụ cắt, máy công cụ, CAM và điều khiển, đặc biệt là lập kế hoạch đường dẫn công cụ với góc cắt không đổi làm cốt lõi. Đối với khuôn, các bộ phận tường mỏng và vật liệu khó, cắt tốc độ cao đã trở thành thực tiễn tiêu chuẩn để nâng cao khả năng cạnh tranh.
BQUQ là chuyên gia sản xuất CNC chuyên nghiệp, xin vui lòng gửi bản vẽ cho chúng tôi, công ty chúng tôi sẽ báo giá cho bạn trong vòng 12 giờ.
