浅析：智能化切削刀具有效优化生产率

　　如果切削刀具像电脑那样更加智能化，就可以把它们在不同加工条件下的性能特点植入软件中。有了这些信息，就可以通过在CAM软件的用户界面上进行一些调整，对所有加工任务(即使是常规加工)的加工参数进行修改，以优化生产率。切削刀具供应商通常会聘用经验丰富的专家去访问加工车间，并针对特定的加工任务，推荐能提高生产率的刀具和加工参数。如果这种加工需要不断重复进行，那么这种技术服务可能极具价值，但如果这种加工只是偶尔为之，那么这种服务就只具有边际价值。

　　加工车间也可以参照有关的表格和规则，来修改和优化自己的数控加工程序，但除非是针对价值很高的加工任务，否则编程人员和机械师往往没有足够时间去掌握和运用这些知识。如果切削刀具像电脑那样更加智能化，就可以把它们在不同加工条件下的性能特点植入软件中。有了这些信息，就可以通过在CAM软件的用户界面上进行一些调整，对所有加工任务(即使是常规加工)的加工参数进行修改，以优化生产率。

　　这是由MastercamCAM软件的开发企业一一数控软件公司和刀具制造商伊斯卡公司得出的结论。这两家公司合作开发的一个项目，使伊斯卡“防颤振(ChatterFreeCF)”和“全合一(AllInOne)”系列刀具的用户可以充分利用伊斯卡的“高效加工(HEM)”规则，决速设置Mastercam的“动态铣削”刀具路径。当用户购买刀具时，可以将这中。之后，用户只需在Mastercam软件中了解高效加工工艺和应用要点，并点击设置即可。

　　虽然这种特定的合作主要侧重于型腔的高速加工，但它可能会导致刀具供应商、机床制造商和控制软件提供商在其他方面的进一步合作，将针对特定加工设备的“智能”数据库植入到CAM软件包中。

　　由于担心打刀和损坏工件，加工人员在操作数控机床时，通常采用的切削速度都低于机床能够达到的速度。如果他们采用了更高的切削速度，同样出于对损坏刀具和工件的担心，许多操作者都会减小进给量。

　　这种加工方式通常并不正确。虽然在高速切削时，过大的切削力有可能损坏刀具，但主要的大敌是切削热。高速切削―即使采用较小的切削步长一一会产生大量的切削热。

　　随着切削速度的提高，刀具以更决的速度切除工件材料，产生更薄的切屑，这些切屑吸收并带走的热量减少。这是违反直觉的，但实际上，为了产生能将更多热量从刀身工件界面带走的较厚的切屑，就需要增大进给率。

　　这正是需要植入高效加工规则之处，这些规则基于实验研究结果，对进给量、切削速度和切削步长进行调整。在数控软件公司和伊斯卡公司的合作项目中，之所以选用Mastercam的“动态铣削”刀具路径，就是因为它是为全切深条件下(切深一般为切削直径的2～2.5倍)的大进给率铣削而设计的。这就使其可以用直径12.7mm的铣刀，以25～30mm的切深，高速铣制二维型腔。

　　采用“高效加工”和“动态铣削”，切屑厚度可达25mm，并具有足够大的体量来带走切削热。由此产生的切屑应该具有多种颜色一一而不全是黄铜色或深蓝色(五彩斑斓的颜色表明切屑在切削时被加热，随后又完全冷却)。全黑色的切屑表明切削温度过高，切屑被烧伤在这种情况下，如果用户希望保持相同的切削速度，就必须加大进给率，以增加切屑厚度当利用植入CAM软件的加工规则时，操作者无需根据直觉调整加工参数。伊斯卡的“高效加工”规则和刀具特征数据使Mastercam能够计算出合理的切削步长、进给率和切削速度，从而在条件激进的切削加工中保护刀具。

　　当操作人员将该项目覆盖的某种伊斯卡刀具载入Mastercam数据库时，在前几个页面中会出现一些选项。例如，一个滑动条允许用户选择一个“高效加工”系数，通过数值1～5来选择自己所希望的型腔加工激进程度。当用户移动滑动条时，进给量和切削速度也基于输入些规则和表格输入CAM数据库的切屑负荷和表面光洁度而不断变化。一个下拉菜单提示用户选择一种切削步长(5%、7%或10%)。不允许选择更大的切削步长，因为它们会被认为过于激进，并有可能损坏刀具“高效加工”规则对“动态铣削”界面进行控制，并指导用户选择经过验证的切削参数。

　　采用“高效加工”规则的“动态铣削”是一种主要用于切削钢的高速粗加工方法，它不能用于加工耐热高温合金(如Inconel或钛合金),因为这些工件材料的“高效加工”规则尚未制定出来，而高温合金的加工方式与工具钢截然不同。

　　现有的版本最适合大量加工二维型腔的加工车间(如模具制造商)。例如，美国印第安纳州的一家模具车间切削加工根据目录购买的标准模架的A板和B板。最初，完成加工需要65分钟。后来，该车间转而采用伊斯卡公司的FeedMill铣刀(未采用“高效加工”工艺)进行加工，加工循环时间缩短到45分钟现在，采用“高效加工”工艺、“防颤振(CF)”立铣刀和“动态铣削”刀具路径，仅需15分钟就能完成加工“高效加工”工艺还消除了密集使用一台数控机床的瓶颈。该车间预期刀具寿命还能进一步提高，因为“高效加工”工艺是使用刀具的整个切削刃长度——而不仅仅是整体硬质合金立铣刀的刀尖——来进行切削。

　　在采用“高效加工”工艺之前，对自己的机床进行评估至关重要例如，如果操作者选择了某种“高效加工”系数，并希望采用12,000r/min的主轴转速，且该程序表示，机床必须以12.7m/min(500ipm)的切削速度进行加工，以产生合适的切屑负荷，对于某种机床和工件而言，这有可能实现，也可能无法实现。如果因为走刀变向过多(或由于机床速度有限)，切削速度只能达到4.5m/min(180ipm)，就会造成切屑太薄和刀具烧伤。在类似这样的情况下，就需要减小“高效加工”系数。

　　使用智能刀具并不能保证绝对安全。但是，即使在最高参数设置条件下使用，“高效加工”工艺也能安全达到粗加工生产能力。

　　MastercamX5版本已在“动态铣削”模块中纳入了伊斯卡智能化刀具数据库，并在2010年发布上市。

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