HiNC

簡介

HiNC的角色

HiNC通過高精度模擬和先進的物理分析，對CAM系統產生的NC/CL數據進行加工前驗證和優化。

graph LR CAD <--> CAE CAD <--> CAM CAM <--> HiNC["驗證與優化 (HiNC)"] HiNC <--> Machining["加工"] style HiNC fill:#9D9

箭頭表示工作流程和可行性反饋。

分析參數

這些參數需要為物理模擬設定。

機床配置
- 簡化的組件CAD模型
- 運動方式
主軸
- 轉速-功率-扭矩圖
環境
- 背景溫度
- 冷卻液容量

工件
- 初始CAD和完成CAD
- 工件材料
夾具CAD
刀具
- 刀柄CAD
- 刀具幾何參數
- 刀具和塗層材料
控制器
- NC / CL程式
- 程式原點

物理模擬、驗證與應用

性能與展示

物理特性評估

物理特性評估基於切削力分析。

刀具斷裂 / 刀具壽命

表面質量 / 幾何誤差

flowchart TD CuttingForce[切削力] CuttingForce --> CuttingMoment[切削力矩] CuttingMoment --> ToolDeflection["刀具偏移"] ToolDeflection --> SurfaceRoughness["表面粗糙度"] CuttingMoment --> SpindleTorque["主軸扭矩"] SpindleTorque --> SpindlePower["主軸功率"] SpindlePower --> SpindleEnergyConsumption["主軸能耗"] SpindlePower --> SpindleOverload["主軸過載"] CuttingForce --> CuttingHeat[切削熱] CuttingForce --> ResidualStress[殘餘應力] CuttingForce --> MinimumUncutHeight[最小未切高度] CuttingHeat --> CCWTemperature["切屑、刀具與工件溫度"] CCWTemperature --> ToolWear["刀具磨損"] CCWTemperature --> ThermalCrack["熱裂紋"] style ToolWear fill:#FFA style ThermalCrack fill:#FFA style SpindleOverload fill:#FFA style ResidualStress fill:#AFA style SurfaceRoughness fill:#AFA

這是物理特性評估機制的簡化表示。實際系統涉及多種特性之間的複雜交互。

切削參數訓練

切削參數訓練是針對每種工件材料的一次性校準過程。HiNC的整合材料數據庫使切削力分析能夠立即應用。

flowchart LR subgraph CuttingParameterTraining[切削參數訓練] DynamometerExperiment[測力儀實驗] CP1[切削參數] end subgraph CuttingForceAnalysis[切削力分析] CP2[切削參數] CuttingForce[切削力] end DynamometerExperiment --> CP1 CP1 -.-> CP2 CP2 --> CuttingForce style CuttingParameterTraining fill:#FFA,stroke:#333 style CuttingForceAnalysis fill:#AFA,stroke:#333

模擬與測量相關係數達0.99

新刀具相關係數通常在0.9至0.999之間。均質脆性材料通常表現出更高的相關性，通常高於0.95。
對於相同材料，不同刀具類型（如球刀與端銑刀）之間的模擬誤差通常為10%至25%。不同的倒角半徑通常會導致類似的誤差範圍，但在極少數情況下，誤差可能高達40%。
在加工現場導致低良率的異常切削，如刀具斷裂，其切削力通常是平均值的數十倍。

切削力模擬驗證

機床表現出Y軸振動但不發散，模擬波形與測量數據保持相關性。

基於扭矩變化檢查加工表面

當扭矩發生突變時，主軸輸出功率滯後於維持轉速所需的功率，導致加工表面出現切削痕跡。此外，導致刀具偏移的切削力也會在工件上產生明顯的切削痕跡。

A. 表面上的主軸扭矩梯度高，刀痕明顯。

B. 兩側都有刀痕。

C. 表面上的主軸扭矩梯度低，刀痕不明顯。

藍色、綠色、黃色、紅色表示從小到大的值。

主軸能耗模擬驗證

通過模擬預評估主軸能耗。
模擬切削功率與實際主軸功率相符。

Fanuc主軸電流
ServoGuide TCMD(%) * 最大主軸功率

HiNC模擬主軸能耗
HiNC銑削功率 * 能量轉換效率（此處為0.4）

藍色、綠色、黃色、紅色表示從小到大的值。

使用IRT驗證模擬銑削溫度

A. IRT測量溫度與0.5mm深度的模擬刀具溫度一致。

B. 毛邊觀察到的高溫對應於未逃逸的切屑。IRT溫度與模擬切屑溫度相符。

C. 最後一張圖表明溫度峰值來自毛邊。

最大進給率設定

使用切削參數計算最小刀具斷裂應力。對於硬度為HRC 41-44的FDAC，使用6mm 4刃刀具，全槽銑削深度為3mm，轉速為6000rpm，安全係數為2，最大進給率確定為880mm/min。

磨損評估

通過溫度、壓力、摩擦長度、硬度計算每轉磨損量：

$$W(T)=k(T)\frac{L P}{H(T)}$$

扭矩過載檢測

HiNC通過物理模擬檢測潛在的切削失敗。系統還能識別刀痕。

切削力異常案例

案例一：面銑，薄工件

未完全從側面進入。約為正常切削力的10-30倍。

最初，工程師懷疑是夾具設置問題。然而，進一步分析顯示問題源於NC刀具路徑。大量NC程式中的面銑操作由於其直接向下移動導致夾具失效，當刀具刃口旋轉進入關鍵區域時可能會衝擊工件。由於此問題的間歇性，一些加工過程成功完成而沒有錯誤。這個問題導致嚴重的夾具不穩定和顯著的良率損失。衝擊的短暫持續時間使其在操作過程中難以檢測。