"动态加工"理念进入模具制造领域

弗戈工业在线 2016-01-07

业务扩张从本质上并非坏事，但会对产品上市带来额外的压力，尤其是当每个产品都有其不同要求时，这种压力会更大。

业务扩张从本质上并非坏事，但会对产品上市带来额外的压力，尤其是当每个产品都有其不同要求时，这种压力会更大。对于Dynamic Plastics，一家位于美国密歇根州Chesterfield镇的塑料模具加工公司来说更是如此。该公司加工主管Tom Prebelich 先生说：“原型模具制造会涉及到很多问题。但唯一不变的是：客户对于快速交货时间的要求。”

这家工厂之所以能生存下来，很大程度上取决于它采用的技术和工艺，在没有增加额外劳动力的情况下提高了生产效率。其中具有代表性的举措就是在生产过程中采用了Mastercam的动态加工技术(Dynamic Motion Technology)。动态加工技术通过预测下一步的切削条件，无需任何输入，即可自动调整相应的切削参数。不仅能为程序员节省时间，也可以为加工提供更有效的刀路，减少断刀风险的同时也降低了刀具消耗成本。

图1：更高的表面精度和更小的公差意味着减少二次加工的次数，避免产生模具飞边

内置的灵活性

“动态”是一个非常恰当的词，来描述在加工中根据切削条件变化作出实时调整的过程。很久之前，Dynamic Plastics公司就证明了“动态” 理念的合理性。确实，Prebelich 先生表示，该公司的成就受益于其灵活的生产理念，而该理念已经运用了超过十年。

在一个新项目刚开始时，Dynamic Plastics的15个员工会进行讨论，来决定工作进度和装备分配。生产任务需要大家协作完成，其中一个人需要负责监督物料运送，保证所有的组件及时用于总装程序。每个人都扮演着双重角色，既要编程，又要操机。他们不受限于某个工位，而是根据实际工作需要管理着不同机床的生产。

为了配合灵活的工作方式，Dynamic Plastics得到了多个“浮动”Mastercam授权。除此之外，Prebelich先生说：“在过去十年中，软件的新功能层出不穷，紧跟不断发展的现代加工技术的发展。CAD功能从最初的线框、曲面到现在的3D实体编辑。更多的改进还包括：从任意工序进行编程以完善工作流程;可直接在模板中选择应用的新刀路;工作坐标系统(WSC)可快速转换机床坐标轴;变更识别，在编程过程中修整模型但不影响刀路设定;以及仿真功能带来的安全保证等。”

图2：该图为图1工件的动态刀路

下一个突破

因为经常遇到复杂且时间紧迫的加工任务，Mastercam成为了Dynamic Plastics的主要资产。然而在2010 年，随着现代数控机床的发展，当时的CAM软件已不能充分利用新型机床的高转速和高精确度。车间配置了最新型号的加工中心，由于两个班次生产原型模具组件的速度不够快，车间还增加了第三个班次。

相应出现的难题包括进给速度和进退刀方法的调整，避免刀具在刀路的进刀、退刀、拐角和曲线等处产生颤动而造成刀具破损。虽然编程人员可以手动调整这些参数，但他们发现有时放慢进给速度甚至比手工调整相关参数更节省时间。

2011 年，当Dynamic Plastics 公司第一次使用动态加工刀路后，出现了转机。据Mastercam的经销商介绍，动态刀路中采用大量智能计算，能够自动和逐步分析当前材料状况。进刀、退刀、进给速度以及进退刀方法，优化材料去除速度，减少刀具磨损。“当时我并不知道可以得到什么结果。”Prebelich先生谈到自己第一次使用动态刀路编程时的情况。“但当做出一些动态刀路后，我非常迫切地希望将它们运用到车间的实际生产中。”

图3：Dynamic Plastics公司所用的主轴数量在过去五年已经翻倍，但是人员数量仍和五年前相同，图中为加工总监Tom Prebelich 先生和编程兼操机师Greg Thomas 先生交流，他们认为在完成新设备的整合中，Mastercam的Dynamic Motion技术功不可没。

平稳的过渡

Prebelich 先生钟情于Dynamic Motion的原因之一，是它不仅操作简单，还可以为编程人员节省大量时间。“采用动态加工技术得到的动态刀路和我们之前精心设计的刀路类似，但是它编程起来更容易。”他解释道，“如今，仅需要花费半小时就可以完成用于典型模具表面处理的编程。”

“使用动态刀路进行实际加工的结果更令人印象深刻。”Prebelich 先生表示，“刀具以较高的进给率进行大切深(有时用全切深)加工，使用较小的步进，以减少侧向力和刀具磨损。这些优点源自于动态刀路可以保持较窄的进刀量。因此，机床可以在较高进给率和速度下工作。“我们的进给率可在20,000 r/min的转速下保持稳定的进刀量。”Prebelich 先生说道，“如果我们拥有更高速度的主轴，可以实现更快的进给。”

图4 通过减少刀具轨迹所需的侧向力，Dynamic Motion 技术可在加工电极时在最高可行速度下进行，无需担心碎屑。

更顺畅的切削不但可以缩短加工时间、而且可以减少刀具损坏的风险，同时还能降低车间的碳排放。而操机人员甚至可以自信的使用直径仅为0.03 in(0.762mm)的刀具，更简单快速的达成更好的表面精加工效果。更加平滑的表面则可减少二次操作，避免模具飞边的产生。Prebelich 先生还补充道，可以在加工过程中使用的空气/油雾冷却剂，帮助排屑，保持刀具冷却和润滑，避免热冲击，使动态刀路的切削达到更佳效果。

“现在，使用动态刀路进行切削是我们的首选。”Prebelich 先生说。毕竟，对于Dynamic Plastics公司的未来发展来说，节省编程时间、提高加工效率、减少消耗都是至关重要的。“最近五年，我们已经改回了两班工作，同时完成了12，000平方英尺的厂房扩建，主轴数量增加了一倍，并且进一步缩短了交货时间。而编程和加工操作人员仅增加了15%。这是我们始终保持着极具竞争力的价格的秘诀。”Prebelich 先生说。