优化重切削加工的 “ 隐藏技能

寂静回声

现在，需要进行重切削的高张力材料的数量不断增加，比如在航空航天领域。为了降低生产成本、减轻成本压力，现有的可能性都已经得到了充分利用，必须寻找另一种选择方案。为了节约材料成本，新的研究比如增材制造也在不断进行。而这些操作方式暂时还没有应用在有特殊安全技术要求的高应力构件上。
通过延长使用寿命节约成本
总的来说，很难在传统的切削加工上再做文章。那么，仅仅通过提高切削性能、减少非加工时间和完善CAM 编程，能否提高经济效益呢？我们可以看到，重切削领域的许多零件在加工过程中需要进行多达98%的原材料切削，很显然需要在这里采取进一步的措施来控制生产成本——延长刀具的使用寿命。
在重切削时经常会使用非常坚硬的刀片，主要是为了减少在生产过程中产生的振动。简单来说就是：减少振动，减少刀具磨损，最终提高工艺可靠性。
Z 轴和平板导轨加工中心的底座。这种非常牢固的部件尺寸设计能够消除整个系统内的振动。
虽然机床质量和减振性能能够被提高，但是这并非易事。有时候，通过种种措施来提高机床动态和降低刀具成本，最终反而会延长加工时间。
为了确定在重切削过程中产生的振动类型，以及平衡刚性和机床动态之间的最佳比例，机床制造商Burkhardt + Weber（BW）不断尝试不同的机床配置。在流程运行时，譬如使用直径为80mm的五刃玉米铣刀D80进行持续铣削。在加工过程中，对钛合金的工件进行沟槽和不规则的凹槽铣削，并监控振动情况，在基准流程中进行对比。测试机床为一台平板导轨的加工中心、一台滚柱线性导轨的加工中心和一台浇铸机身的滚柱线性导轨的加工中心。
测试机床上的配置
在进行测试之前，BW公司的专业人员要先深入研究夹紧问题——这是在切削加工中经常出现的一大问题。只有当工件的夹紧技术足够稳定时，才能避免在加工过程中成为振动源。明确振动的位置，才能清楚地了解在切削加工过程中的力的分布。在切削加工中承受负荷最大的零部件，是工作主轴。
BW公司所使用的HVC铣刀头的驱动轴功率为41kW，扭矩为1600Nm，配有水冷传动装置。这种BW 驱动轴在低转数范围里的性能非常出色——前提是在重切削领域。这种驱动轴的主轴轴承尺寸范围较大，并且配有薄片夹紧装置，减振性能非常好。
和工作主轴相对应的是机床的操作台。BW工作台由于结构低矮和重心偏下，其倾斜力矩和切线力矩非常高（60,000Nm或者40,000Nm）。使用经过FEM（有限元）优化的零件和熟练的结构的目的在于消除振动。
继续观察切削力的分布，可以看到重要的机床配置：导向装置。由于涉及到结构问题，所以专家组有许多不同的意见。BW公司属于少数拥有滚柱导轨和滑动导轨的加工中心的制造公司。他们希望在将来仍然能够继续保持机床配置的灵活性。
试验结果表明：不同的导轨类型之间的区别很小。而这些微小的区别正是项目成功的关键。
现在的问题在于：是采用滚柱导轨还是平板导轨？这个问题暂时没有定论。这取决于重切削在总的加工过程中所占的比例。如果重切削在总的加工中超过70%，推荐使用动态较低但是减振性能更好的平板导轨。在五轴同步加工时，滚柱线性导轨更有优势，可以提供足够的动态。
为了能够完美平衡减振程度和经济效益之间的关系，BW公司开发出了两种使用局部浇铸机身的机床：平板导轨的MCR系列产品和滚柱导轨的MCX系列产品。这两种产品的优点也是显而易见的。这种配置的机床振动更小，而平板导轨的另一大优势是使用寿命更长。
推进力和负载相匹配
为了解决高应力材料的加工余量问题，BW机床可以在有需要的时候选择使用他们自己研发的扭矩和推进力的监控程序。在选项“自适应控制”中，如果达到了设定的力极限值，推进力会减少；如果没有超出设定值，会继续增加直到达到预定的极限值。尝试使用直径80mm 的五刃玉米铣刀进行沟槽铣削，在切削加工过程中基本上没有监测到振动。
这次试验确定了经过测试的机床能够满足不同产业环境下的不同要求。考虑到试验结果，BW 公司在德国罗伊特林根市的总部专门成立了一个跨学科跨部门的专业研究团队来继续研究加工中心。