刀具监控能够在硬质航空航天材料中实现低转速

Caron Engineering公司的TMAC MP在多年前就引入了刀具监控系统，但是它的“锯齿算法”现在仍然可以满足飞机引擎加工中一项特殊的加工要求。

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“首先，航空航天材料的加工非常困难，”Caron Engineering公司创始人和总裁Rob Caron表示。他讲述了机加工在生产加工航空零件时会碰到的困难。对于引擎部件，其材料可能是硬质且难于加工的合金：钛、蒙乃尔合金、哈氏合金或铬镍铁合金，当然还有其他各种材料。

飞机标准非常严苛，许多航空航天的零件必须从在一个硬质材料上进行整体加工，保证材料最大程度的完整性同时帮助飞机升空。这意味着铣削车床可能需要上拱金属负荷，降低至净形并最后得到最终部件。

因为材料非常坚硬，刀具的功能会随着切削逐渐退化：“刀具的加工能力在切削过程慢慢会减弱。”Caron先生称，“因为材料切除和刀具功能的弱化，从用户的角度纠正进给速率非常困难。”这甚至还未考虑材料各部分之间的天然硬度差异。当然，如果下一块材料同前一块材料之间存在属性差异，那么这些进给速率可能不会重复。

图1 Caron Engineering公司的TMAC MP首先是一套刀具监控系统，包括安装在机床上的多个传感器以及一个显示主轴和刀具数据的独立处理器。但是，通过搭配一个功率变送器，使得TMAC能够超驰刀具的进给速率以及进行自适应控制优化切削，这一功能特别适用于上拱难于加工的航空合金

对于许多航空航天的机加工而言，解决方案就是让步。对于进给和速度，应谨慎行事。操作人员将假设出最差的加工环境，并对工具进行编程，降低穿过材料的速度。

原因非常简单，Caron先生说：“太多的因素需要考虑，且材料成本非常高，因此刀具退化可能会导致昂贵的零件被浪费，因为他们会采用这种保守的方法避免这种情况。”这时，Caron Engineering公司的自适应控制技术就显示出了自己的优势。

自适应控制技术的工作原理

Caron Engineering公司的TMAC MP（刀具监控和多工艺监控自适应控制系统）的目的是精准地解决上述难题。TMAC系统包括多个传感器、一个通信中央处理器和一台多范围功率变送器，可以“学习”刀具的最优功率负荷，实现进给速率的自适应控制。

前提非常简单。如上所述，机加工在上拱坚硬的航空航天合金材料时在速度和进给方面往往会采用传统方式。刀具慢速按照恒定进给速率穿过金属，随着刀具穿过加工难度不同的材料部件部分，主轴传动机构的功率负荷会升高和降低。除了缺乏效率之外，在某种意义，如果用户不注意，这种功率抬升会造成刀具破裂问题。

为避免这种情况的出现，TMAC连接了数控系统对整个切削过程进行进给速率超驰。在机床使用新刀具切削零件时采用“学习模式”监控主轴功率，该系统可以建立峰值和最优功率负荷目标，同时可以自动调整进给速率，保持负荷稳定。

图2 该TMAC MP用户界面图片展示了一种带有自适应控制功能的典型铣削切削。白线为随着时间推移切削的实际功率负荷，采用马力为单位。功率负荷的上升或下降取决于切削条件。紫线为进给速率，TMAC可以进行实时自动调整，维持恒定的功率负荷同时最大化切削时间。在这种模式下，彩色直线为（从上到下）最高功率上限（红色），达到该上限时系统将立即停止主轴并收回刀具；学习最优功率（绿色）；最低进给速率，显示刀具磨损（黄色）情况，低于该值时TMAC将结束切削然后发出刀具更换信号；以及进给速率最低限值（橙色）。用户可以放大或缩小上述比例尺进行功率分析，功率可以采用马力或千瓦为单位进行测量

图3 这种低转速切削方式是一种典型的难于加工的材料的上拱应用形式，比如钛或铬镍铁合金。每个小“锯齿”形状反映了切削过程中套式铣刀5个出屑槽的切入材料导致的功率抬升。TMAC的“固定限值”模式，即主轴功率保持处于或低于绿线所反映的最优学习水平。如图中右侧底部所示，总切削时间约56 s

刀具在切削过程中随材料条件的变化进行加速或减速，图中所示为刀具如何展现在TMAC MP系统屏幕上。图1所示为示例切削的过程：白线为随时间变化的实际切削功率负荷，以马力为单位，基于左侧Y轴进行测量；紫线为实时进给调整。在加工难度较低的切削部位功率负荷下降，进给速率提高。刀具进入较硬的切削部位时，功率负荷上升，进给速率下降。

机床学习流程让TMAC系统可以为功率负荷预先设定目标上限（绿色直线所示），同时为进给速率设定下限（橙色线），低于该值时系统会知道刀具磨损必须更换，因为随着刀具功能的减弱切削需要增加功率（图2）。

文章来源：《硬质合金》 网址: http://www.yzhjzzs.cn/qikandaodu/2020/1224/405.html