Edit Content

Tebis 智造 菜单

沪ICP备2022024044号-1

© 2024 Tebis 中国总部所有

专业文章 >曲面质量：镜面精加工还是抛光？

曲面质量：镜面精加工还是抛光？

当侧重于精度和曲面时

 

如果要求在铣削过程中实现最高曲面质量，则通常会在精加工后对零件进行抛光处理。对典型的模具制造而言，这可能需要几个小时到几天的时间。然而，现在想要找到能够胜任这项工作的熟练工变得越来越难。许多客户拒绝抛光，这是因为抛光会影响几何精度，而自动化和质量控制等因素又会使这一问题进一步加剧。

 

因此，最好在铣削过程中实现尽可能高的曲面质量。然而，这往往会带来一个问题，即就成本方面而言，因加工高光泽曲面而产生的额外成本是否合理。

 

例如，对一些较大区域来说，为获得良好的曲面光洁度而进行最终手动抛光可能非常简单且具有成本效益。在德国阿滕多恩举行的一次研讨会上，机床制造商Röders、刀具制造商Mitsubishi Materials和Tebis智造云平台对这两种方法的成本效益进行了比较。

他们展示了如何通过正确集成铣削中心、刀具和CAM软件来实现最佳几何精度和曲面质量。

 

在此示例中，试件是金属板成型刀具的刀片，由硬度为48 HRC的冷作钢制成。采用不同的CAM策略和适当的铣削刀具，在Röders RXP 601 DSH 5轴铣削中心用固体材料铣削出两个试件。

 

第一个试件按照当前模具制造做法选择刀具和铣削策略。这被称为“传统”方法。相比之下，第二个试件充分利用了高效CAM策略、现代5轴HSC铣削和新刀具设计带来的可能性。

 

然而，这种“现代”方法需要的编程工作量会显著增加，尤其是在精加工步骤。这两种方法的目标都是实现最佳几何精度和曲面质量。

组织者：主持人Ferdinand Hoischen（Tebis，合作伙伴经理）、Marc Fuest（Tebis，合作伙伴支持负责人）、Jörg Janke（MMC Hartmetall，技术培训师）和Oliver Gossel博士（Röders，销售负责人）（从左到右）（照片：Klaus Vollrath）

粗加工策略：左图为轮廓平行/高进给率铣刀，右图为自适应整体硬质合金铣刀（图示：Tebis）

传统铣削策略

 

“模具制造通常以使用3轴铣削中心的铣削策略为主，”德国Martinsried的Tebis AG合作伙伴支持负责人Marc Fuest说道。其原因是各部门没有时间去寻找新的刀具和策略。
在传统的粗加工中，通常使用高进给率铣刀逐个平面去除材料。

 

由于时间限制，很少尝试将零件轮廓分为平坦和陡峭区域，尽管使用整体硬质合金铣刀和自适应铣削策略铣削平坦区域的效率更高。由于所需的编程工作量有所增加，因此将3轴和5轴策略相结合通常是不可避免的。这种方法的优点是可以快速、轻松地生成必要的数控程序，从而对该方法的成本效益产生积极影响。

 

可转位刀片阻碍自动化

 

“在实践中，传统方法通常使用高进给率铣刀，”Mitsubishi Materials欧洲总部MMC Hartmetall的技术培训师Jörg Janke解释道。在这种情况下，会使用带可转位刀片的立铣刀。这种铣刀解决方案的一个明显缺点是无法实现无人值守运行，因此无法实现完全自动化。原因是如果刀片断裂，可能会造成严重损坏。整体硬质合金铣刀的安全使用寿命要比可转位刀片长得多，因此也可实现无人值守粗加工。

现代精加工：刀路距离基于曲率检测的5轴联动加工（图示：Tebis）

精加工和曲面质量

 

“遗憾的是，精加工策略很少侧重于曲面质量，”Fuest说道。所选刀具往往过大，从而留下更多残料，必须通过耗时的后续操作去除。尽管D16和D12球头刀的横向跨步距差异很小，但之后加工残料区域所需的时间比先前通过加大步距节省的时间要长得多。在实践中，零件通常先进行3轴Z向等高加工，然后进行3轴轴平行加工，以最大限度地减少残料。虽然这样做可以快速、轻松地进行编程，但所需的处理时间却大大增加。同样，由于必要的编程工作量较大，因此很少采用5轴避让或碰撞避让选项。

 

如果想要实现更好的曲面质量，特别是高光泽曲面，且无需手动返工，则5轴铣削必不可少。在这种情况下，铣削路径必须沿曲面生成，并且刀具必须始终以一定角度切削，以避免刀心切削。

现代粗加工：带圆角半径的MPMHVRBD摆线整体硬质合金粗加工铣刀。（图片：Röders/MMC/Tebis）

现代精加工：VQT6URR整体硬质合金筒形铣刀具有6个切削刃，可实现大步距的高效精加工。（图片：Röders/MMC/Tebis）

可实现高效加工的高性能刀具

 

“建议使用具有长切削刃的整体硬质合金牛鼻刀进行粗加工，作为高进给率铣刀的替代方案，”Janke说道。因此，“现代”方法使用了Mitsubishi Materials直径为12 mm、圆角半径为1 mm的MP系列DIAEDGE铣刀。关于这种刀具的视频序列引起了参与者的兴趣。刀具的横向长切削刃使其可在高材料去除率下进行摆线铣削，其材料去除率优于高进给率铣刀，即使在传统应用中也是如此。

 

具有10 mm刀杆、六齿、半径为85 mm的涂层整体硬质合金筒形铣刀用于进行高效侧壁精加工。这种大半径可通过5轴倾斜实现工件侧壁的纵向吃刀量。

 

例如，具有两个抛光切削刃的高精度1 mm硬质合金球头刀适用于狭小空间，可用于加工较小的圆角和过渡区域，并且可实现非常好的结果。当然，只有使用好的刀具才能实现好的结果。

传统与现代精加工：具有高度抛光切削刃的1 mm VFR2SBFR球头刀。（图片：Röders/MMC/Tebis）

传统半精加工和精加工：具有锥形颈的硬质合金MP3XBR球头刀用于进行深腔半精加工和精加工。（图片：Röders/MMC/Tebis）

Röders RXP 601 DSH 5轴加工中心用于处理试件（照片：Klaus Vollrath）

要求：强大且精确的铣削中心

 

“实现高成本效益需要在同一台机床上以相同设置完成所有操作，”德国索尔陶的Röders GmbH销售负责人Oliver Gossel博士说道。“除了具有必要的粗加工性能之外，机床还必须能够实现所需的精度和曲面质量。”用于处理试件的5轴Röders RXP 601 DSH非常强大，可同时进行粗加工和精加工。用于处理试件的5轴Röders RXP 601 DSH非常强大，可同时进行粗加工和精加工。HSC主轴转速可达30,000 rpm，龙门设计和带高承载反向轴承的旋转轴可确保实现最大刚度。


为实现最佳精度，所有轴均采用无摩擦直接驱动装置，并在Z轴上进行无摩擦重量补偿。

 

此机床的另一项特殊功能是在对精密加工至关重要的换向方面发挥特殊作用。驱动装置的高“加加速度”（即加速度随时间的变化）可尽可能长久的保持所需的进给速度，即使在高度弯曲的曲面上也是如此。先进的温度管理也发挥着特殊作用。由于高温是精度的大敌，因此所有关键系统组件均配有自己的温度控制装置。

 

在其中循环的温度控制介质的温度保持稳定，精度为+/- 0.1开尔文。Röders系统的一个突出的独特卖点是其内部开发的控制系统。

 

毛坯处理时间小于0.1毫秒、可前瞻处理超过10,000个毛坯，从而实现最佳精度和曲面质量。特别值得注意的是，所有轴的时钟频率均为32 kHz，具有极快的控制速度。这意味着每0.03毫秒校正一次刀路。

 

在进行总结时，一些演示者估算，采用“现代”铣削策略需要的较长编程时间，至少可通过显著节省抛光成本来抵消（照片：Klaus Vollrath）

讨论：镜面精加工铣削还是抛光

经过对两种策略的比较发现，“传统”策略的编程时间为0:27:30，仅为“现代”策略4:40:15编程时间的十分之一。然而，从总处理时间上来看，“传统”策略节省的时间仅为42分钟左右。从时间角度来看，这种方法具有明显的优势。根据演示者的估算，可以认为抛光零件所需的时间可能相当于在“现代”铣削工件上“铣削”等效曲面所需的额外编程时间，按比例计算的“实际”刀具成本为524欧元至426欧元。

 

然而，如果必须通过机加工实现最佳曲面质量（即不存在因手动返工造成的变形），则所需时间就不再是主要因素。“现代”铣削策略实现的粗糙度Ra为0.238微米，而“传统”方法实现的粗糙度为0.617微米。很明显，在演示和讨论过程中，越来越多的客户对模具制造中的曲面质量提出了很高或极高的要求。客户通常会禁止任何类型的抛光，因为这会影响几何精度和过程控制水平。

 

他们表示，对于与试件复杂程度相当的模具来说，抛光时间可能会长达35个小时。其中一些人提到，实现更好的曲面质量和“无人值守轮班”中的自动运行，这同样证明了编程和机床运行时间成本有所增加是合理的。另一方面，由于编程和处理时间都很短，因此在许多应用中，“传统”方法仍然能够实现最佳成本效益。

总加工时间

传统方法与现代方法相比 = 传统方法更节省时间

 

在加工时间方面，“传统”方法节省了42分钟左右的时间。（图示：Tebis）

最后，大家一致认为，这两种方法都能够实现很好的结果。用户应根据其项目的具体要求来选择方法。

 

在比较了两种加工策略的优势之后，研讨会的参与者都渴望将新获得的知识运用到其生产中。无论是传统还是现代策略：每个人都被机加工的魅力所深深吸引。

  • © 2024 Tebis 中国总部
  • 行业协会：

扫码关注

请关注我们的公众服务号，获取及时资讯。