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数控刀具

校验和优化刀具行程

西部车床阅读 3
所有的工厂都希望降低成本，提高效率，所以常常在自动化设备和高速机械上大量投资。但是许多工厂没有意识到，他们所要达到的目标并不一定非要从车间所使用的硬件那里得来，还可以来自办公室的软件中。在将数控机床的刀具行程传送到加工车间之前，只要在电脑上花少量时间来确定数控机床的行程是否恰当和全面，就能够在加工中节省时间和成本，专为这项准备工作开发的软件就是数控校验软件。

目前，许多工厂依赖校验软件来保证他们的程序是恰当合适的。这种软件可以确保首个零件是合格产品，所以操作员不必站在机床前查看首个零件的生产。如此一来，空转实验和切削测试零件就成为历史了。

另外，校验软件可使自动进给速率最优化，并带来种种益处。更为精确的控制可改进循环时间、零件品质以及刀具寿命。具有优化进给速率功能的程序还可以使操作员不必专注于机床操作。

图1：在Minco Co
ntour Aerospace公司，切削20至40英尺长的机翼试验件需耗费大量的人力和机时，采用校验软件后就可以在PC上验证刀具程序的效果。

校验

采用数控机床校验软件，程序员能够在将刀具行程文件传送到工厂进行金属切削之前检查文件的完整性。这样做不仅可以降低昂贵机床的磨损，还能减少校验过程中的重复工作，而且常常避免了实物校验工序，许多加工厂发现，这样做可以大大地节省材料、劳动力成本和机时。

Co
ntour Aerospace就是一间采用校验软件的工厂，该工厂是航空应用零件与部件的制造商。将校验软件引入生产工序之前，Contour的生产组在进行正式生产之前必须切削一个测试零件，取出后检测。如果有任何问题，就必须修正数控程序，再切削一个测试零件并重新检测。

“对于我们的大型零件，这样做十分浪费时间，”
数控编程经理Dan Hornung说。该公司制造20至40英尺长的机翼圆材，在电脑上校验这些大型零件而不是通过实际检测工序进行校验，可带来很大的好处。

Delaware Machinery & Tool生产另外一种截然不同的大型零件。它专业设计与制造大型压铸模具，用于生产引擎部件及变速箱。该公司在利用最新制造软件技术方面享有一定声誉。该公司利用CAD为福特、GM、克莱斯勒设计和制造了第一个变速箱模具。

如今，工厂的软件工具包纳入了校验软件。“在电脑上检测刀具行程有助于我们减少在车间进行实地检测的次数，并且减少了冗余，”CAM经理Dennis Main表示。

软件亦帮助工厂简化了编程过程。它能将设计模型导入实际材料模型来检查余量。当切削刀具与设计模型的接触达到使用者规定的公差范围内时，就会报告出现错误。

CGTech的Vericut是两家工厂都在使用的软件。Delaware的Main先生说：“在输入我们的代码后，我们就可以通过Vericut运行G代码生产电极，并且检测切削层下的火花隙。”

图2：Delaware Machinery公司采用进给速率优化程序后，减少了带薄散热片的电极的铣削中出现的破裂现象。

最优化

对于Delaware来说，当公司的工程经理Dan Swartz派一名工程师去学习校验软件的更新课程时，工厂就学到了如何将进给速率最优化的知识，这就象为同样的软件增加了新模块。这名工程师回来后再将他所学到的知识投入应用，极大地提高了公司的切削加工能力。

由于有了最优化功能，软件阅读数控机床行程文件，以切削条件和车机性能为基础，自动调节现有的进给速率，使其产生更好的效益。切削的进给速率按照每一次独立的车削工序度身定造，提高了切削刀具的效率，所以切削零件所耗费的时间更少了。在加工石墨电极时，Delaware的团队计算出进给速率最优化节省了30%的机床运转时间。””我们认为在有些情况下可以节省45%的时间，””Swartz先生表示。

进给速率最优化工作是通过阅读数控机床路径文件（G代码或APT格式），同时将运动分解为一些较小的片断。在每一段刀具运动去除一定量材料的基础上，软件为所遇到的切削条件设定最佳进给速率。而后它设计出一条新的刀具行程，除了进给速率设置外，其它与以前相同。刀具行程轨道并没有改变。

这个方法可以说是为双方提供了最佳解决方案。一方面，最优化是自动进行的，并在数控程序下载到机床之前完成。另一方面，它利用了数控程序员和技术员的专业技术，反应了特定的切削条件。使用者根据许多预先确定的切削条件输入理想的进给速率。参考的各项因素包括切削机床的性能，如马力、主轴类型、快速横向速度、冷却剂和其它特性；再加上装夹具的刚性；以及切削刀具的特性，包括材料、设计、长度及有几个切削齿。这些因素确定了碎屑的厚度、批量去除材料的速率、初始进给速率和其他参数，用它们来计算每一段切削运动的最佳进给速率。

一般地，不同的最优化技术类型适合于各种不同的材料或是加工工序。例如在粗加工铝质结构件的平面时，以连续的轴向深度的方式去除材料，但是切削的径向宽度在整个过程中差别很大。在这样的加工中，维持连续的批量去除速率使刀具在不同切削宽度下，保持以最大前速率切入材料。应用同样的信息来校验刀具行程，软件可以确定每一段刀具行程的材料去除量。然后软件按照数控程序员或机床操作员提供的信息设定合适的进给速率。

工艺改进

软件最优化不仅加快了加工速度，还使得整体制造环境更有效率。在优化刀具行程之前，Delaware的石墨电极生产部门不能充分利用其高速磨床，即便它们配备了强有力的预览功能。据Main先生称，这些机床””在加工复杂或棘手的形状时就有些效率低下。””他们想让机床在轴改变方向时慢下来，而在大量切除材料时不要降速，所以手动调整机床进给速率是必要的。这就要求工厂为每台机床的每项加工任务分派一名操作员。如果操作员需要离开机床哪怕是很短的时间，他都不得不调低进给速率直到他返回。

最优化软件改变了这种情况。现在，当运行最优化软件时，操作员可以同时操纵两台甚至更多的机床。””它确实降低了我们的成本，而且提高了人力效率，””Swartz先生说。

实际上，在零件品质上的提高是模具制造商Delaware得到的最大利益，因为这家工厂通常需要花极多的工作时间抛光。采用最优化软件后，工厂就可以免除这种劳动力密集型的工序了。

不同的思考

Delaware Machinery是如何从最优化刀具行程中获益的一个例子就是最近的一项工作，即加工一种含有许多小小的散热片的小型引擎。””这不是那种需要我们专门处理的任务，但我们以前做过，””Swartz先生说，””过去，在加工和处理这些电极时我们真的需要很小心，因为这些散热片很容易碎裂。””不过现在，由于最优化带来更为连续的碎屑负载量和切削压力的测算，工厂已没有这些碎裂问题。””这种性能帮助我们获得了新业务，””他又说。

Co
ntour Aerospace也因为更有针对性的进给速率而提高了零件品质。””因为进给速率是由最优化软件预先设定的，每次它们都以相同的方式运行，不必考虑谁在操作机床，””Hornung先生表示。””这就减小了产品品质方面的差异，提高了制造效率。

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