開(kāi)箱即用的機(jī)械加工工具

每個(gè)切削流程都有一個(gè)或一組軸轉(zhuǎn)速，也就是針對(duì)相應(yīng)流程的固有切削速度。以其中一個(gè)特殊轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)設(shè)備聲音會(huì)消失?？梢允褂酶氐你姷?，工具壽命得以延長(zhǎng)。尤其是轉(zhuǎn)速超過(guò)10?000?r/min時(shí)，采用這些動(dòng)態(tài)穩(wěn)定軸轉(zhuǎn)速可以提高切削性能。確定這些轉(zhuǎn)速和在轉(zhuǎn)速下運(yùn)行設(shè)備是提高生產(chǎn)率最容易的方法，但幾乎沒(méi)有工廠使用這些轉(zhuǎn)速。

軸的轉(zhuǎn)速隨給定的機(jī)床工具組合系統(tǒng)的頻率響應(yīng)而變化，可以使用更重、更平滑、產(chǎn)量更高的銑刀。智能工具系統(tǒng)包括工具/工具支架結(jié)構(gòu)，針對(duì)特殊加工中心使用進(jìn)行了優(yōu)化，所以系統(tǒng)內(nèi)的銑刀可以在相應(yīng)機(jī)床上盡可能發(fā)揮最大作用

為什么動(dòng)態(tài)穩(wěn)定切削速度未能得到廣泛應(yīng)用呢?一部分原因是組織結(jié)構(gòu)太復(fù)雜。這些看似神奇的軸轉(zhuǎn)速值在每種機(jī)床、工具支架、切削刀具和工具伸出長(zhǎng)度組合下都不相同。找出每種組合的正確轉(zhuǎn)速并不難，只需要使用市售的頻率分析設(shè)備進(jìn)行測(cè)量即可確定轉(zhuǎn)速。這種測(cè)量需要用一個(gè)小錘進(jìn)行敲擊，通常稱(chēng)為“敲擊試驗(yàn)”。然而，使用穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的工廠必須確定每種予以優(yōu)化的機(jī)床、工具和伸出長(zhǎng)度組合的理想轉(zhuǎn)速。另外，工廠還要應(yīng)用這一方法來(lái)確保工具和工具支架一直采用相同的方法組裝，并用在正確的機(jī)床，而且所有機(jī)械加工循環(huán)中對(duì)每種機(jī)床工具組合使用正確的軸轉(zhuǎn)速?？傊?，準(zhǔn)備工作超出大多數(shù)工廠的預(yù)期，許多過(guò)程控制工作也難以做到。

最好的情況是，能夠通過(guò)一種更簡(jiǎn)單的方法提高生產(chǎn)率。然而，輕松使用動(dòng)態(tài)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的希望很難成為現(xiàn)實(shí)。由于轉(zhuǎn)速取決于選用的每臺(tái)機(jī)組和工具，似乎沒(méi)有辦法使用開(kāi)箱即用的產(chǎn)品來(lái)提供這些轉(zhuǎn)速。例如，BlueSwarf公司已經(jīng)嘗試克服這個(gè)問(wèn)題。這家公司提供了一個(gè)軟件界面，即“工具儀表盤(pán)”，這個(gè)儀表盤(pán)利用機(jī)械加工穩(wěn)定性，幫助用戶快速找到給定機(jī)床工具系統(tǒng)和工件材料的最佳生產(chǎn)參數(shù)。但是，BlueSwarf仍然需要用戶進(jìn)行敲擊試驗(yàn)或者采用與敲擊試驗(yàn)等效的方法來(lái)獲得機(jī)械加工系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

現(xiàn)在，公司與其他機(jī)床公司合作，共同開(kāi)發(fā)了一款商業(yè)模型，直接購(gòu)買(mǎi)優(yōu)化流程的希望即將成為現(xiàn)實(shí)。

這些合作公司包括BlueSwarf、Briney刀具系統(tǒng)公司、Fullerton刀具公司和Morris集團(tuán)速度產(chǎn)品事業(yè)部。它們共同開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品是“智能工具”系統(tǒng)，現(xiàn)在由速度產(chǎn)品事業(yè)部供應(yīng)。系統(tǒng)工作方式如下：速度產(chǎn)品事業(yè)部為Okuma的所有加工中心提供完整工具，該工具已針對(duì)在機(jī)床上實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)切削進(jìn)行優(yōu)化。工具由針對(duì)機(jī)床的動(dòng)力學(xué)特性定制的Briney工具支架和用戶選擇的Fullerton立銑刀和選定的定制工具伸出長(zhǎng)度組成，已針對(duì)整個(gè)機(jī)床工具組合系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)諧振進(jìn)行優(yōu)化。工具(帶固定把手)為平衡設(shè)備，交貨時(shí)帶包裝，包裝包括針對(duì)工具定制的BlueSwarf工具儀表盤(pán)，幫助用戶快速確定軸轉(zhuǎn)速和各種應(yīng)用下切削深度的最佳組合。這種工具就是開(kāi)箱即用的優(yōu)化銑刀，使用前用戶自己不需要測(cè)量任何頻率，也不需要按照新的流程或控制方法進(jìn)行過(guò)多操作。

圖1 工具支架、工具和固定把手開(kāi)始運(yùn)輸之前已經(jīng)完成組裝，并預(yù)先調(diào)平衡。工具上設(shè)置固定螺絲孔來(lái)確保具有足夠的伸出長(zhǎng)度，以便進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化

性能提升的程度因情況而異，但智能工具集團(tuán)表示，與許多工廠使用的未優(yōu)化的銑刀相比，使用這種工具的合理結(jié)果是增加切削深度，將生產(chǎn)率提高一倍和實(shí)現(xiàn)切削更平滑，將工具壽命延長(zhǎng)一倍。事實(shí)上，仍然需要通過(guò)少量過(guò)程控制工作來(lái)實(shí)現(xiàn)和維持這些結(jié)果。針對(duì)特殊機(jī)床優(yōu)化的工具支架需要與機(jī)床一起使用，但也可以與任何針對(duì)機(jī)床上的各種立銑刀購(gòu)買(mǎi)的智能工具套裝一起使用。另外，部分立銑刀需要通過(guò)速度產(chǎn)品事業(yè)部，它從Fullerton獲得這些立銑刀，因?yàn)檫@些公司要確保立銑刀保持了正確的伸出長(zhǎng)度。這個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中，通過(guò)在工具柄處設(shè)置一個(gè)正在申請(qǐng)專(zhuān)利的定制固定螺絲孔來(lái)控制伸出部分。速度產(chǎn)品事業(yè)部和Fullerton根據(jù)每種智能工具套裝的客戶訂購(gòu)數(shù)量來(lái)準(zhǔn)確設(shè)置相應(yīng)客戶工具的螺絲孔。

智能工具系統(tǒng)只能用于Okuma生產(chǎn)的機(jī)床。速度產(chǎn)品事業(yè)部為Okuma設(shè)備提供工具和附件，但其他一些因素也導(dǎo)致大家關(guān)注這家制造商。來(lái)自位于夏洛特的北卡羅來(lái)納大學(xué)(靠近Okuma美國(guó)總部)的Tony Schmitz和Scott Smith支持這個(gè)系統(tǒng)，因?yàn)樵撓到y(tǒng)不僅能夠?qū)γ糠N組合進(jìn)行測(cè)量，而且從數(shù)學(xué)的角度將工具和機(jī)床頻率響應(yīng)結(jié)合起來(lái)。BlueSwarf作為Okuma的“THINC合作伙伴”網(wǎng)絡(luò)的成員，有足夠的機(jī)會(huì)了解公司的機(jī)床，并且能夠?qū)C(jī)床的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行必要測(cè)量。

圖2  工具儀表盤(pán)可以在不進(jìn)行任何試切削的情況下預(yù)測(cè)不同切削參數(shù)及切削效果，幫助智能工具的用戶快速找到該工具實(shí)現(xiàn)最佳切削表現(xiàn)的切削參數(shù)組合