动态铣削法在加工中的应用

动态铣削法在加工中的应用

王源 ,王丽杰 ,李小峰

中车永济电机有限公司机加事业部  山西永济   044502

摘要：近几年的数控铣比赛中，采用Mastercam软件进行编程的参赛队，往往会有一定的软件优势，采用Mastercam的2D动态铣削技术，在比赛中可以成倍的缩短开粗的时间，而节省下来的时间可以更好的保证加工精度，从而取得更好的成绩。数控铣削中的高速动态加工技术，作为一种新的加工技术，它是在传统数控铣削的基础上优化改进形成的，并且在机械加工过程中发挥了重要的作用。高速动态加工应用了新的加工理念，其与传统加工理念相比有较大改变，这一新技术的应用对提高数控铣削的加工效率和降低加工成本具有十分重要的意义。

关键词：普通铣削法 动态铣削法 刀具 机床性能 硬质合金波刃铣刀 

一、动态铣削法特点：

1、什么是动态铣削法：简单来说动态铣削就是不管工件在什么形状下，刀具的侧刃吃刀量是不改变的。

2、动态铣削法的特点：

高速动态加工是一种新的编程加工策略，它主要是利用刀具侧刃来切削工件，借助高速机床的高转速、高速进给以及加工过程中吃刀量的稳定性，能在较短的时间内达到快速去除材料目的，从而提高加工效率，降低生产成本。传统意义上的制造业多以人工手动操作为主，随着社会科技的不断发展、进步，制造业开始由“制造”转变为“智造”，而数控技术则是实现“智造”的重要手段。其中，数控铣削已经成为了新时期备受重视的加工方式。传统的加工刀路策略，大都用刀具的底刃来切削工件，加工效率较低，已不能适应新时期制造业的发展需要。而高速动态加工作为新时期最新的数控编程加工技术，较传统加工技术有了较大改进和突破。高速动态加工技术在高速机床和高硬刀具的配合下更能突出速度优势，尤其是在高速动态粗加工中优势更加明显。通常在零件加工时，传统的编程刀具路徑中，刀具负载稳定性较差，在刀具路径有急转弯时比较容易出现机床振动加剧现象，以及由于刀具受力的急剧变化引起的刀具快速折损现象，导致工作效率低下。而高速动态加工理念下的刀具路径则是在原先刀具路径的基础上加入几何算法，通过对刀具路径的优化（如尽量避免刀具路径的急转弯、尽量避免满刃切削、尽量保持均匀的吃刀量等等），保证了整个切削加工过程中机床负载和刀具受力的稳定性，这点对于保护机床导轨、丝杠，延长刀具使用寿命及提高加工效率，至关重要。

3、高速动态加工在数控铣削中的应用优势主要体现在以下几点。

1）、刀具方面

随着制造业的快速发展，传统的加工刀具已不再符合高速加工的要求，应用更多的是适合高速动态加工技术的刀具，该类刀具硬度高，耐磨耐高温，具备了优良的力学性能，符合高速动态铣削技术特点，更好的适应了新时期制造业的要求。

2）、机床性能方面

高速加工机床为了适应高速加工时主轴转速高以及机床运动部件加速度高等要求，开始对机床刚性、主轴运转稳定性、导轨强度等提出了更高的要求。如机床刚性不足、主轴稳定性差，在高速动态数控铣削加工过程中很容易出现各种各样的问题，如铣削平面出现明显刀痕、铣削曲面出现凹点、铣削陡斜面出现弹刀等问题。现阶段，随着高速动态铣削加工技术的发展和应用，高速加工中心机床具备了卓越的系统功能、良好的机械结构和动态稳定性，能够为加工高质量的零件提供保证。为适应高速动态铣削加工技术，除需对主轴单元和进给系统做出改进调整之外，导轨和丝杠的刚度、强度也要相应提高，使其更适合高速运动，从而使机床在高速加工中的跟踪误差趋于最小值，以达到较高的加工精度。

3）、加工速度方面

高速动态加工在整个加工过程中，力求全程顺铣、吃刀量和刀具受力保持均匀、以及刀具路径在进退刀和拐角处保持刀路圆顺等，以换取更高的加工速度。将其应用于数控铣削中，可以将高速与数字化仿形技术相结合，能有效减小动态刀路轨迹误差，还能在高速进给的状态下取得较高的加工精度，从而保证加工质量，提高加工质量的稳定性。

二、普通铣削法和动态铣削法的区别：

1、普通铣削法：

优点：1、程序比较小，机床内存需求小；

2、需要机床机床转速低。

缺点：1、利用刀具的底刃切削工件，加工效率较低；

2、机床在运行过程中，刀具负载稳定性较差，有急转弯时比较容易出现机床振动加剧现象；

3、刀具受力的急剧变化引起的刀具快速折损现象。

2、动态铣削法：

优点：1、利用刀具侧刃来切削工件，全程顺铣、吃刀量和刀具受力保持均匀；

2、刀具路径在进退刀和拐角处保持刀路圆顺，保证了整个切削加工过程中机床负载和刀具受力的稳定性，有利于保护机床导轨、丝杠；

3、延长刀具使用寿命及提高加工效率。

缺点：1、程序比较大，机床要求内存大或者选择在线加工；

2、要求机床转速能达到6000r/min。

三、动态铣削在加工中的应用：

1、订单要求：

转子压紧盘是机加事业部承揽阿尔斯通外协件。此产品属于首次加工；加工产品如图齿数为40个，

根部圆角为R6；零件材质为35CrMo。

2、客户需求：

客户要求按需按量以月为单位释放订单，交货期15天交40件。

后续根据实际情况递增，最终交出1000台。实施定期定量管控。

超期后订单作废。因此我们必须按照客户需求交货。

（客户按照精益思想要求我们按照按需交货）

试加工时发现，1天在1台加工中心加工，

需要5.5小时；

若按照交货期15天40件；需要40天。只有在4台设备加工才能完成交货期。这样就制约其他产品的生产交出，

造成生产瓶颈。因此我们必须解决此问题。选择课题：《转子压紧盘加工方法改进》

3、现状调查：

1）零件槽宽最小处为14，通用铣刀中最大只能选择Φ12铣刀，主轴转速2500r/min,进给速度1500mm/min，切削深度0.25mm.单件铣齿加工时间为3-4个小时，加工周期比较长；

2）用一把硬质合金铣刀只能加工一件产品，刀具就磨损了，刀具磨损后，不及时更换刀具，产生抗力，引起产品移动，容易造成产品报废。

3）工序分为：麻花钻：Φ6.7、Φ9、Φ23、立铣刀、倒角刀，铣刀等工序加工时间如下：

4、原因分析：

此类零件是市场产品，属于首次加工，以前没有加工经验，采用传统铣削加工。没有考虑加工周期、刀具成本、质量等因素。一直遵循和延续以往多年的模式，没有将新工艺、新技术很好的引入到生产中。具体原因分析如下图：

5、制定、实施措施:

1)采用动态铣削法，优化程序

与传统加工的整体刀路轨迹相比之下，动态铣削的整体刀路轨迹由圆弧组成，没有明显的大拐角，且在拐角大、机床负载大的地方会自动降低切削量。机床无需在拐角处减速，机床和刀具的受力很均匀，确保负载是在可承受范围之内，保证了切削精度，减少了加工时间还保护了机床和刀具。

2）程序优化： 对程序进行优化缩短加工时间。                        

3）刀具优化：

硬质合金波刃铣刀的特点及优势：适用于大余量粗加工重切削，抗振性好；刀具切削效率高，切削寿命稳定。采用了波刃铣刀，最多一次加工了27件产品。降低刀具费用78%。

在高速、高精度的钻孔加工时，很多用户都选用整硬钻头或者可更换刀头式硬质合金钻头，这两种钻头都带自定心功能，而且钻孔效率高、钻孔精度较高，一般能达到IT6-IT9等级。相同长径比的两者刚性比较而言，整硬钻头刚性更好一些。

6、改进后的效果：

1）改进时间从5.5小时，缩短到1.9小时。提高加工效率65%

2）节约刀具费用78.3%，刀具费用节约12万元。

3）按照客户要求的时间节点顺利交出，合格率100%，得到客户满意，后续继续按需提交，完成1000台的订单。

4）项目经济效益核算表

5、结束语：

1）通过动态铣削法的应用解决了实际问题，保质保量的完成生产任务，满足了客户的需求，并节约费用319298元。

2）并将此动态铣削方法推广到各类型齿压板、各类型转子支架：