HSM-基础知识介绍(高速铣削)

1、Return to menuReturn to menuMIKRON: 真正高速铣削加工的解决方案真正高速铣削加工的解决方案 有关高速铣削加工的错误观念有关高速铣削加工的错误观念?高速铣高速铣 (HSM) 的概念的概念高速铣刀具高速铣刀具(铣刀、刀柄）铣刀、刀柄）高速主轴高速主轴运动轴的高动态特性运动轴的高动态特性结论结论竞争对手竞争对手高速铣加工路径策略高速铣加工路径策略CNC 高速处理程序能力高速处理程序能力MIKRON 特色特色品质品质 & 精度精度Return to menu对高速铣的一些误解和错误概念对高速铣的一些误解和错误概念普通铣床配上高速主轴就是高速铣普通铣床配上高速主

2、轴就是高速铣 较高的主轴转速较高的主轴转速,较高加工速度较高加工速度高速铣是一种新技术高速铣是一种新技术,将替代普通铣床将替代普通铣床. 20,000 的主轴转速的主轴转速,完全满足模具加工的需求完全满足模具加工的需求高速铣要比普通铣床加工的更快高速铣要比普通铣床加工的更快Return to menu高速铣削是高速铣削是 一种新的技术一种新的技术: 一种新的理念一种新的理念: 高速铣高速铣刀具刀具 高高速主轴速主轴 高高速速 动动态特性态特性 运运动轴动轴 高高速速CNC 高速高速 CAM 策略策略 为了获得高速铣削特殊的加工效果为了获得高速铣削特殊的加工效果, , 整个链必需严格控制整个链必

3、需严格控制. .如如果任何一环被忽略或脱节果任何一环被忽略或脱节, , 最终的结果将会相去甚远最终的结果将会相去甚远。高速铣削（高速铣削（HSM）的关联影响的关联影响MIKRON +Return to menu高速切削的现象高速切削的现象:废屑温度 C020040060080010001200140016000100200300400500600切削线速度 vc m/min高速切削 有效区域传统切削有色金属铸铁钢切削力 N在高转速时在高转速时, , 刀具温度和切刀具温度和切削力呈下降趋势削力呈下降趋势, , 高速铣削高速铣削是以这种效果为基础的加工是以这种效果为基础的加工技术技术。020040

4、0600800100012000100200300400500600切削线速度 vc m/min传统切削高速切削 有效区域Dvnc1000*Return to menu高速切削的现象高速切削的现象:铣刀 .工件普通铣切剪角正面刀具侧面 .熔化区 . 高速铣切剪角材料金相组织 .切屑金相组织 .切剪区 . 正面刀具侧面 .切削表面 .工件铣刀 .普通铣削普通铣削高速铣削高速铣削材料去除量大,而去除速度慢高温高温加工精度低加工精度低, 刀具易磨损普通机加工面材料去除量小,而去除速度快低温低温加工精度高加工精度高, 刀具低磨损很好的抛光表面Return to menu高速铣削高速铣削(HSM) 和和

5、 高性能铣削高性能铣削(HPM) HSMHPMzvcfzapaenvfQmm - m/minmmmmmmmin-1mm/minmm3/min641200.100.600.80637025501224841041241641201201201200.100.800.904770191013750.101.001.003820153015300.121.201.103180152520130.141.501.20239013402412zvcfzapaenvfQmm - m/minmmmmmmmin-1mm/minmm3/min64450.0206.003.00212017031008410412

6、4164454545450.0278.004.00159017054000.03310.005.00127017085000.04012.006.001190190137000.05316.008.0090019024300粗加工刀- 硬淬钢 55 HRCHPMHSMReturn to menu因高速旋转的缘故因高速旋转的缘故:通常选用刀具直径20mm以下,以匹配主轴的参数规范、加工的稳定性、可靠性和安全性。 比普通铣削的去除量要小的多，在加工模芯时，可获得非常完美的效果。 （废屑少到用双手可捧住） 某些新的应用领域，如薄壁、微细加工等等,已可实现。该工件材料为铝,壁厚为0.5mm. 如果没有

7、高速铣削( HSM)技术, 还没有其它工艺可实现该工件的加工.铣刀 .工件普通铣切剪角正面刀具侧面 .熔化区 . 高速铣切剪角Return to menu高速刀具高速铣高速铣(HSM) 成功因素成功因素 1:本质本质:最终对零件最终对零件实施切削实施切削并非是机床并非是机床 而是刀具而是刀具!Return to menu高速铣刀具高速铣刀具:选择刀具的准则: 刀具直径 (零件的几何、尺寸精度) 类型 (粗加工,精加工, 槽, 3D, edge,) 形状 (球头, torus-end, 刀刃的数量 .) 工件材料 (高速钢, 应质合金, 陶瓷合金, PKD, CBN) 刀具涂层(TiN, TiC

8、N, TiAlN, ) 质量 (径向跳动, 形状精度, 动平衡, 刚性)刀具象汽车的轮胎,汽车在行驶时,只有轮胎真正接触路面.在汽车大赛中,好的轮胎是获胜的最重要条件之一。Return to menu高速铣刀具高速铣刀具: 用户对刀具的选择,有时可从供应商获得帮助,但必需了解其基本原理。Return to menu刀具主要参数刀具主要参数:VcVc: 最佳切削线速度,单位: m/min, 由刀具制造商提供,并相关有刀具的 型号,加工条件和被加工材料。Vc对旋转刀具而言, Vc 与转速的方程如下:Vc = n (rpm) * * D /1000 (D直径,单位: mm) 由此可得到最佳主轴转速:

9、 n =n / Vf= Optimum Fz额定去除量额定去除量低磨损低磨损加工表面很好加工表面很好(加工条件稳定加工条件稳定)n / Vf Optimum Fz去除量增加去除量增加高磨损高磨损加工表面烧伤加工表面烧伤(发烫发烫,有震动有震动)n / Vf 高扭矩, 但目前的最高转速为 60K rpm 无轴承(汽浮) = 低扭矩, 超高速100K rpm (如: ROKU-ROKU) 高扭矩高扭矩:可获得大去除量和使用较大的刀具可获得大去除量和使用较大的刀具,刚性好可攻丝刚性好可攻丝高转速高转速:可获得较快的切割速度可获得较快的切割速度,实现在单位时间内铣削较大面积实现在单位时间内铣削较大面积

10、(高速铣特性高速铣特性) MIKRON 的的 STEP-TEC主轴具有同时兼容主轴具有同时兼容高扭矩和高转速高扭矩和高转速的特性的特性, 这种独特的组合与设这种独特的组合与设计的主轴计的主轴,使用了使用了矢量伺服控制技术矢量伺服控制技术, 甚至在低转速时可以攻丝甚至在低转速时可以攻丝.Return to menu1234567891011121 1 H Hybrid C Ceramics B Bearings HCB HCB ( 陶瓷轴承 )7 7 Oil air line for DLSDLSDLS DLS ( 油雾润滑回路 )2 2 H Hybrid C Cylindrial R Roll

11、er B BearingHCRB HCRB ( 径向滚针轴承)8 8 H Hydraulic P Preload S SystemHPS HPS ( 液压锁紧系统 )3 3 Stator H High P Power I Induction M MotorHPIM HPIM ( 马达定子 )9 9 T Temperature M Monitoring S SystemTMS TMS ( 温度监视系统 )4 4 Labyrinth with P Protecting A Air F FlowPAF PAF ( 气路密封回路 )10 10 A Acceleration S SensorAS AS

12、( 加速度传感器 )5 5 A Analog S Sensor S SystemASS ASS ( 模拟量传感器 ) 11 C11 Coolant T Through U UnitCTU CTU ( 冷却回路单元 )6 6 Encoder for CLSCLSCLS CLS ( 编码器 ) 12 A12 Axial M Movement S SensorAMS AMS ( 轴运动传感器)主轴的截面图主轴的截面图Return to menul 加速度传感器用于监视主轴振动加速度传感器用于监视主轴振动 Vibro Set Vibro Set 优点优点: : - - 监测振动监测振动 - - 控制加

13、工时的控制加工时的振动量振动量- - 刀具的寿命更长刀具的寿命更长- - 主轴主轴的寿命更长的寿命更长 KupplerCouplerSteuerungControl systemSmart MonitoringSmart MonitoringAcceleration Sensor Acceleration Sensor 加速度传感器 (AS)(AS)Return to menu运动轴 高动态特性高速铣高速铣(HSM) 成功因素成功因素 3 :机床的重要指标机床的重要指标本质本质:机床的机械结构机床的机械结构象汽车底盘象汽车底盘 一样一样:强壮强壮 和和 安全安全吸收冲击振动吸收冲击振动重量轻重

14、量轻Return to menu高速运动轴高速运动轴: MIKRON 使用聚合物大理石来实现机床床身的整体化。 封闭的 O型结构,强度高,重量轻。 吸收振动能力是铸铁的6倍。 所有的运动单元结构采用铸铁以降低惯量。 所有轴驱动采用西门子大功率伺服驱动。 所有导轨和大螺距丝杠付,均采用SKF产品。 光删尺采用 HEIDENHAIN 0.1 分辨率。XSM specsReturn to menu不良的进给不良的进给条件条件标准轴标准轴:+Y+XY 进给速度X进给速度= 损失时间损失时间 += 加工表面差加工表面差= 刀具磨损大刀具磨损大- + Return to menu不良的进给不良的进给条件条

15、件高加速度的运动轴高加速度的运动轴:+Y+XY进给速度X进给速度= 降低了损失的时间降低了损失的时间= 较好加工表面较好加工表面= 刀具磨损少刀具磨损少 只有聚合物大理石能吸收如此高强度冲击只有聚合物大理石能吸收如此高强度冲击Return to menu高速处理程序能力的CNC系统高速铣高速铣(HSM) 成功因素成功因素 4 :机床的重要指标机床的重要指标本质本质:CNC系统就象是机床系统就象是机床的驾驶员的驾驶员 他的驾驶技术将决定他的驾驶技术将决定 比赛结果比赛结果.需要预先估计需要预先估计动作敏捷动作敏捷快速反应快速反应.Return to menu高速处理能力的高速处理能力的 CNC:

16、HEIDENHAIN iTNC 530 CNC, 是当今拥有最强是当今拥有最强 5 轴处理能力轴处理能力的的CNC系统系统.WOP workshop optimised programming PC处理器加载 (双双 CPU 为选件为选件)段程序处理时间 0.8msPLC 单循环时间12.5 ms平行编程作业15“ 彩屏标准以太网卡优点:培训时间短,易于掌握,安全性强Ergonomic?DNC-接口 / 网络接口 预留扩展, 升级所有的 CAD-CAM 系统都通用我们对我们对FANUC 和和 SIEMENS都进行过测试都进行过测试, 最终选择了最匹配高速铣最终选择了最匹配高速铣(HSM)5轴需

17、求的轴需求的CNC 系统系统: HEIDENHAINReturn to menu高速铣 CAM 策略高速铣高速铣(HSM) 成功因素成功因素 5 :本质本质:从某一点到另外一点从某一点到另外一点有很多路径可以选择有很多路径可以选择但不同的路径但不同的路径会导致不同结果会导致不同结果加工速度加工速度,表面质量表面质量等等等等Return to menu高速铣高速铣 CAM 策略策略: MIKRON 被那些最好的 CAD-CAM 开发商公认为是高速铣 (HSM)领域的领导者。 MIKRON 参与了大多数CAD-CAM供应商的加工策略的开发, 然后在我们机床上论证这些路径策略的加工效率。 CAM 的

18、策略不同,机床性能的发挥,可以有30%以上的差异。Return to menu高速铣高速铣(HSM) 成功因素成功因素 6 :MIKRON +MIKRON 开发了自己的功能开发了自己的功能软件软件,加载到顶级的加载到顶级的 HEIDENHAIN系统上系统上为了使操作者在使用中为了使操作者在使用中 倍感方便倍感方便- 能满足各种操作者能满足各种操作者- 自动化时尤为必要自动化时尤为必要Return to menu高速处理能力的高速处理能力的 CNC + 智能团智能团:MIKRON 基于基于iTNC530 上的上的 SMART MACHINE 模块模块: APS (主轴振动的监测与控制) ITC

19、(智能温度漂移控制 =主轴热补偿) OSS (操作者支持系统 = 嵌入式铣削工艺技术) RNS (远程提醒系统) GAS (图象分析系统) SIGMA (自动化控制现场管理系统) AC GROUPReturn to menuMIKRON 其它优点其它优点:激光对刀仪激光对刀仪:用于在实际转速下用于在实际转速下对刀具位置进行非对刀具位置进行非接触式测量接触式测量.测量精测量精度为度为级级集成工作台交换系统集成工作台交换系统,实现无人实现无人化作业化作业高速主轴的选择面广高速主轴的选择面广:20,000 大扭矩大扭矩30,00036,000 大扭矩大扭矩40,00060,000Return to

20、menuMIKRON 其它优点其它优点: MikronCommunication ServerETHERNETiTNCATEK MLSV2LSV2InternetE-mail:“iTNC: Palette #3 finished“SMS:“ATEKM: start job #4“Operator 1E-mails:“iTNC: Palette #3 finished“ATEKM: start job #4“Operator 2GSM NetzGSM ProviderDCOMSIGMA 软件, 把 MIKRON , CHARMILLES, AGIE和3R 系统自动链接管理以提供完整的自动化产品生

21、产单元。机床的RNS CNC 模块会自动发出报警和信息给操作者的手机或E-mail邮件。Return to menu高速铣削是高速铣削是 一种新的技术一种新的技术: 一种新的理念一种新的理念:高速铣高速铣刀具刀具 高高速主轴速主轴高加速高加速度度特性特性驱动轴驱动轴 高高速速CNC高速高速 CAM 策略策略 MIKRON 在每一个环节上都在每一个环节上都 精益求精精益求精,力求给我们的客户提供最好的高速铣机床力求给我们的客户提供最好的高速铣机床 (HSM)和软件及未来高速铣机床的和软件及未来高速铣机床的 KNOW-HOW.高速铣削（高速铣削（HSM）的关联影响的关联影响MIKRON +Retu

22、rn to menu MIKRON 仅仅是快吗仅仅是快吗 ?精度和质量如何精度和质量如何Return to menuMIKRON legendary accuracy and quality: MIKRON从1902年,就开始生产机床。 我们的机床被设计的经久耐用, MIKRON许多机床已经使用了30多年,其精度依旧在级范围。我们的秘诀是什么?MIKRON 自己的工厂加工,生产所有关键零部件,如床身的结构 件,台面的磨削加工 等等。 机床装配全部在自己工厂进行,采用“KANBAN” 零件定量工位装配线。 所有的主轴都由集团内的 STEP-TEC公司制造提供。 每台机床都按ISO标准做激光检测

23、。(比日本 JIS标准要严格的多)每台机床都做最终试切件,其结果必须在严格的公差之内。Return to menu温度的变化是机床精度的最大敌人温度的变化是机床精度的最大敌人钢: 1000.000 mm钢: 1000.012 mm钢: 1000.060 mm 20 C+ 12 21 C+ 60 25 C钢的温度变化系数是: 12 / 度*米世界上所有的机床都遵从这个规律。在考虑加工精度时,我们决不能忽略最重要的影响因素 - 温度变化温度变化。 因为机床的大部分零部件材料是钢材,它们将随着温度变化而变化,如环境温度、某些发热部件的影响.Return to menuMIKRON 针对温度的影响针对温度的影响 采用非常有效、有特色的措施采用非常有效、有特色的措施 聚合物大理石的床身 被设计成封闭式结构 其温度变化速度很慢,是钢 材的20分之一。 “O” 型结构比”C”型结构具 有更高的强度和刚性。所有轴的驱动马达都有水冷却,马达与丝杠用齿型同步带连接以隔热