应用HSM的准备工作

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工厂如何作好HSM准备？俄亥俄州Dayton 市的一个大型模具厂Minco 计划今年晚些时候安装第一台专门适合于特别高的主轴速度和高速进给的机床，与此同时还采取了一切必要的步骤，以便迅速而顺利地过渡到HSM。该厂正在井井有条地着手"文化"和机构两个方面的变革，为HSM的登场准备舞台。
　

Minco 为HSM所进行的一些准备工作很富有创新精神，其中一例是指派一人集中注意切削刀具及其技术的"研发"，另一个例子是利用现有设备先行采用HSM技术(用小刀具进行小轨迹间隔的浅切削)。
设计员、程序员和机床操作员都在品味HSM，体会其中的一些回报和挑战。只要高性能机床一到位，这些经验就会产生非常宝贵的价值。还有，HSM可能产生的某些瓶颈事先得到暴露，通过新的DNC软件、计算机网络升级和新的生产调度系统而解决。
　

在同最新切削技术保持同步方面，Minco 有着良好的业绩，比如在数年以前它最先购买了高速石墨铣床，以简化电极的生产工艺。事实上，几年内对最新式加工中心和电火花设备的连续投资以及对这些生产资料的娴熟管理，使Minco 成为大批杰出客户和汽车产品制造者青睐的模具生产厂。然而Minco 不会满足现状，正如副总裁兼总经理Joe Kavalauskas 所说，"不能停泊在昨天的技术上，即使它们今天很有用；必须寻找下一步出路。"
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他和Minco技术经理John Levering 断定，转向HSM是下一步举措，但是也是艰巨的一步，因为HSM会从基础上影响工厂运作的许多方面。"我们感到需要有一个人专门负责组织，把我们必须学习和已经具备的一切东西条理化，为高速切削和其它发展再上一个台阶作好准备。"
　

于是，大约在两年前他们设立了"研发主任"的职位，并由负责Minco程序部达十多年之久的Jon Allen任职。他的职责包括：
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• 研究 HSM并通过参加机床制造厂、工具供应商和大学举办的专题会议和培训课程而收集有关最佳经验和作法的信息。
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• 在车间进行试验性的切削和示范，以帮助验证编程技术的正确性并熟悉不同形式的切削工具和刀片镀膜。
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• 通过汇集程序员及其他使用者常用的切削数据、公式和表格而获得 HSM 知识。
  　
• 在厂内举办程序员、机加工人、设计员和工具室管理人员培训班。
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• 评价推荐有助于改进生产工艺的新软件。

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程序员做好准备

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向HSM过渡，可能对CNC程序员更富挑战性，Allen先生根据他在Minco担任CNC 程序员的多年经验，熟知编程部门以往的工作方式侧重于选择直径较大的刀具并且采用多重工序，直到把毛坯加工到最终状态。这样的方式离不开操作员的管理或干预且需要多次换刀。
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而如今他们正在学习选用较小的刀具，通过比较少的工序使毛坯达到基本形状。对这些小刀具所要切削的毛坯加以仔细的控制，就可以提高进给速度，并且减轻操作员盯着机床操作的工作负担。
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另外还汇编了一套新式编程准则，为跟上和适应这一进程提供了方便。内容包括常用的切削策略(比如刀具接触和脱离工件的最佳方法)、关键切削参数的计算公式以及在不同刀具、不同工件材料下推荐使用的进给速度和主轴转速。把这些准则编成"HSM程序设计手册"，促使程序员互相学习并有益于保证逐个工件程序的一致性。编程的一致性有助于机加工人随着HSM的过渡，知道应该期待什么和必须注意什么。
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图：Minco 把HSM技术应用于Makino FNC 120 等标准加工中心，这种"基本功训练"对于机加工人和程序员真正从事HSM很有帮助。

建立刀具路径的软件已经升级，Minco公司现在使用Unigraphics和WorkNC软件。就刀具路径的设计方案而言，Unigraphics偏重于细小的模具细部和其它复杂几何图形的编程，在这些情况下，需要控制和调整刀具的运动。比如这个软件包括进刀和退刀的选项。WorkNC更适合于细节变化特别多的零件，因为该软件具有监视加工余量状态、利用加工余量模型生成刀具路径以及迅速建立刀具路径数据的功能。
　

新编程技术使校核刀具路径的必要性更加显而易见，Minco 采用CGTech 公司的Vericut校验软件。运行校验程序会增加编程时间，但是可以确保机加工人信心十足地运行程序，与此同时关照别的任务。校验刀具路径是事半功倍的工作，可以提高生产车间的效率。此外还考虑到刀具路径的优化，不过对于Minco所生产的单件工件来说，优化的价值似乎有限。

实际效益

尽管把HSM技术应用到常规的CNC机床上，效果却远不止训练实习，而是给Minco带来许多有意义的效果，诸如：
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• 加工时间缩短了：正确的刀具路径允许尽可能地提高进给速度。
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• 表面光度改善了：减少了手工抛光时间。
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• EDM操作减少了：许多以前采用电火花加工的细部现在可以铣削。
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• 切削后的表面所需要的淬硬处理减少了。
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• 刀具寿命延长了：切削条件一致性和切屑力稳定性的改进以及采用浅切削，使刀具寿命得以延长，在某些情况下效果尤为显著。
  　
• 全自动化(或无人照管)和需要很少人工干预的切削增加了.

HSM前景展望

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尽管HSM在Minco刚刚露出地平线，Minco已经在展望新的技术。据Levering的说法，该公司的目标是采用3D实体模型软件建立整个模具制造工艺的模型。这种模型不仅会包括切削方法，而且会包括所有零件的装配方法以及成品模具为客户提供的功能，还通过模拟仿真在"虚拟现实"下得到测试和校核，从而产生比较好的模具设计，也产生高度协调的制造策略。
　

"采用HSM之类的技术以后，要想节约切削时间会越来越困难，有关提高效率的研究将转移到其它方面。"Levering 先生说，可以这么说，研究的重点变了，但是没有尽头。

硬质镀膜应用分析

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镀膜切削刀具由两个基本要素组成：基体和镀膜。为了建立成功的高速切削工艺，给待切削的材料选择最佳基体、镀膜的组合是一个关键性的准备步骤。在高速切削中，减少振动源或刀具振颤源是一个重要的考虑因素，这就是为什么高速切削操作通常推荐使用刚性较好的基体。选择基体材料时，钴含量比较低(6～8％)、微米粒度的硬质镀膜是一个很好的起点。
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第二个值得考虑的刀具因素是：最适合于高速加工的镀膜是什么？重要的是镀膜要承担双重功能，即避免刀片基体发热和减小刀刃与切屑之间的摩擦。高速切削的大部分热量被切屑携带，因此镀膜对高速加工所起的作用就是促使切屑尽快排除，以免把热量传导到刀具上。
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降低工件材料和刀具镀膜之间的摩擦系数是快速排屑的目标，有些镀膜(如TiAIN)含有润滑成分，是减少切屑对刀具磨损的最佳镀膜。
　

怎样为高速加工选择正确的镀膜刀具呢？下表可以帮助你匹配常用的刀具镀膜和一般用途。
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镀膜		用途
TiN		石墨和铝
TiCN		硬度低于42 HRC的钢 (表面切削速度不超过800sfm)
TiAIN		硬度高于42 HRC的钢 (表面切削速度大于800sfm)
ZrTiN		铝、钻石、石