目前日期文章:201104 (5)

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用五軸加工可以從幾個方面提供諸多益處。通過分析設備、工藝和裝夾,尤其是切削刀具和切削作用,就能從中而受益。

除了通過全五軸加工才能完成某些特徵外,也可選擇性地簡化利用五軸的加工工藝。其中包括使用三加二軸,或有時僅使用三軸,尤其是對於各種粗加工、半精加工和修銑工序。

儘管有些零件特徵具有雙曲線輪廓,並且會同時沿著五軸運動,但使用正確的刀具再保持適當的恒定吃刀量,就能高效地加工出幾乎任何曲度。

使用五軸加工的主要好處

顯而易見是能夠高效地獲得複雜的三維(雙面)零件特徵,不僅精度高,而且表面品質極佳。一般僅需一次裝夾和最少的切削工序,切削時間大為縮短,刀具懸伸始終保持盡可能地短。此外,往往也會提高金屬去除率,並且刀具碰撞風險可控。對五軸加工、聯動加工以及三加二軸加工而言,切削刀具和工藝選擇是獲得成功結果的關鍵因素。與三加二軸加工相比,聯動加工時的工藝選擇更為重要,因為前者挑戰性較低,可以當作三軸工序看待。

五軸CNC加工基於機床在五個軸上運動而生成3D零件形狀的能力。而且,真正的五軸聯動加工指的是除了能夠沿著旋轉軸定位刀具外,切削時刀具還能順著這些軸進給。其必然結果是使得機床一次裝夾就能形成複雜的零件形狀。除三個基本軸(x、y和z)之外,還包括兩個附加軸(b和c,或者有時為a和c,具體取決於機床配置),切削時繞著z軸和繞著y軸(或x和y)旋轉。當機床主軸或工作臺以某一角度固定,並且在三軸模式下進行加工時,即為三加二軸加工。從機床的角度來看,有多種方法可以獲得五軸加工:五軸加工中心、傾斜工作臺佈置或通過主軸頭附件。

採用CoroMill Plura(金剛銑)整體硬質合金立銑刀五軸聯動加工葉輪

旋轉刀具產生在零件表面上的紋路是主要的考慮因素。為此,切入角和刀具傾斜角度通過CAD-CAM程式實現,並且應在設計裝夾方式時予以考慮。不僅切削刃的主偏角,而且刀具吃刀量和後角大小都會產生影響,以至於避免背切現象,

切入角可根據刀具中心線和進給方向上刀具接觸點處垂直於工件表面的垂線之間的夾角測得。在許多情況下,該值會保持恒定,且與所用刀具的推薦值相符,但如果CAM允許,也可通過編程予以改變。利用固定的切入角,刀具即可在整個進給方向上相對於零件表面以預定角度傾斜。該切入角基於表面上最小的內半徑和刀具的有效直徑。

刀具的傾角基於垂直於進給方向的平面,因此比照切入角,可根據刀具中心線和切口處垂直於表面的垂線測得。各點上恒定的切入角對於生成曲面和凹入的零件表面而言至關重要,儘管點銑會耗費更多的切削時間並可能縮短刀具壽命,但它卻是獲得凹表面和雙曲面的安全方式。刀具在其圓角半徑處與工件始終保持接觸(接觸點的位置根據具體曲面沿著刀具圓角半徑變化),經過連續走刀即可生成3維表面。採用立銑刀進行點銑適用於粗加工、半精加工以及精加工工序。

側銑

更為高效,與點銑相比,其切削時間更短,但在某些方面更受限制。它最適合於半精加工和精加工工序,但僅局限于單曲面和凸表面。顧名思義,側銑就是主要用刀具的側面進行切削,並且刀具半徑(如果含有)僅生成零件圓角半徑。由於採用更大的刀具/零件接觸面積,對功率、扭矩、穩定性、排屑和機器運行能力均有更高要求。

五軸加工時的刀具選擇部分取決於所應用的具體銑削方式(點銑或側銑)。側銑要求刀具擁有足夠長的徑向切削刃,例如整體硬質合金立銑刀或可換頭銑刀。這些銑刀可以為直型或圓錐形,並具有各種圓角半徑。有多種技術可用於側銑:擺線銑、切片銑或仿形銑削。錐形球頭立銑刀與球頭立銑刀相比,穩定性更高,後者要求較小的配合半徑。

擺線銑削(三軸粗加工技術)時,刀具以連續螺旋的刀具路徑進行切削,在受限空間中從徑向進給,具有很高的材料去除率。每次切削時刀具不斷向外運動,進而形成凹槽或輪廓。由於徑向切深較小,因此可以使用更大的切削深度並且產生相對較小的切削力。切片(三軸半粗加工/精加工技術)與零件圓角加工類似,通常需要高速動態剛性好的機床。此外,切削時會以小徑向切深進行多次走刀,這樣對於大圓角就能應用更大的軸向切深。仿形銑削可以是僅使用側面的2D切削工藝,或者為刀具半徑形成底面的3D切削工藝。仿形銑削也要求高速動態剛性好的機床和極高的穩定性。

對於點銑

存在許多刀具選擇,具體取決於零件特徵和表面品質要求。一般來說,對於較大的開放曲面,首選為圓刀片銑刀或球頭銑刀。對於型腔,有著大刀具懸伸的錐形球頭銑刀往往是最佳選擇,其中在需要刀具可達性時,模組化刀具系統所提供的縮徑接杆可確保最大穩定性。

適合粗加工的刀具應用與機床能力和零件表面要求有關,較大的有效刀具直徑或許能夠在三軸加工時應用。半精加工時,刀具路徑策略應效仿精加工策略,通常在五軸加工(有時使用三軸)時能最高效地獲得最佳加工結果。其目標應是為精加工工序留出均勻的加工餘量。

對於精加工,刀具選擇取決於所需要的表面品質和精度水準,其中通過使用不同類型的刀具(具體與零件特徵和光潔度有關),即可對聯動五軸加工進行優化。圓刀片銑刀使用得更為普遍,球頭銑刀適用于在成形和可達性方面要求更為苛刻的切削,例如封閉凹窩。

一系列不同的銑削刀具

適合於聯動和三軸加工工序,具體取決於粗加工和精加工所介入的程度。例如,大直徑的圓刀片銑刀適合較淺的大表面,它採用相對較大的徑向吃刀。使用具有大圓角半徑或圓頭的圓刀片刀具或立銑刀進行銑削時,最好應用適當的切入角和傾角,以確保獲得最高的性能和加工結果。可導致高進給能力的薄屑效應是需要考慮到的生產率因素。

球頭刀具非常適合於五軸點銑,但可達性和軸自由移動受到限制(三加二軸),例如受限於零件特徵或夾具。這些刀具一般為整體硬質合金立銑刀或可換頭銑刀,加工時間短,在高切削速度下具有極高效率。當然,它們也很適合任意三加二軸加工工序。

五軸加工時的表面品質

在一定程度上是步距問題,與刀具直徑有關。在具體應用中是一項重要因素,因為它會影響到加工時間和表面品質。與用於常規仿形銑削的球頭刀具相比,採用圓刀片銑刀可顯著縮短切削時間。對圓刀片銑刀而言,步距與直徑之間的關係最大為1比2,步距較大時,雖然可縮短加工時間,但會留下更高的表面粗糙度。就此而論,球頭刀具不會提供同樣的生產效率,並且加工條件也較差。刀具將根據每齒進給量和切削寬度形成具有一定有高點的表面,而切削深度會影響到切削力,並對刀具穩定性要求很高。要獲得平滑且均勻的表面品質,應對刀具傾斜、進給值、切削方向和刀具夾持情況進行優化,以使其達到最佳平衡。

總而言之,每種加工方法和刀具類型都有其特定優勢,正確選擇刀具並對其進行應用優化能夠提供更多的加工可能性,並且有機會降低五軸加工的成本。此外,採用優秀的類比軟體也能夠顯著降低出錯機會,並避免將寶貴的生產時間浪費在機床上測試新程式方面。

資料來源:全球數控刀具網

http://www.cctw.cc/Show_NewsPage.aspx?NID=2611&pages=3


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根據企業諮詢公司Booz & Company最近與WEF(World Economic Forum)共同攜手進行之一項調查顯示,儘管目前電動車已被汽車製造業視為全球最大一樁企劃案,然未來20年間,使用汽油之車輛仍將主導汽車市場,此故,倘製造業不著手大量投資改善現有交通工具,有鑑全球交通量仍將大幅升高,迄2030年全球石油需求量亦將隨之續增40%,除非業界每年業界投資400億美元,努力加強研發改善現有傳動技術以及提高能源效率,同時開發再生能源或有機能源,以取代目前使用之燃油,如此一來,即使未來交通量續增,每年仍有可能降低0.6%之石油耗量。

上述調查同時顯示,就算業界投入重金努力開發再生能源,未來20年間,全球載客及載貨交通工具仍將無法完全擺脫石油,其中主要原因為,全球汽車平均使用年限多長達15年,即使在先進工業國如德國亦頂多縮短2至3年而已,另一方面,即使長程以往,電動車將成為大量生產之產品,然迄2020年每5輛車輛中仍將有4輛為使用燃油之汽車,因而為德國汽車製造業埋藏了龐大潛力,可供技術創新。

上述調查當可解釋,為何在各國極力發展電動車之角力競爭中,德國聯邦政府雖計劃在2020年以前讓100萬輛電動汽車上路,然而僅肯出資5億歐元作為研發獎勵金,此一金額如與中、美、法等國比較,明顯瞠然落後,顯然德國政府已經看出,電動車雖為大勢所趨,然在德國汽車製造業掌有燃油馬達之領先技術下,至少在未來數十年間,該製造業業者仍將有利可圖,無怪乎,面對他國動輒投入重金,德國政府卻仍然神閒氣定,一副老神在在之態。目前美國計畫在2015年以前注入220億歐元作為投資獎勵金,而中國大陸為此則掖注逾100億歐元,其中單單在2015年以前則將投入33億歐元,而法國則將在2015年前投資22億歐元,並提供每輛電動車買主5,000歐元作為補助,以期在2012年以前讓10萬輛電動車上路,此外,且計畫在2020年以前設置400萬個充電站。目前就連經濟情況並不理想之西班牙所提供之獎勵資金亦高過德國,據悉該國政府計畫在未來兩年內投入5億9,000萬歐元作為電動車投資獎勵。

資料來源:台灣經貿網【 杜塞道夫台灣貿易中心/ 祝孝萱 報導】2011.04.11


 

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資料來源:中國金屬加工網


高速工具鋼是一種高端的刀具鋼,具有良好的耐磨性和強韌性,但在生產中若不加注意,容易會出現裂紋等缺陷,造成報廢。這主要是因為:

1、塑性低。高速鋼的合金元素多,特別是S、Ph、Sn等雜質元素較多,容易削弱晶粒間結合力引起塑性降低。

2、變形抗力大。高速鋼的合金成分複雜,再結晶速度慢、溫度高,在變形溫度下具有較高的變形抗力。

3、鍛造溫度範圍窄。高速鋼加熱溫度過高,容易過熱、過燒,停鍛溫度過低,會產生粗晶現象,理論上高速鋼鍛造溫度範圍很窄,一般在200-280℃。

4、導熱性差。高速鋼的導熱性較碳鋼低很多,在600-900℃加熱需要緩慢,否則會引起溫度應力,導致金屬脆性發生。

相關的預防措施為:

1、對高速鋼的原料的金屬含量嚴格控制。如錫含量要嚴格控制在0.08%以下。

2、規定鑄錠要扒皮或砂輪清理後,才能加熱鍛造,以改善高速鋼加工時性能。

3、控制高速鋼的加熱溫度和保溫時間、變形溫度,並採用多火鍛造。

4、鑄坯拔長時,開始應輕擊,待鑄態組織得到適當破碎塑性用所提高後,再增大變形量。自由鍛拔長時,每火次變形量控制在2-4倍範圍內,應從頭部向尾部送進。

5、在鍛造高速鋼時,減少在原料的同一部位連續旋轉變形次數,規定少於8次。

6、加工模具應進行預熱,預熱溫度一般控制為150-300℃。

 

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陶瓷刀具大概可分為三大類:高純度陶瓷、複合陶瓷、氮化矽陶瓷。

 

1.高純度陶瓷

        這是最早期的陶瓷,軔性的改善以結晶粒的微粒化和高密度化為重點。有時為了防止燒結時結晶粒的過度成長,可添加適當的MgOZrO2,但最有效的方法還是用HIP的再處理方式,橫向破壞強度可顯著的提升許多。高純度陶瓷有冷壓和熱壓成型。冷壓的陶瓷為白色,熱壓的陶瓷為黑色。

        冷壓高純度陶瓷已使用二十幾年,較便宜、強度較差,橫向破壞強度(TRS ) 3040kg/mm2,應用于車削、刨削、搪孔、銑削、及製造螺絲。加工材料包括軟鑄鐵、熱軋與冷拉碳鋼、黃銅、青銅、鋁。切削速度可達300m/min

        熱壓高純度陶瓷系將燒結後的氧化鋁施以熱壓,使結晶顆粒微細化(直徑<<2μm) ,提高抗拉強度,TRS5060kg/mm2。切削速度可達600m/min

 

2.複合陶瓷

        這是目前陶瓷刀具的主流,在Al2O3。中加入1530%的碳化物或ZrO2以改善強度及韌性,TRS7080kg/mm2。添加物包括:TiCWCCr2O3MO2C…等,其中以TiC為最多。同樣也可以HIP處理。用於高速(切削速度可達800m/min)重切削、銑削等。加工材料包括硬化鋼、冷硬鑄鐵、超合金、其他類似的硬金屬。

 

3.氮化矽陶瓷

        它以Si3N4的粉末為主,添加適量Al2O3。以常壓燒結法或熱壓法制成。主要特徵為比傳統陶瓷的韌性更好,TRS90100kg/mm2,熱脹係數更低,耐熱衝擊性很優秀。用於高速(切削速度可達600m/min)重切削、銑削鑄鐵、切削非鐵金屬。

資料來源:中國機床網

 

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根據兩岸經濟合作架構協議(ECFA)的早期收穫清單中原產地規則的規定,如果臺灣生產的機床不配置安裝臺灣或大陸生產的數字控制器,那麼到2014年臺灣產機床產品出口至中國大陸市場將會失去自由關稅地位。


  因此,臺灣當地的機床製造商不得不擺脫他們對日本或德國產數字控制器的依賴,自主研發擁有知識產權的數位控制器,從而保持自由關稅地位並維護其在中國大陸市場的份額。機床是早收清單中唯一首次條件影響的產品。



  這項規定適用於早收清單中所有臺灣產機床,包括金屬切削數控鑽床和數控磨床。但規定對於數控車床給予了兩年的寬限期,可以將最遲執行時間推遲至2016年。



  據瞭解,目前臺灣地區生產的數控加工機床,多以採用日本發那科(FANUC Corp.)或者德國西門子(Siemens AG)的控制系統為主,由於程式技術的門檻高,目前臺灣地區和大陸雙方都還沒有廠商能夠生產出與日、德廠商分庭抗禮的數字控制器。



  目前,臺灣地區為了鼓勵機床產業進一步升級,通過了臺灣亞崴、程泰、台中精機、永進、百德、大立等公司聯合申請的“新一代五軸聯動機床技術整合計畫”,應用研究所機床科技專案的研發成果,將在3年內將現有主力的三軸機床精密度提高到五軸以上,並建立相關檢測及附加軟體技術,以突破五軸聯動機床的發展瓶頸,提升機床產業的研發實力與產業技術含量。


資料來源:2011-01-08   國際機床網 http://www.daojuquan.com/




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