ANCA新（xīn）型EDG使PCD刀具生產效率成倍提升
2021-2-26 來源：-- 作者：-
2011年，當ANCA與Precorp公（gōng）司（現隸屬於山特維克集團）合（hé）作創建ANCA EDG（電火花磨削）磨床時，目標（biāo）非常明（míng）確。兩家公司都希望創建一個（gè）高性能的旋（xuán）轉電（diàn）火花加（jiā）工（EDM）平台，該（gāi）平（píng）台不僅能生產出一流的幾何形狀的刀（dāo）具，其（qí）循環時間也應當處於市場領先的水平。
這一創新出自ANCA創始（shǐ）人兼董事（shì）總經理Pat Boland先（xiān）生，他敏銳地意識到，要想超越現（xiàn）有的競爭對手，需要的是大腦而不是蠻力。“融蝕過程既簡單，又複雜。該（gāi）工藝（yì）的基礎是使用正負電極和電（diàn）解液，與材料一起產（chǎn）生電火花。ANCA在製造世界一流的硬（yìng）質合金和高速鋼刀具（jù）方麵已有45年的經驗，我們希望在PCD刀具領域中也能發（fā）揮我們（men）的技術。”Boland先生表示（shì）。
研發ANCA EDG磨床的主（zhǔ）要動力在於，它需要足夠簡單，以便能夠輕鬆創建所有類型的（de）釺焊（hàn）剪切槽類刀具，但它也要足夠（gòu）複雜（zá），以（yǐ）便創建無限（xiàn）多種螺旋類型的整體頂尖，脈紋和雪佛龍PCD刀具。Boland先生補充道：“我（wǒ）們很早就意識到，我們希望讓客戶能夠創建複雜的刀具幾何結構，那麽在保持精確的融（róng）蝕間隙距離的同時，進行5軸插補將是一項挑戰。”
彼時，Pat Boland先生，來自墨爾本（běn）大學的電氣（qì）工程碩（shuò）士，拜訪了皇家墨爾本理工大學，並（bìng）與當年電氣工（gōng）程（chéng）博士學位的候選人，如今的Dr. Kotler Tee相遇。Dr. Tee提出了值得推敲的的設想，並很快被ANCA聘請（qǐng），來領導EDG融蝕工藝的創建和部署。Pat Boland和Dr. Tee並肩工（gōng）作，提出構想（xiǎng），共同創建了當今市場（chǎng）上技術領先的融蝕工藝。
步驟1：使用智能自適應控（kòng）製（IAC）維持最佳的（de）火花融蝕間隙
他們需要解決的首要任務是，無論是在簡單（dān）的二維還是複雜的三維路徑下，都要保持最佳火花融蝕間隙。“在融蝕（shí）過程中，保持最佳的火（huǒ）花融蝕間隙是高效的基礎。對於旋轉（zhuǎn）二維路徑（jìng）計算來說，保持最佳（jiā）間隙非常簡單。但是，當三維路徑計算涉及4個或5個軸同（tóng）時移動時，表麵積、體積和（hé）路徑的變化都將（jiāng）成為挑戰（zhàn），”Dr. Tee說。“從測試中（zhōng），我們發現，標準做法是簡單地將磨床進（jìn）給速度設置為允許的（de）最低值，以保持可用的火花（huā）間隙距（jù）離（lí）。然（rán）而（ér），這會導致大量的‘空運行時（shí）間（jiān）’，並大（dà）幅降低進給（gěi）速度。”為了保持較高的進（jìn）給速度並保持最佳火花融蝕間隙，智能自適應控（kòng）製的概念（niàn）應運而生。
智能（néng）自適（shì）應控製（IAC）是實時的、伺服控製的（de）功能，可在線自動監（jiān）測並主動控製融蝕間隙距離。IAC利用ANCA Motion AMD5x控製（zhì）係統的EtherCAT功能，使磨床運行（háng）與發電機性（xìng）能同步。IAC調整並保持最佳的火花間隙距離，這對於在鑽頭和立銑刀上（shàng）融（róng）蝕三維幾何形狀（如PCD凹槽和切口)非常（cháng）重要。幾何形狀決定了（le）多達5軸的同步運動，IAC自（zì）動調整（zhěng）間隙距離和磨床進給（gěi）速度，以優（yōu）化融蝕速度和表麵（miàn）光潔度，這也就是指，當融蝕沿著線性路徑時進給速度（dù）加快，當路（lù）徑發生變（biàn）化時進給（gěi）速度減慢。
“融蝕路徑的（de）變化可（kě）能導致電極輪太靠近（jìn）刀具，或從刀具上脫落。這會導致軌道上（shàng）既可（kě）能產生優質的火花，也（yě）可能產生不良的火花，甚至遺（yí）漏火（huǒ）花（huā）。”Dr. Tee補充說。IAC能自動考慮這一點，並在任意可變路徑的長度上保持盡可能快的進給速度。自然地，這（zhè）能提高進給速度，避免熱損傷，提高表麵光潔度，增加材料去除率（MRR）並縮短循環時間。
IAC的另一個好處是可以輕鬆製造PCD和（hé）硬質合金的微型刀具。當IAC保持最佳距離時，砂輪碰撞的機會很小，因此刀具損壞的幾率很低。這一點在融蝕加工直徑小於0.5毫米的刀具時至關重要。
步驟2：使用自適應電火花控製（ASC）優化融蝕過程
下一個挑戰是創造最佳火花以促進融蝕過程。電流、電壓、持續時間、關閉時間以及（jí）因此（cǐ）而引（yǐn）起的火花強度會根據被（bèi）融蝕的材料不同而變化。也就是說（shuō），與硬質合金（HM）和高速鋼（HSS）相比（bǐ），PCD將需要調整更（gèng）多參數。難點在於，PCD晶片通（tōng）常是0.6毫米的PCD，帶有1毫米硬質合（hé）金背襯。就像山特維克“紋理”工藝一（yī）樣，人字紋刀具和整體頂尖的刀具也燒結在硬質合金（jīn）背（bèi）襯上。當劇烈融（róng）蝕（例如粗加工）時，銅電極輪會沿PCD-硬質（zhì）合金邊（biān）界融蝕。針對PCD優化的融蝕參數可能會無意中融蝕硬質（zhì）合金背襯。相反（fǎn）的情況下，又會導致PCD-硬質合金邊界處的過度融蝕，這被稱為（wéi）“咬邊”，即它選擇性地（dì）融（róng）蝕了PCD層下的硬（yìng）質合金（jīn）。此外，它還可能導致“鈷浸出”，即PCD粘合劑鈷被優先融蝕掉，而留（liú）下裸露的PCD層（céng）。
這類似於在鋪好的道路地基下進行挖掘（jué）。如果你從路麵下挖（wā）太多的材料，路（lù）麵最終會塌陷。機械加工試驗表明，粗加工過程中的咬邊和滲鈷會導致切削刃脆化和刀具過早磨損（sǔn）。為了避免這種情況發生並優化（huà）融蝕過（guò）程（chéng），自適應電火花（huā）控（kòng）製（ASC）應運（yùn）而生。
既簡單又複雜的PCD刀具（jù）。整體頂尖（jiān）PCD鑽（zuàn）頭質量出眾（zhòng）
ASC在發電機本身上使用超快速EtherCAT伺（sì）服係統以及DSP（數字信號處理器）和FPGA（現場可編程門陣列）。 EDG融蝕發生器能夠實時監控和處理每個火花（huā）。每個火花（huā）的波形被自動監視，並根據被融蝕的材料、融蝕間隙距離和其他最佳融蝕（shí）過程中的必要因素進行分類。發生器隨後可以動態調整每個火花的能量（liàng）水平（電流，電壓，持（chí）續時間和（hé）關閉時間（jiān））以適應被融蝕的材料。
ASC優化了融蝕過程（chéng），從而減少了鈷的滲出並減少了PCD-硬質（zhì）合金邊（biān）界處的（de）咬邊，可以生產出更強的切（qiē）削（xuē）刃和更不易崩刃的成品刀具。這（zhè）有助於延長刀具壽命，減少刀（dāo）具磨損並降低刀具成本。測試表明，CFRP（碳纖維增強塑料）刀具壽命增加了60％。
以上智能融蝕控製係統（tǒng）受到（dào）ANCA的專利（lì）保護。
0.4毫米整（zhěng）體頂尖PCD鑽頭
第3步：使用ANCA Motion SparX融蝕發生器增（zēng）大電力電子設備的功率
難題的最後一步是優化電子器件，以期在實現更高表（biǎo）麵光潔度的同時（shí），實現（xiàn）更高、更強的融蝕。ANCA依靠其姊妹（mèi）公司ANCA Motion的專業技術解決了這一難（nán）題（tí）。基於（yú）AMD5x伺服平台，高級電氣工程師Richard Colin負責創建行業領先的融蝕發生（shēng）器。Richard擅長高頻（pín）、大功率電子設備，在ANCA Motion工作之前，他（tā）曾為航空業設（shè）計（jì）過地麵動力裝置（GPU）。“我抓住了這個機會。我一（yī）直期（qī）待研發最新的一流半導體電力電子產品，以實現寬帶隙開關速度。”
與等效元件相比，每脈衝兆安培技術使ANCA客戶能夠擴大其可達到和使用的功率範圍。ANCA Motion SparX融蝕發生器在超重型粗加工到超精細精加工操作範圍內表現出了卓越的性能，利用微脈衝技術進行高能量密度燒蝕，其帶來（lái）的優秀可控性為客戶提供優化的進給速度、優越的表麵光潔度和大幅減少的循環時（shí）間。這種脈衝精度能滿足用於特殊的超精細拋光（guāng）超低能量脈衝，也能完成快速（sù）去除原（yuán）材料的高能量脈衝。
在PCD融（róng）蝕過程中，循環（huán）時間與材（cái）料去除率（MRR）息息（xī）相關。 ANCA Motion SparX融蝕發生器利用新的超粗加工，超精加工和超精細精（jīng）加工操（cāo）作，可提供（gòng）無與倫比的MRR增長，循環時間（jiān）減（jiǎn）少了50％。此外，在所有功率模式下，融蝕表麵（miàn）質量都得（dé）到了改善。使用微脈衝技術的最新 “超（chāo）精細拋光”工（gōng）藝可以輕（qīng）鬆實（shí）現Ra <0.1µm和Rz <0.5µm的表麵光潔度。這些操作可以生產出（chū）苛刻的切削（xuē）刀（dāo）具所需（xū）的優質切削刃。
這些提升不（bú）僅幫助ANCA客戶在競爭中脫穎而出，而且使刀具製造的方法更加智能。“我們與競爭對手之間的差異在於，ANCA專（zhuān）注（zhù）於客戶融蝕的目的。他們明確地告訴我們，他們想要一種針對螺旋（xuán）和圓柱PCD刀具的優化工（gōng）藝。我們與ANCA Motion緊密合作，設計了融蝕發生器，不僅適用於剪切類刀具，還（hái）適用於無數的高度複雜的幾何形狀，而（ér）不是重複使用最初為電火花加工（gōng）（Wire-EDM）創建（jiàn）的發生器（qì）技（jì）術。我（wǒ）們的解決方案在整個行業（yè）中（zhōng）獨樹一（yī）幟。我們讓幾何參數決定工藝，而不是由過程決定可用的幾何參（cān）數。”
Dr. Tee打趣道： “我們用智慧勝過蠻力，正（zhèng）所謂力挑一百， 智舉千斤。”
（來源：ANCA）
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