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随着时间的推移,机床运动变得越来越复杂。五轴加工中心的精确控制允许精细的刀具路径。随着时间的推移,CAM 软件也变得越来越复杂,从而提高了对复杂机器进行编程的简便性和有效性。

同时,刀具形式保持简单。标准铣刀具有基本形式,即使在可编程加工时代之前就可以识别。我们认为这是理所当然的,但是切割工具需要简单的形状吗?事实证明,一点也不。复杂的机器可以使用复杂的工具来铣削复杂的形状——而这最后一件物品现在已经到货并开始找到它的位置。

切削工具制造商Emuge提供了一系列圆段铣刀(所谓的“圆桶刀”等),它们提供的轮廓设计用于有效地精铣各种轮廓工件表面,特别是在模具加工中。然而,这些工具的独特之处在于它们对工具路径的要求。有效地使用它们需要刀具路径保持刀具的切削轮廓与零件表面以适合该刀具设计的精确角度接合。为了满足这一需求,Emuge 与 CAM 软件供应商合作开发能够实现该工具全部承诺的编程算法。

Mastercam 的开发商 CNC Software 就是这样的合作伙伴之一。应用工程师 Jesse Trinque 是 CNC 软件团队成员之一,他参与了开发针对圆段工具量身定制的 Mastercam 功能,他曾与使用该工具的商店合作。他最近提出了他对这种相对新型铣刀的重要性的看法,以及切削工具和 CAM 软件日益作为一个统一系统工作的相应重要性。

“过去,CAM 实际上并没有将切削工具建模为工具,”他说。它不需要。切削刀具的形状非常简单——立铣刀的圆柱体,或球头立铣刀的半球形尖端的圆柱体——仅仅这些简单的几何实体就足以准确地表示 CAM 中的刀具。他说,圆段刀具改变了这一点,因为它们需要一个不简单的刀具形状来精确实现和相对于同样不简单的工件形状进行精确操作。这是 CAM 开发人员在配备软件以使用这些工具方面一直在努力完成的任务。

回报不亚于几何轮廓工件的精铣时间大大减少。在使用轮廓边缘沿轮廓表面铣削的范围内,圆段工具完成与球头工具相同的事情。然而,球头刀具的切削刃半径仅与刀具半径一样大。相比之下,圆弧形刀具(如桶形刀具或椭圆形刀具)能够使用保持细长的刀具来提供大半径铣削轮廓。Emuge 系列中的其他轮廓类型包括透镜和锥度。(见上面幻灯片中的照片四。)

球头工具的优点是这种经典工具类型与接合角度无关。无论以何种角度使用该工具,尖端仍然呈现相同的圆形轮廓。Trinque 先生说,球头的缺点是循环时间。该工具需要一个小的步距增量来加工一个光滑的表面,当表面很大时会导致较长的循环时间。圆段工具可以为相同的表面带来较大的步距和较短的循环时间,但这些工具必须保持在正确的角度,以便大半径轮廓发挥作用。

什么角度?Trinque 先生说,椭圆形工具仅限于 15 度的运动范围,该工具在该范围内有效。锥形工具的限制远不止于此。其接合角度的变化不能超过 0.1 度。相比之下,球头的运动范围实际上是无限的。这就是为什么即使是基本的加工中心也经常使用球头工具,而圆段工具几乎完全应用于五轴机床。

切割中的圆弧段锥度工具

圆段刀具通过使用半径大于球头球的边缘进行切削,比球头刀具更高效地完成表面。这里看到的锥度工具是一个极端的例子——它的切削刃看起来几乎是直的。利用这种低曲率需要精确的接合角度。

他说,圆段刀具的主要应用是铣削一个轮廓表面,该表面覆盖了零件的较大、相对开放的区域。这可能意味着用透镜工具加工模腔底部或用锥形或椭圆形工具加工模芯的侧面。在这两种情况下,使用球头工具可能需要几个小时的精加工操作可以通过战略性地应用各种圆弧段刀具减少到不到一个小时。

他说,模具加工并不是唯一的应用。具有大扫掠表面的航空航天零件也是候选对象,医疗植入物也是如此。后两种类型的零件都具有可能已经在五轴机器上生产的优势。“我们最近协助一家公司加工钛合金膝盖部件,”他说。“它已经是五轴了,但精铣周期是 70 分钟。圆段工具将这一过程缩短到 10 分钟,并提供了更好的表面。”

球头工具仍然很重要。通常,复杂零件具有难以访问的特征,只有球头才能以零件本身可能实现的有限角度进行加工。事实上,Trinque 先生说,这一点表明了他认为与采用新工具有关的主要挑战和心态变化之一。

“听说过圆形分割工具的有效性的公司通常希望将它们应用于所有事物,”他说。但总的来说,这些工具有局限性——它们不适合粗加工,他指出。每个特定工具都有其自身的优点和局限性。他们不同的应用程序可能会扩展程序员可用的选项,并改变程序员为实现生产过程而做出的决策的重要性。“过去,您可能使用一种工具来完成型腔,”他说。“包括圆段工具可能意味着您现在可以根据四种不同工具的四种不同工具路径来考虑同一个型腔,每种工具都有效地在该型腔的某些不同区域进行加工。”

Trinque 先生说,越来越多的模具程序员需要这样思考。在他看来,提供复杂轮廓的切削工具是未来。在加工轮廓形状时,它们是将复杂的 CAM 软件可以实现的复杂性与五轴加工可以实现的复杂性结合在一起的最后一块。事实上,其他切削工具制造商也在推出具有有趣和有用形式的工具,他说。CAM 软件不能再像简单的形状那样考虑工具。今天,Mastercam 使用为这些形式量身定制的工具模型库部署圆分段工具,但他说这只是一个过渡步骤。现在正在开发的功能将使 CAM 软件用户能够输入工具配置文件,使软件能够使用用户需要 CAM 软件应用的任何最新工具形式。

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