使用 HPC 和 HSM 缩短生产时间：完整的切割解决方案

摘要：

• 高性能切削 (HPC) 可最大限度地提高金属切除率，从而缩短循环时间，而高速加工 (HSM) 则依赖于高速快速切削。两者都需要足够稳定的工具、控制装置和机器来支持其使用。
• HPC 需要能够快速排出切屑的机床，通常是卧式加工中心、五轴机床或倒置机床。自适应控制和模拟还可以帮助用户避免力峰值或其他可能损坏切削刀具、主轴或零件的问题。商店还应该使用为稳定性而设计的现代切削刀具几何形状，以最大限度地提高刀具寿命和性能。
• HSM 受益于高主轴速度，但确实需要高主轴加速度。大多数现代 CAM 软件包都包含使用户能够快速将 HSM 技术应用于零件特征的功能。适用于这些先进技术的切削刀具应使用现代涂层，以更好地抵抗这些刀具路径产生的热量。

高性能切削 (HPC) 和高速加工 (HSM) 可能没有正式标准，但在实践中，这些类型的刀具和刀具路径可显着提高周期时间和盈利能力。这些方法处理不同的变量，HPC 是指使用重型、激进切削来提高材料去除率的刀具和刀具路径，而 HSM 是指采用快速、轻量运动来保持高平均进给率并减少非切削时间的刀具和刀具路径。

山特维克可乐满为这种高性能二分法的两端制造刀具，山特维克批量生产解决方案专家 Chris Monroe 在加工车间如何利用这些刀具发挥最大效果方面拥有丰富的经验。最终，这取决于使用正确的控制和 CAM 系统；充分利用现代涂层和几何形状；以及具有适合您应用的刚性、主轴转速和排屑间隙的采摘机。

特色内容

虽然一般来说，HSM 刀具比专注于粗加工的 HPC 刀具具有更光滑的表面光洁度，但 Monroe 表示，这并不是严格的划分。 Sandvik 的 Plura HD 立铣刀等刀具在 OEM 分类系统下符合 HPC 刀具的资格，但仍具有良好的表面光洁度。图片由山特维克可乐满提供。

HPC 与 HSM

Monroe 表示，HPC 刀具路径的最大好处是它们鼓励与零件的持续接触。虽然这需要机器具有更好的刚性和固定装置，特别是当程序员进行更重的切削，对装置施加更大的扭矩时，它可以显着提高金属去除率。

他说，HSM 刀具路径通过改进的运动质量和恒定的切屑厚度展示了其优势。它们在刀具连续移动时保持较小的径向啮合，从而降低切削力并提高刀具寿命的一致性。 Monroe 表示，在这样的刀具寿命下，HSM 刀具路径非常适合熄灯加工。这些刀具路径可以随着更高的转速而很好地扩展，但主要需要足够的机器加速度并支持控制中的显着前瞻。

CAM 和控制

Monroe 表示，CNC 是现代 HPC 和 HSM 刀具路径的先决条件，因为手动操作无法利用 HPC 和 HSM 刀具的功能。需要具有大前瞻功能的控制来跟踪 HSM 的快速运动并控制加速度，以便运动平稳且没有阶梯或急动。与此同时，自适应控制非常适合 HPC 刀具路径，因为它们可以实现实时速度和进给调整，以防止突然受力或热峰值的问题。

CNC 还支持使用 CAM 和仿真软件，从而减轻了设置高级刀具路径的许多困难。 Monroe 指出 CAM 软件中的固定循环能够简化急弯等困难特征的编程，这需要仔细的速度管理以防止工具撞击零件。他还表示，CAM 软件可以在锻件或铸件中实现自适应刀具路径，当同一作业的工件在加工前有较小的尺寸波动时，可以稍微调整。仿真功能可帮助车间控制切屑并监控负载，确保他们能够接近工具生产率的上限，而不会堵塞工作区域或损坏主轴。

Monroe 并不推荐某一 CAM 或控制品牌优于另一品牌，只是商店使用最新版本作为其 HPC 或 HSM 工作流程的一部分。即使不同类型的软件包含不同的功能，它们也会减少车间切割空气的时间。通过保持扭矩和功率使用一致，可以减少热不稳定性，延长刀具寿命并最终提高生产率。

使用 HPC 工具路径时，负载监控至关重要，因为用力推动工具时可能会出现力峰值。

高效的刀具几何形状

切削刀具几何形状的进步为 HPC 操作提供了更具弹性的刀具，Monroe 列举了山特维克产品系列中的几个例子。该公司制造了带有圆锥形核心的工具，其中包括朝向工具底座的锥度。 Monroe 表示，这些锥度可提高刚性并减少振动，延长刀具寿命，并被证明可用于高进给侧铣和深型腔加工。模具 OEM 还开始发布具有不等螺旋（对称和不对称）的模具。后者通过使用不同螺距角的螺旋来限制切割中的共振，而前者只是将其螺旋配对，因此相邻的螺旋不会使用相同的螺距角。在这两种情况下，车间都会体验到更好的工具稳定性，从而使他们能够以更积极的进给和速度运行，从而更快地完成工作。

Monroe 分享了一个客户的例子，将其用于粗加工和精加工 1030 钢轴承箱表面的标准刀具与山特维克的不等螺旋 WhisperKut 刀具进行比较。使用旧刀具，车间可以以 214 毫米/分钟的工作台进给速度加工四个工件。借助山特维克的新型刀具，该车间可以使用一把刀具以 835 毫米/分钟的工作台速度生产 40 件工件。除了显着延长刀具寿命之外，山特维克的刀具还消除了额外的手动后处理表面精加工步骤，以纠正超出公差的点。

耐热涂层

与此同时，HSM 刀具受益于涂层技术的进步，随着刀具速度的提高，涂层技术可以抵抗切削过程中产生的更高热量。就山特维克而言，这些改进并不关注新的涂层配方，而是关注应用和分层经过验证的涂层以获得更好性能的新方法。 Monroe 表示，OEM 最近开发了几种 PVD 涂层工艺，有助于涂层粘附在基材上，并在涂层中生成晶体结构，以更好地承受磨损和剥落。

对于一位客户来说，山特维克 DURA 工具上的涂层具有足够的耐热性，因此该车间可以在 304 SS 作业中使用该涂层，工作台速度为 43.45 ipm，而竞争对手的工作台速度为 25.12 ipm。即使每齿进给量稍低，山特维克刀具在 7.4 小时内生产了 50 个工件，然后需要更换，而竞争对手的刀具在 5.1 小时内生产了 20 个工件，然后需要更换。山特维克计算出，客户的生产效率提高了 73%，周期时间缩短了 42%，成本降低了 48%。

Monroe 表示，先进工具的最大优势之一是受控、持续参与。通过留在切割中，车间可以花费更多的时间来制造芯片，从而缩短周期时间并提高产量。

先进的模具需要先进的机床

Monroe 表示，立式和卧式三轴和四轴机床都非常适合 HSM 刀具路径，但他警告说，由于排屑需求，HPC 在卧式机床上表现更好。即便如此，他还是建议确保机器配备高压冷却液和空气系统，以帮助处理切屑。五轴机床通常与 HPC 和 HSM 刀具路径兼容，但 Monroe 表示要注意旋转轴加速度，因为如果车间无法足够快地重新调整零件方向以跟上进给速度，这可能会成为限制因素。重力还有助于五轴机床上的切屑排出，帮助车间运行更积极的进给率，因为切屑可以从凹槽中清除。同样的原理也适用于倒立式铣床和车床，Monroe 表示，它们通常具有处理 HPC 和 HSM 刀具路径的稳定性。

Monroe 表示，配备高转速主轴 (40,000 RPM) 和足够稳定结构的机床首次亮相，可在持续负载下使用全槽刀具而不会振动，这使得 HPC 和 HSM 刀具路径更加可行，即使在激进的速度和进给量下，刀具寿命也得到提高。 Monroe 表示，许多现代机器的主轴速度比五年前常见的机器高 20-40%，材料去除率高 100-300%。与现代刀具几何形状和涂层一起，这些使得刀具路径的使用能够显着改善循环时间，同时延长刀具更换之间的时间。