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突破多轴加工的极限

美国制造工程师协会(SME)       2023-12-01

在其总部,FKI的团队由85名技术熟练的专业人员组成(其中包括十几名程序员),分布在占地75,000平方英尺的三栋建筑中。机械车间拥有50台CNC 机床,可以处理复杂的 A&D 组件。

FKI还可以生产自己的夹具和工装,包括瑞士单位和传统车床,以及三轴和五轴卧式铣床。两台Yasda PX30i“超公差”五轴装置树立了精度标杆,每个装置均配备 320 个刀库和 33 个托盘池。

FKI的最新产品是Yasda YBM 8T-TT。这款高速耳轴式五轴卧式加工中心在同步五轴圆锥加工过程中的圆度公差为2.8μm。它与Fastems 18托盘自动化系统协同运行。

软件支持

FKI 始终处于领先地位,其多轴功能可追溯到 15 年前。其所有CNC铣床、线材、车床和多轴装置均由位于康涅狄格州托兰的 CNC Software Inc.提供的 Mastercam CAD/CAM软件提供支持。FKI的认证经销商位于佛罗里达州奥兰治港的 Camtech Engineering Services LLC确保了CAM套件和编程团队通过一系列培训、现场和虚拟故障排除、后处理器开发和推出更新来保持最新状态。

Camtech调整了其支持以满足FKI的需求。Camtech的服务和支持的核心是认识到,期限紧迫的高要求项目可能需要协作解决问题,以找到最有效的解决方案,这种合作伙伴关系既可以确保及时交付项目,从而使Mastercam用户受益,也可以发现使用软件的创新方法。

Jeremy Fritchy是FKI 的制造工程师,在机械加工行业拥有30多年的经验,他非常依赖该软件。当客户提供零件模型时,他的第一步是将其直接或通过第三方CAD程序导入CAD/CAM 系统。如有必要,他会在应用刀具路径之前调整文件。

他处理的许多零件都属于新产品实施(NPI)零件的类别,这是FKI的一种特殊类型的原型。NPI 部分涉及创建一些初始部件,对它们进行各种测试,解决出现的问题并重复该过程。通常,NPI部件需要多次迭代才能最终确定。

其中大多数都是Fritchy所说的“超关键”零件,具有极其严格的公差,只有最先进的多轴车间才能实现。作为一个例子,他描述了最近的 NPI:1英寸(25.4毫米)立方体部件用作钛制成的半导体的安装板。虽然每次运行仅生产5个单元,但它们需要复杂的加工和细致的深思熟虑安装板上的几个特征需要3微米的轮廓公差。

由于零件的尺寸和严格的公差,工具的选择受到限制。Mastercam独特的动态运动技术不断评估加工过程,根据需要调整角度、进给和速度,以保持最佳切削效果。Fritchy表示,动态刀具路径对于FKI特别有利,因为它们可以最大限度地减少步距并最大限度地延长切削刀具的容屑槽长度。这有利于更好的热量分布和均匀的刀具磨损,从而可以使用比传统加工更小的刀具。

参与进化

Mastercam 的动态运动引擎代表了工具啮合控制的发展。在传统加工中,通常使用 50% 步距规则。随着径向切屑减薄技术的引入,这种情况发生了变化,提高了直线切削中的进给率和材料去除量。逻辑上的进展是将这个想法扩展到整个刀具路径,而不仅仅是直线。随着 Mastercam处理能力的进步和内部算法的开发,将这一概念变为现实的时机已经成熟。

Mastercam的专有引擎利用前瞻知识不断调整刀具路径,保持刀具上的负载一致。Dynamic Motion引擎最初设计用于2D铣削,例如轮廓铣削和型腔铣削,现已发展到涵盖3D粗加工甚至车削。其结果是切削速度显着加快、刀具寿命更长并降低了机器应力。

FKI 特别受益于带有 3D 高速光栅的Dynamic OptiRough。这种粗加工方法由动态运动技术提供支持,采用深度降压和库存意识。在加工易碎或具有挑战性的金属时(FKI 经常这样做),它的价值无可估量。

当运行高优先级零件(例如指定用于美国国防部的零件)时,缩短周期时间是有利的。Fritchy 强调,虽然交货时间各不相同,但超过最后期限交付零件是不可想象的。最近的一个项目涉及一个计算机外壳,其长约 2 英寸,宽 1.5 英寸,厚 0.5 英寸(51 x 38 x 13 毫米)。Fritchy 通过一系列工序制成:数控加工粗加工、阳极氧化和精加工。“通过软件的新更新,我能够更快地完成这一切,”他说。更新后的界面将所有机器设置和定义保留在一个选项卡下,以便于访问。

尽管Fritchy尚未能够测试运行所有更新,但他对统一多轴刀具路径感到特别兴奋。在新的统一刀具路径中,“变形”、“平行”、“沿曲线”和“投影曲线”命令都可以在一个位置轻松访问。因此,他将能够尝试不同的方法,而不必每次都创建新的刀具路径。

“我想在任何需要更好地控制表面光洁度的五轴应用中使用它,”Fritchy 表示:“有时我们的轮廓表面是带有半径的球体,控制弯曲很重要。如果没有软件中的这些高级刀具路径,我认为其中很多部分甚至都不可能实现。只要能够使用以前的切削作为连续刀具的库存,就可以更好地控制刀具路径。”

对精度的承诺

FKI团队手动将定制刀具和刀柄的信息和个人注释输入到程序中,但他们也可以根据需要从外部制造商下载刀具库。Fritchy还在他的图书馆中记录了不同材料和机器的进给和速度。我们共享一个库,每个人都可以看到哪台机器上有哪些工具,数据对于团队合作至关重要,特别是对于每台都具有相同平台工具的尖端机器。

虽然CAD/CAM 软件包可以与第三方验证插件配合使用,但Fritchy通常依赖于系统内验证、Backplot和模拟工具。这是我们验证刀具路径是否达到我们期望的最简单方法,这些功能可检查是否存在可能的碰撞、凿痕、空切和编程错误。如果发现,这些问题会立即引起程序员的注意并进行修复。

FKI对精度的承诺延伸到加工前后彻底的零件验证。位于不同建筑中的两个质量实验室不断工作,并配备三台蔡司坐标测量机(CMM),确保每个零件都没有任何误差。初步检查后,零件将进入配备有接触式探测、被动和主动接触式扫描以及使用共焦白光和1x相机传感器的非接触式光学扫描的探测和扫描工具。合作伙伴表示,如此细致的质量控制措施使 FKI 能够保持首篇文章符合AS9102标准。

建立像与 FKI 这样的持久合作伙伴关系,可以为富有成效的双向沟通和共同成长创造一个理想的环境

随着FKI等公司的扩张,他们对编程工具的需求也在增加。Mastercam通过当地代表接收用户关于这些不断变化的需求的反馈。这种反馈循环使用户能够从基于他们的输入的改进中受益。


关键词:多轴加工;数控机床;精密加工