Максимизируйте прибыль с передовыми стратегиями траекторий инструмента

Adaptive Milling. Dynamic Motion. hyperMILL. Profit Milling. VoluMill. Waveform machining. Если вы один из счастливчиков, кто обрабатывает детали за жизнь, шансы около 50-50, что вы используете один из этих или сопоставимую высокопроизводительную программную технологию для генерации траекторий с тонкой щепкой, непрерывным вхождением, высокой осевой и низкой радиальной глубиной реза для ваших фрезерных центров.

Мы не собираемся взвешивать преимущества одной CAM системы против другой, потому что все они довольно дarn хороши — намного лучше, в самом деле, чем то, что было доступно даже десятилетие назад (как верно для большинства всего в обрабатывающей отрасли). Сказано это, дайте им шанс и каждый CAM провайдер перечислит горсть функций, делающих их ПО лучшим, с легкостью использования, большей продуктивностью и точностью траектории среди преимуществ. Какая правильна? Ответ довольно прост: это зависит.

Никаких споров здесь

Снова, мы не будем пытаться решить спор сегодня. Только тщательно построенные тестовые резы или, возможно, годы ежедневного использования положат конец этому часто нагреваемому обсуждению, и даже тогда, ваш пробег может варьироваться. Более важный вопрос: применяете ли вы технологию правильно? Дает ли ваш выбранный CAM пакет наибольшие возможные выгоды своим пользователям, или он сдерживается плохим выбором резающего инструмента, слабым зажимом, устаревшими держателями инструментов, или даже самим станком?

Есть очень хорошие причины узнать. Джон Хирально, инженер-аэрокосмический в Sandvik Coromant Co., Фэр-Лоун, штат Нью-Джерсей, сказал, что производитель второго уровня в аэрокосмике, с которым он работал недавно, увеличил производственную продуктивность на 198 процентов на компоненте Waspaloy LPT (низко давление турбина) после принятия стратегии высокоэффективной траектории инструмента с использованием одного из фрезеров Plura HFS Sandvik Coromant. И поставщик четвертого уровня для автоспорта использовал похожий подход, чтобы удвоить жизнь инструмента и утроить пропускную способность при обработке титановых хабов колес.

«Есть растущий спрос в аэрокосмической отрасли на высокоподающую боковую фрезеровку в титане и никелевых сплавах», сказал он. «Традиционные траектории инструмента не работают хорошо в этих труднобрабатываемых материалах, таким образом необходимость в разработке новых программных стратегий, которые не только поддерживают эффективность и продуктивность, но также уменьшают любые негативные влияния на износ инструмента».

Это больше чем самолет и космический корабли производители, которые на охоте за новыми и более эффективными траекториями. Хирально отметил, что автомобильная отрасль постоянно давит своих поставщиков снизить производственные затраты, давление, которое капает вниз к поставщикам резающих инструментов и провайдерам CAD/CAM. И пока поставщики в основном поднялись к вызову, часто трудно для цехов адаптировать эти передовые технологии обработки к старому оборудованию, не говоря уже о поиске времени для тестирования и валидации новых процессов.

Исследование синергий

Джей Болл, менеджер по продукту для твердой фрезеровки в Северной Америке у Seco Tools LLC, Трой, штат Мичиган, согласился. Он сказал, что по крайней мере половина всех цехов остается верной своим проверенным, теперь десятилетиями старым методам программирования, либо потому что они еще не верят в сегодняшние программные техники, либо их оборудование просто не в состоянии достичь значительно более высоких скоростей подачи, необходимых для их реализации.

«Это настоящая жалость, когда вы получаете звонок от кого-то, кто прочитал статью в журнале или посмотрел видео о высокоэффективной обработке и они взволнованы попыткой, но потом вы приезжаете в цех и находите, что их ЧПУ оборудование устарело, их держатели инструментов десятилетней давности, и вы знаете, что мало шансов эффективно применить одну из этих стратегий», сказал он. «Хуже, может быть, вы все равно пробуете и это оставляет клиента разочарованным, и они будут избегать попытки снова, когда они получат новый станок».

Созависимое отношение, включающее траекторию инструмента, резающий инструмент, держатель инструмента и обрабатывающий центр, — это то, что многие в отрасли упускают, хотя все, опрошенные для этой статьи, согласились, что это довольно реально. Несмотря на это, давление высоко на разработку новых, эффективных траекторий. Болл сказал «практически любой CAM провайдер» сегодня имеет некоторую форму высокоэффективной обработки в своем предложении и они не могут конкурировать без неё, делая необходимым для Seco Tools и его конкурентов разрабатывать одинаково высокопроизводительные резающие инструменты.

Для Болла это приходит в виде количества флютов далеко за традиционными четырехфлютовыми фрезами, с пяти-, шести-, семи- или девятифлютовыми версиями легко доступными. Высокоскоростные, высокоподающие, высокоэффективные и высокопроизводительные резаки, спроектированные и оптимизированные для передовых фрезерных стратегий, также становятся всё более распространенными, часто с переменным шагом, переменной спиралью дизайнами для снижения гармоник, производящих вибрации, которые могут возникнуть при резке стали и суперсплавов на сотнях дюймов в минуту.

Масштабирование вверх

Несмотря на предложение Болла, что грустно большой процент цехов еще не прыгнул на поезд высокой эффективности, он подтвердил, что эти стратегии становятся более популярными, как наладчики и программисты растут комфортно с концепцией и как её применять. «Больше и больше людей экспонируются технологии каждый день, и как только они узнают, что сокращения циклического времени 40 процентов или более довольно типичны, вы увидите еще больше их на борту».

Кто знает всё об этом — Бен Мунд, старший рыночный аналитик для разработчика Mastercam CNC Software Inc., Толланд, штат Коннектикут. Он сказал, что технология Dynamic Motion в Mastercam, упомянутая ранее, продолжает расти в популярности и способности, добавив, что «мы ввели широкое разнообразие новых траекторий вместе с уточнениями существующих за прошлый год, все направленные либо на увеличение скоростей удаления металла, либо на улучшение наших возможностей смешивания и обработки поверхностей».

Мунд заметил, что приросты продуктивности всегда доступны независимо от возраста станка и стиля используемого резака, и заявил, что Dynamic Motion почти универсально применима. «Она не будет фальшивать, потому что вы используете менее дорогой резающий инструмент или низкоуровневые ЧПУ станки, но выгоды определенно будут масштабироваться вниз по мере того, как установка становится менее чем оптимальной».

Через бочку

Он был быстр указать, что, в то время как его утверждение верно при использовании Dynamic Milling для грубого, 2D обработки и 3D полуфинишной работы, «ускоренная финишная обработка» Mastercam — совсем другая ситуация. В этом сценарии траектории инструмента обычно требуют специфическую геометрию резака, если они должны достичь желаемых результатов.

Один пример этого — барельная резка, также известная как круг-сегментный резак. Мунд отметил, что Mastercam агрессивно работала с производителями резающих инструментов для определения и тестирования этих и других «формованных резаков» для использования в формообразовании, медицинской обработке и аэрокосмических финишных применениях. Эти инструменты дают пользователям способность производить «действительно высокоточные финиши в более коротких объемах времени» чем традиционные методы обработки поверхностей.

Он объяснил, что эта политика открытых дверей распространяется на все продукты ПО Mastercam. «Например, мы также работали с ведущим поставщиком резающих инструментов несколько лет назад при разработке нашего движка траектории Dynamic Motion», сказал он. «У нас были проблемы с контролем щепки и достижением глубины быстро во время некоторых внутренних тестов, поэтому мы предложили им сделать некоторые правки в геометрию их резака».

Как оказалось, поставщик резающего инструмента в итоге добавил высокоскоростной наконечник к своей линии фрез без вибраций. Мунд и его команда также выучили несколько вещей, которые они с тех пор включили в функции Mastercam. «Это оба отличные примеры синергий, существующих между провайдерами железа и ПО, где каждый участник заканчивает с гораздо лучшим продуктом в результате», сказал Мунд.

Великое туда-обратно

Томас Раун, национальный менеджер по продукту для фрезеровки в Iscar Metals Inc., Арлингтон, штат Техас, — еще один твердый верующий в партнерства между компаниями, делающими дополнительные продукты.
«Должно быть непрерывное туда-обратно», сказал он. «Иногда это возможности их ПО, которые движут нашу разработку как производителя резающих инструментов, и иногда это наоборот. В любом случае, мы полностью открыты для работы с разработчиками CAM и строителями станков, если это означает улучшение продуктивности для наших клиентов».

Как упоминал Болл от Seco, Раун сказал, что одно из более недавних разработок в геометрии резающего инструмента — больше флютов — возникло непосредственно из легкого радиального вхождения и высоких скоростей подачи трохоидальной фрезеровки. Iscar взял эту идею на шаг дальше, предлагая твердосплавные фрезы с одним флютом на каждый миллиметр диаметра, инструменты, которые в классическом стиле «курица или яйцо» в основном эффективны только с трохоидальной фрезеровкой.

«Конечно, как только вы сделали первый шаг в высокоэффективную фрезеровку, следующая вещь, которую вы будете искать — больше осевое вхождение, чтобы максимизировать удаление металла», сказал он. «Из-за этого мы видим фрезы с длиной реза в четыре и шесть раз диаметра — эти инструменты были доступны раньше, но в основном для нишевых применений. Теперь они довольно распространены. Вызов здесь, хотя, в том, что щепки могут быть несколько дюймов в длину; они накапливаются очень быстро и трудно удалить из зоны обработки, поэтому мы должны были разработать фрезы с засечками на флютах, которые делят щепки на управляемые куски».

Iscar работает с разработчиками ПО и другими способами. Раун указал на создание много лет назад библиотек, содержащих геометрии инструментов и резающие параметры для включения в разные популярные CAM пакеты. Это ставит важные прикладные данные в несколько кликов мыши, сказал он, и потому что больше нет необходимости вручную вводить эти значения, это по сути «пока-йоке» процесс выбора инструмента и определения подачи и скорости.

Несмотря на это, Раун предложил относиться к этим значениям с щепоткой соли. «Программисты обычно понимают более высокие скорости подачи, нужные для высокоэффективной фрезеровки, но склонны упускать потенциал для увеличенных скоростей резания», сказал он. «Хорошее правило большого пальца — удвоить рекомендуемую скорость резания при использовании 10 процентного шага, и даже утроить при 5 процентах. Конечно, это зависит от станка, потому что многие из них не могут фактически достичь скоростей подачи, необходимых для поддержания правильной толщины щепки на этих более высоких частотах шпинделя, особенно на мелких деталях и сложных геометриях. В этой ситуации вы в итоге недоподаете инструмент, что приводит к натиранию и преждевременному износу».

Сходим с ума

Когда речь идет о покупке станков исключительно на основе их скоростей подачи и быстрых перемещений, стоит смотреть за пределы таблицы, по словам Уэйда Андерсона, менеджера по специалисту продукта в Okuma America Corp., Шарлотта, штат Северная Каролина. Он сказал, что Раун от Iscar абсолютно прав о скоростях подачи, поэтому это сводит его с ума «абсолютно» когда покупатели станков основывают свои покупательские решения исключительно на таблице, сравнивающей значения такие как максимальная скорость подачи и быстрые скорости перемещения. «Вы не можете, ни при каких обстоятельствах, доказать, какой станок лучше, глядя на таблицу», сказал он.

Признается, сравнение спецификаций оборудования — необходимый шаг в процессе оценки станка, но это не до тех пор, пока щепки не начинают лететь, что металл станка может быть действительно протестирован. Это возможно только через реалистичные тестовые резы, желательно используя ваш материал, хотя не обязательно с вашими резающими инструментами и траекториями. Если ваш цех не полностью в курсе кривой высокоэффективной фрезеровки, любая демонстрация станка вероятно (и надежно) введет программные методы, держатели инструментов и резающие инструменты, с которыми ваш цех может быть незнаком — технологии, которые абсолютно необходимы, если вы хотите быть успешными.

Вы можете думать об этом как о треугольнике, объяснил Андерсон, с производителем станка, CAM системой и резающими инструментами как тремя равно важными компонентами. «Очевидно, есть другие переменные как зажим и охлаждающие жидкости, входящие в уравнение обработки, но это три, которые склонны вызывать инновации, которые остальные должны затем догонять и в конечном счете превосходить», сказал он.

Для любого применения, использующего высокие скорости подачи, тонкую щепку и трохоидальные фрезеровки стратегии, Андерсон рекомендует обрабатывающий центр, который имеет превосходный дизайн шпинделя с дуальным контактом конуса и лицевого соединения, структуру станка с надлежащей массой и характеристиками выноса щепки, необходимыми для высоких скоростей удаления металла, и управление, способное поддерживать экстремальные скорости обработки.

Эта последняя часть повторяет то, на что намекал Раун ранее, что просто потому что вы запрограммировали определенную скорость подачи не значит, что станок когда-либо достигнет её. «Для Okuma важно, чтобы мы предоставляли платформу, способную обрабатывать любые инновации, которые приносят на рынок CAM и поставщики резающих инструментов», сказал Андерсон. «Это означает управление станком и сервосистемы, способные обрабатывать огромные объемы данных, приходящие с динамическим контролем движения, и передовые кривые ускорения/замедления и дерганья, позволяющие станку достичь своего максимального потенциала».

Есть также долговечность для рассмотрения. Это одно — увидеть динамическую демонстрацию высокоскоростной фрезеровки; совсем другое — обрабатывать этот тип работы на протяжении нескольких лет. Сказал Андерсон, «Если у станка не хватает массы, или соединение шпинделя неверно, или управление не может поспевать, результаты будут менее чем оптимальными. Все переменные должны быть в балансе, чтобы полностью реализовать потенциал последних технологий, и делать это на длинной дистанции».

Привет, старый друг

Наличие правильного станка также открывает дверь к резающим инструментам, когда-то считавшимся подходящими только для специальных применений. Мартин Дилламан, менеджер по приложениям инженерии и менеджер проекта в Greenleaf Corp., Сайгертаун, штат Пенсильвания, сказал, керамика попадает в эту категорию.

«Всего на прошлой неделе мы обсуждали, как, за последние пять-десять лет, станки наконец догнали керамические резающие инструменты», сказал он. «Благодаря более высоким скоростям шпинделя и большей жесткости станка, мы можем применять эти инструменты более эффективно, чем мы могли в прошлом. Так что не только больше цехов теперь могут использовать наши продукты, у нас также есть возможность для дополнительной разработки».

Дилламан указал на несколько из этих разработок, многие из которых порождены через работу Greenleaf со своими клиентами и их CAM провайдерами. Эти включают фазово-закаленные керамики, которые могут лучше поглощать удар, связанный с фрезеровкой, высокорезанные индексируемые резаки, линию мелкошаговых фрез Excelerator, выпускаемую позже в этом году, и даже выезд в карбидные резающие инструменты с геометриями Hushcut, снижающими вибрации, компании.

«Мы определенно видим увеличение числа клиентов, движущихся к высокопроизводительным фрезеровки стратегиям, и мы работаем, чтобы поддерживать их любым способом, которым можем», сказал он. «Мы сядем с их программистами и наладчиками, чтобы помочь им разработать лучший подход к обработке для любого материала, который они режут и любого ПО, которое они используют, даже если это означает просить наше инженерное отделение за кастомным решением. Много цехов сейчас толкают конверт, и наша работа — дать им наибольший возможный успех».