Следующий фактор — режущий и вспомогательный инструмент.
Ведущие инструментальные фирмы предлагают сегодня широкую гамму
фрез для ВСО с подробными рекомендациями по областям их применения и
режимам резания. Разрабатываются новые мелкодисперсные сплавы, способные надежно работать на высоких скоростях. Более важно обратить
внимание на системы вспомогательного инструмента, которые обеспечивают
крепление фрез. В связи со снижением сил резания в процессе ВСО на
первый план выходят другие факторы, такие как величина биения фрезы,
вибрации. Например, удвоение скорости резания увеличивает центробежные
силы вследствие дисбаланса инструмента более чем в 4 раза, и эти силы
становятся соизмеримыми с силами резания. Биение инструмента сильно
влияет на износ. Это подтверждают данные экспериментов (рис. 7), где на
графике видна практически линейная зависимость износа от биения при
высоких скоростях резания. Таким образом, ВСО требует особого внимания
к балансировке инструмента. Для этого могут использоваться специальные
патроны с возможностью балансировки или сбалансированные оправки для
термозажима (рис. 8).
Рис. 7. Влияние биения на износ инструмента
Рис. 8. Оправки для термозажима инструмента
Условия обработки
С учетом того, что ВСО ставит задачу обеспечения высокого качества
обрабатываемой поверхности, дополнительное внимание следует уделить
подбору режимов резания с точки зрения нахождения зон, где отсутствуют
вибрации. Например, на рис. 9 показаны зоны вибрации с различным числом
волн N между зубьями фрезы в зависимости от глубины и скорости.
Практически для каждой комбинации СПИД (станок-приспособление-
инструмент-деталь) придется находить стабильные зоны, и в связи с
отсутствием отработанных рекомендаций их придется экспериментальным
путем искать непосредственно на станке. Наиболее склонны к вибрации
коневые фрезы с нулевым радиусом скругления. Для уменьшения вибраций
следует выбирать фрезы с закругленной режущей кромкой. Интересный
эффект увеличения стойкости инструмента при ВСО наблюдается при
сравнении способов охлаждения (рис. 10). Как показывает график,
наибольшая стойкость наблюдается при использовании обдува.
Рис. 9. Зоны вибраций при фрезеровании в зависимости от глубины резания и скорости резания
Рис. 10. Влияние методов охлаждения на износ инструмента
Поскольку тепло концентрируется в стружке, ее надо просто быстро удалить из зоны резания. Низкая стойкость инструмента при охлаждении объясняется главным образом выкрашиванием, что обусловлено циклическими ермическими нагрузками на режущую кромку инструмента. Постоянная тепловая нагрузка, даже на относительно высоких температурах, лучше, чем меняющаяся циклическая нагрузка. Все вышеперечисленное относится к технической стороне ВСО.
САМ-система
Приобретение станка, инструмента и организация контроля качества
наладки инструмента и станка — первые шаги по направлению к ВСО.
Следующий шаг связан с know-how ВСО и с возможностями САМ-системы.
И здесь технологу придется изменить свой подход к программированию
обработки. По сути речь идет о достаточно простых правилах, которые технолог должен выполнять при составлении программ обработки, и главное
здесь — наличие САМ-системы, которая бы эти правила поддерживала. Резать тонко, но быстро:
Правило № 1 — малые сечения среза, снимаемые с большой cскоростью. Мы уже упоминали, что это основа высокоскоростной обработки и реализуется она простым заданием малых шагов между проходами, за исключением случаев врезания, когда идет проход полной шириной фрезы. Такие случаи надо исключать, что достигается путем использования трохоидальной обработки, когда в процессе врезания фреза движется по окружности (рис. 11). Идеально, когда САМ-система сама строит трохоиду в местах, где необходимо осуществить врезание (рис. 12). Такая стратегия используется и при формировании пазов, которые ранее обрабатывались одним ходом фрезы того же диаметра, чтои ширина паза (рис. 13).
Рис. 11. Трохоидальная обработка
Рис. 12. Трохоидальная обработка в местах врезания инструмента на
полную ширину
Рис. 13. Обработка пазов с использованием трохоидальной стратегии
Когда ВСО используется для обработки сразу из закаленной заготовки
деталей, которые имеют отверстия, их обработка сверлением представляет
собой определенную проблему — вследствие низкой стойкости сверл. В этом
случае эффективным способом может стать спиральная расфрезеровка
отверстий. Причем, как показывает практика, этот методкак по производительности, так и по стойкости инструмента превосходит сверление.
На рис. 14-16 приведены примеры выполнения расфрезеровки в PowerMILL
и данные по расфрезеровке отверстий в закаленной заготовке.
Рис. 14. Спиральная траектория при высокоскоростной расфрезеровки
отверстия
Рис. 15. Визуализация траектории расфрезеровки во ViewMILL
Рис. 16. Сравнение расфрезеровки и сверления отверстий в закаленной
детали
В результате выполнения Правила № 1 нужно быть готовым к тому,
что объем программ для ВСО значительно превосходит объемы
традиционных программ силового резания и, как было отмечено выше,
системы ЧПУ должны иметь возможность быстро обрабатывать программы
объемов в десятки мегабайт. Большие объемы программ требуют соответственно больших затрат времени на расчет траектории. И здесь на
первый план выходит скорость расчета, которую обеспечит САМ_система.
При разработке системы PowerMILL фирма Delcam plc уделяла этому особое внимание, и на сегодняшний день эта система является явным лидером по времени расчета и пересчета программ.
Рис. 17. След инструмента в углах траектории в момент изменения направления обработки
Борьба с углами
Правило № 2 — гладкая траектория движения инструмента. Это
обусловлено необходимостью снижения динамических нагрузок во время
резкой смены направления движения инструмента. Необходимо максимально
возможное исключение углов на траектории. В углах, где инструмент меняет
направление, он должен остановиться, и снижение нагрузки в этот момент
вызывает врезание фрезы в тело детали (рис. 17). На рис. 18 показан
результат исследования шероховатости в местах смены направления
движения. След, оставшийся на детали, достигает глубины 25 микрон при
общей шероховатости 3 микрона! На рис. 19 показаны примеры
традиционной траектории, построенной эквидистантным смещением
исходного контура, которую следует признать неэффективной для
высокоскоростной обработки и уступающей в данном случае сглаженной
траектории. Такая траектория, например, создается системой PowerMILL и
реализует тот же алгоритм сглаживания, который выполняет гонщик при
прохождении крутых виражей (рис. 20).
Рис. 18. Шероховатость поверхности вдоль и поперек следа
Рис. 19. Траектория смещением контура и сглаженная траектория для ВСО
Рис. 20. Алгоритм сглаживания траектории в углах — «гоночная» траектория
Равномерная нагрузка
Правило № 3 — равномерная нагрузка на инструмент. Традиционная
строчная обработка, состоящая из многочисленных ходов врезания и
выходов инструмента (даже если это сглаженные входы по дуге), не может
быть признана оптимальной для ВСО. Предпочтение должно отдаваться
спиральным стратегиям, где инструмент, однажды врезавшись, сохраняет
непрерывный и равномерный контакт с заготовкой (рис. 21), или стратегиям
эквидистантного смещения контура, которые длительное время сохраняют
контакт инструмента с заготовкой, с одним заходом и выходом (рис. 22).
Рис. 21. Спиральная эквидистантная траектория
Рис. 22. Оптимизированная траектория: на пологих участках - эквидистантная, на крутых участках -послойная
Это же правило равномерных нагрузок диктует технику обработки
внутренних скруглений. При ВСО надо стремиться исключать обработку
фрезами с радиусами, равными радиусам скругления на детали. Как видно из
рис. 23, в местах скруглений это вызывает резкое увеличение сечения среза и
соответственное повышение нагрузки на инструмент, и если он будет
ломаться, то это наверняка будет происходить именно в этих местах. Правда,
для этого придется перейти к моделированию всех радиусов скругления на
компьютерной модели, между тем как раньше, в целях экономии времени,
радиусы не моделировались, а формировались геометрией фрезы. Соответственно одним из требований, предъявляемых к системам
моделирования, должна стать возможность легкого и надежного
моделирования радиусов скругления. При получистовой обработке, когда
снимаются ступени, оставшиеся после черновой обработки, эффективным
инструментом сглаживания нагрузки на инструмент являются модули
управления подачей. В Power MILL это модуль PS- Optifeed, который в местах увеличения сечения среза на ступеньке уменьшает, а в местах малых
сечений, напротив, - увеличивает подачу инструмента (рис. 24). Таким
образом, САМ система для ВСО должна обеспечить:
- широкий набор вариантов гладкого подвода-отвода и связок между проходами;
- набор стратегий спиральной и эквидистантной обработки зон как
на чистовой, так и на черновой обработке и поиск оптимальной стратегии в различных зонах обработки;
- автоматическое сглаживание траекторий в углах;
- исключение проходов полной шириной фрезы и автоматическое
применение трохоидального врезания в этих местах;
- оптимизацию подач для сглаживания нагрузки на инструмент.
Рис. 23. Обработка скруглений
Рис. 24. Оптимизация подачи в зависимости от сечения среза
Внедрение новых подходов и стратегий, разработанных для ВСО, в
обычную обработку благоприятно скажется на качестве обработки и снизит
вероятность поломки инструмента. Освоение технологий высокоскоростной
обработки обеспечит такое качество обработки, которое позволит исключить
финишные операции ручной полировки (рис. 25), а также даст возможность
выполнять работы, которые при традиционных методах вызывали
определенные проблемы (например, необходимость использовать большие
вылеты инструмента для обработки высоких стенок — рис. 26).
Рис. 25. Пример обработки вставки штампа горячей штамповки.
Полная обработка за один установ без полировки. Время обработки 95 мин. Размер вставки 300х145 мм, твердость 51 HRC, подача 5 м/мин, обороты
шпинделя 35 тыс. об./мин. Самая малая фреза диаметром 2 мм
Рис. 26. Пример обработки графитового электрода. Размер 350х200 мм,9600 шестигранных отверстий с радиусом скругления 0,2 мм. Наружная поверхность обработана шаровой фрезой диаметром 10 мм, черноваяобработка отверстий фрезой диаметром 1,5 мм и чистовая обработка отверстий фрезой диаметром 0,4 мм. Обороты шпинделя 45 тыс. об./ мин,время обработки 34 ч
Дата: 2019-02-02, просмотров: 177.
