Сократите время производства с HPC и HSM: полное режущее решение

Резюме:

• Высокопроизводительная резка (HPC) максимизирует скорости удаления металла для сокращения времени цикла, в то время как высокоскоростная обработка (HSM) опирается на быстрые резы на высоких скоростях. Обе требуют оснастки, систем управления и станков, достаточно стабильных для их поддержки.
• HPC требует станков, которые могут быстро эвакуировать стружку, обычно горизонтальные машцентры, пятиосевые станки или инвертированные станки. Адаптивные контролы и симуляции также помогают пользователям избегать скачков сил или других проблем, которые могут повредить режущий инструмент, шпиндель или деталь. Цехи также должны использовать современные геометрии режущих инструментов, построенные для стабильности, для максимизации срока службы и производительности.
• HSM выигрывает от высоких скоростей шпинделя, но действительно требует высокого ускорения шпинделя. Большинство современных CAM-пакетов включают функции, позволяющие пользователям быстро применять техники HSM к элементам деталей. Режущие инструменты для этих передовой техник должны использовать современные покрытия для лучшего сопротивления телу, генерируемому этими траекториями.

Высокопроизводительная резка (HPC) и высокоскоростная обработка (HSM) могут не иметь формальных стандартов, но на практике эти типы инструментов и траекторий делают значительные улучшения к времени цикла и рентабельности. Методы решают разные переменные, с HPC, относящимся к инструментам и траекториям, использующим тяжелые, агрессивные резы для увеличения скорости удаления материала, в то время как HSM относится к инструментам и траекториям, которые берут быстрые, легкие движения для поддержания высоких средних подач и сокращения времени без резания.

Sandvik Coromant делает оснастку для обоих концов этой высокопроизводительной дихотомии, и специалист Sandvik по решениям для массового производства Крис Монро имеет опыт в том, как цехи могут использовать эти инструменты к их наибольшему эффекту. В конечном счете, это сводится к использованию правильного контроля и CAM-системы; полному использованию современных покрытий и геометрий; и выбору станков с правильной жесткостью, скоростью шпинделя и эвакуацией стружки для вашего приложения.

Избранный контент

Хотя в общем инструментарий HSM оставляет более гладкую чистоту поверхности, чем черновой-фокусированный инструментарий HPC, Монро говорит, это не строгая граница. Инструменты вроде фрез Sandvik Plura HD квалифицируются как инструменты HPC под системой классификации OEM, но все еще оставляют уважаемую чистоту поверхности. Изображения предоставлены Sandvik Coromant.

HPC против HSM

Наибольшее преимущество траекторий HPC, говорит Монро, в том, что они поощряют непрерывное зацепление с деталью. Хотя это требует намного лучшей жесткости и оснастки на станке, особенно когда программисты берут более тяжелые резы, оказывающие больше крутящего момента на установке, это может драматически увеличить скорости удаления металла.

Траектории HSM, он говорит, показывают свои сильные стороны через улучшенное качество движения и постоянную толщину стружки. Они держат радиальное зацепление малым, пока реzec движется непрерывно, снижая режущие силы и улучшая последовательность срока службы инструмента. С этим сроком службы, Монро говорит, траектории HSM хорошо подходят для беслюдной обработки. Эти траектории хорошо масштабируются с более высокими RPM, но в основном требуют достаточное ускорение станка и поддержку значительного look-ahead в контроле.

CAM и контроль

Монро говорит, что ЧПУ — предпосылка для современных траекторий HPC и HSM, так как ручная операция не может воспользоваться особенностями оснастки HPC и HSM. Контроль с большим look-ahead необходим для отслеживания быстрых движений HSM и контроля ускорения, так что движения плавны и свободны от ступенчатости или рывков. Адаптивные контролы, тем временем, хорошо подходят для траекторий HPC, так как они позволяют регулировки скорости и подачи в реальном времени для предотвращения проблем с внезапными скачками силы или тепла.

ЧПУ также позволяет использование CAM и симуляционного софта, которые смягчают многие трудности с наладкой передовой траектории. Монро указывает на заготовленные циклы в CAM-софте, способные оптимизировать программирование сложных элементов таких как тугие углы, которые требуют тщательного управления скоростью для предотвращения удара инструмента о деталь. Он также говорит, что CAM-софт может обеспечить адаптивные траектории в ковках или отливках, слегка регулируя, когда заготовки для той же работы имеют незначительные размерные флуктуации перед обработкой. Функции симуляции помогают цехам контролировать стружку и мониторить нагрузку, обеспечивая, что они могут подходить к верхним пределам продуктивности своих инструментов без забивки рабочей зоны или повреждения шпинделя.

Монро не рекомендует один бренд CAM или контроля над другим, просто чтобы цехи использовали актуальные версии как часть своего HPC или HSM рабочего процесса. Даже где разные типы софта содержат разные функции, они все сокращают количество времени, которое цех будет резать воздух. Поддерживая крутящий момент и использование мощности последовательными, они снижают термическую нестабильность, улучшают срок службы инструмента и в конечном счете повышают продуктивность.

Мониторинг нагрузки жизненно важен при работе с траекториями HPC, так как скачки силы могут происходить при слишком жестком давлении на инструменты.

Эффективная геометрия инструмента

Прогресс в геометрии режущего инструмента обеспечил более устойчивую оснастку для операций HPC, с Монро, способным указать на несколько примеров в линейке Sandvik. Компания создала оснастку с коническими сердечниками, которые включают конус к базе инструмента. Монро говорит, эти конусы улучшают жесткость и снижают вибрации, продлевая срок службы инструмента и доказывая полезность для высокоподаточного бокового фрезирования и обработки глубоких карманов. OEM также начал выпускать оснастку с неравными спиралями, как симметричными, так и асимметричными. Последние ограничивают резонанс в резе за счет использования спиралей с разными углами шага, в то время как первые просто парят свои спирали так, что никакие смежные спирали не используют один и тот же угол шага. В обоих случаях цехи испытывают лучшую стабильность инструмента, что затем позволяет им запускать на более агрессивных подачах и скоростях для завершения работ быстрее.

Монро поделился примером одного клиента, сравнивающего свою стандартную оснастку для черновой и чистовой обработки поверхности стального коробка подшипника 1030 против оснастки Sandvik с неравными спиралями WhisperKut. Со старым инструментом цех мог обработать четыре детали со столовым прогоном 214 мм/мин. С новым инструментом Sandvik цех мог произвести 40 деталей с одним инструментом на столовой скорости 835 мм/мин. За пределами этого значительного увеличения срока службы инструмента, оснастка Sandvik также устранила дополнительный ручной пост-обработочный шаг финишной обработки поверхности для коррекции точек вне толерансов.

Теплоустойчивые покрытия

Инструментарий HSM, тем временем, выиграл от достижений в технологии покрытий, которые могут устоять перед более высоким теплом в резе по мере увеличения скорости инструмента. В случае Sandvik, эти улучшения не фокусируются на новых формулировках покрытий столько, сколько на новых способах нанесения и слоения проверенных покрытий для лучшей производительности. Монро говорит, OEM недавно разработал несколько процессов PVD-покрытия, которые помогают покрытиям прилипать к их субстратам и генерировать кристаллические структуры в покрытиях для лучшего сопротивления износу и шелушению.

Для одного клиента, покрытие на инструменте Sandvik DURA было достаточно теплоустойчивым, что цех мог использовать его на работе 304 SS на столовой скорости 43.45 ipm по сравнению с 25.12 ipm конкурента. Даже при слегка более низком прогоне на зуб, инструмент Sandvik произвел 50 деталей за 7.4 часа перед необходимостью замены, в то время как инструмент конкурента произвел 20 деталей за 5.1 часа перед необходимостью замены. Sandvik рассчитал прирост продуктивности 73% для клиента с сокращением времени цикла 42% и сокращением затрат 48%.

Одно из величайших преимуществ передовой оснастки — контролируемое, постоянное зацепление, говорит Монро. Оставаясь в резе, цехи тратят больше времени на изготовление стружки, веду к более низким временам цикла и большей пропускной способности.

Передовая оснастка требует передовой станков

Монро говорит, что как вертикальные, так и горизонтальные трех- и четырехосевые станки хороши для траекторий HSM, но предостерегает, что HPC выполняется лучше с горизонтальными станками из-за потребностей в эвакуации стружки. Даже тогда он рекомендует убедиться, что у станка есть высоконапорные системы СОЖ и воздуха готовые помочь со стружкой. Пятиосевые станки обычно совместимы с обеими траекториями HPC и HSM, хотя Монро говорит обратить внимание на скорость ускорения вращательной оси, так как это может быть ограничивающим фактором, если цехи не могут переориентировать деталь достаточно быстро, чтобы держать темп с подачей. Гравитация также помогает в эвакуации стружки на пятиосевых станках, помогая цехам запускать более агрессивные подачи, так как стружка может быть освобождена из карманов. Этот же принцип применим к инвертированным фрезерным и токарным станкам, которые Монро говорит обычно имеют стабильность для обработки обеих траекторий HPC и HSM.

Дебют станков с высоко-RPM шпинделями (40,000 RPM) и достаточно стабильными конструкциями для использования полных флейт инструментов под устойчивой нагрузкой без вибрации делает траектории HPC и HSM более жизнеспособными, говорит Монро, с улучшенным сроком службы инструмента даже на агрессивных скоростях и подачах. Многие современные станки предлагают скорости шпинделя на 20-40% выше, чем те, что обычно были доступны пять лет назад, говорит Монро, со скоростями удаления материала на 100-300% выше. Вместе с современными геометриями оснастки и покрытиями, они позволяют использование траекторий, показывающих драматические улучшения к времени цикла в то время как продлевают время между сменами инструментов.