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高动态切削力无线测量——分析真实切削过程

高动态切削力无线测量——分析真实切削过程 木木西里
2021-08-30
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导读:无论量产的规模有多大,成品必须质优价廉。要达到这个要求,必须对切削工艺有更深层次的研究。

目前,金属切削仍然是最重要的加工过程,数十年来,人们对切削工艺及其产品质量的要求越来越高,导致切削工艺发生了巨大的变化。无论量产的规模有多大,成品必须质优价廉。要达到这个要求,必须对切削工艺有更深层次的研究。主要衡量指标包括切削力和切削力矩(没有它们,就无法对加工工艺的质量作任何评价)。

对于在切削加工下产生的高动态力,只有专业的传感器系统才能测量和分析,确保机械在极端环境下正常运转。奇石乐的压电式传感器可以测量高动态力,而且信号质量非常优异,能够分析真实切削过程,从而为生产过程的可靠性、生产性和可重复性提供依据。

刀具和材料的研发与评估

  • 在实际加工条件下优化刀具和夹具

  • 冷却液的评估

  • 确定材料的可加工性

  • 仿真模型的验证

  • 突出独有的产品特性

过程分析和优化

  • 分析切削工艺和目标误差/故障诊断

  • 比较和制定加工策略

  • 识别不利的切削情况

  • 识别未用潜力:刀刃寿命和生产率

  • 识别不同材料批次的影响

  • 车削、铣削、钻削、锯切、螺杆攻丝、拉削、滚铣等

  • 磨削、珩磨、抛光等

  • 高刚度和固有频率有助于分辨各个刀刃啮合的情况

  • 三个方向的力和扭矩的测量

  • 测量范围从微细加工到重型切削

  • 坚固耐用,防止冷却液渗入(IP67防护等级)

  • 结构紧凑,易于集成和处理

  • 使用寿命理论无限

设备简介

旋转式测力计(RCD)直接通过主轴适配器安装在机床主轴上。借助刀架将刀具适配器安装在RCD上。RCD主要用于铣削、钻削等加工。在安装状态下,RCD与主轴一起旋转,这意味着RCD的坐标系也围绕垂直Z轴旋转。

RCD在许多方面不同于固定式测力计。

例如,RCD上只安装一个多分量力传感器就可直接测量刀具受到的力矩。RCD可以测量加工过程中三个正交方向力Fx, Fy和Fz,以及力矩Mz,尤其是铣削和钻削(如上图所示)。四分量力传感器安装在主轴和刀具之间,测得刀尖附近的力和力矩,从而作用在刀尖的力可以直接被确定。

旋转测力计优点

  • 切削时的扭矩可以直接测量。这样就可以准确地评估刀具状况(例如,刀具磨损情况)

  • 旋转测力计中的转子随刀具旋转,因此机械载荷可以直接在刀具坐标系中量化

  • 由于测量过程与工件的质量、尺寸和形状无关,因此即便是复杂且成本高的零件,也可以在切削过程中测量力和力矩

  • 高采样率,Wireless数据传输

RCD坐标系

RCD的坐标系统与刀具一起旋转。这可以直接确定与边缘相关的切向力和法向力(Fc和FcN),例如在表面铣削过程中(见下图),切削力也可以用极坐标图表示。

在精加工中双刃铣刀铣削坐标图

四刃铣刀铣削坐标图,半剖面图

主要技术参数

  • 压电测量原理

  • 传输距离 5m

  • 电池工作时间 约8h

  • 测量范围Fx/y: 5kN、Fz: 20kN、Mz: 150Nm

  • 线性度: < 1%

  • 固有频率fx,y ~2 kHz、fz ~7 kHz

  • 转速 16000 rpm

  • 内部冷却

  • 动平衡等级 < 2.5 G

  • 分辨率 16 位

  • 可更换电池

  • 2 种版本:

    2通道(Fz,Mz) 低采样率2.5 kHz 或高采样率10 kHZ

    4通道(Fx,Fy,Fz,Mz) 低采样率2.5 kHz 或高采样率10 kHZ

  • 配套PTS (压电刀具管理系统)软件分析系统

    配置标准ER 刀具适配,可据实际应用提供定制解决方案

    不同主轴适配器解决方案

PTS- 压电工具系统

  • 适用于不同类型的力传感器和无线旋转测力计

  • 软件进行数据采集、可视化和分析

  • 后台自动记录切削力

  • 刀具使用寿命趋势分析

  • 刀具磨损检测

  • 设置报警级别

  • 通过长时间分析数据进行工艺优化

  • 可直接在Windows PC上运行

  • 可通过数控机床触发

  • 可选择1或4通道

奇石乐使用自己的测力计生产自己的产品

用难加工材料制造薄壁零件(例如压力传感器的薄膜)是一种对零件的工艺稳定性和表面质量要求很苛刻的操作。利用奇石乐的测量技术对该工艺进行分析后显著提高了刀具寿命和工艺稳定性,降低了生产成本和废品率。

采用奇石乐测力计的高精度平面珩磨机

在晶片制造中,质量取决于平面度、表面粗糙度和片厚。这种材料通常又硬又脆。在过去,它是用含有游离磨料的珩磨膏抛光或磨削的。虽然质量得到了保证,但这种方法的效率不高,并且污染严重。

日本东北大学(Tohoku University)与松下电子元件公司(Matsushita Electronic Components Company)合作,利用奇石乐的技术,找到了一种提高加工效率的方法。这种特殊的设计方法用来测量和分析金刚石涂层珩磨盘的使用情况。另外的好处是,提高了加工效率,同时能够优化操作和降低故障率。

在加工条件下对冷却液的评估

巴索瑞士润滑有限公司位于爱蒙塔尔,是一家行业领先的金属加工润滑液制造商。这家瑞士公司在开发新的冷却液时选择了具有丰富经验的奇石乐测量设备。在高精度测量数据的支持下,该公司对冷却液成分进行了精确地修改,在实际测试阶段完全符合应用要求,让客户可以确信它们将会在以后可靠地发挥作用。

更多关于奇石乐测力计的详细信息,可添加微信:15380766380(备注:奇石乐测力),咨询产品经理Theo。

(内容来源:木木西里)

 文末说句正事 

科学研究离不开精准的实验数据,高品质的科研仪器是降低实验误差的基础!木木西里专注服务科研七年,汇集国内外高品质仪器设备,是一家以打造线上科研服务平台为基础,以销售仪器设备、定制产品及整套集成解决方案为主营业务,以前沿产品研发、自动化营销系统开发为创新力的产业互联网公司。是您科研路上的贴心小助手!

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