Станки высокоскоростной обработки (стр. 2 из 4)

Кроме того, так как включается режим экстренного торможения, возникают механические и электрические нагрузки на привод, превышающие нормальные эксплуатационные, что приводит к уменьшению срока службы приводов и систем управления электроприводами. Так же важным динамическим параметром станка является подача, с которой он может выполнить окружность с минимальными искажениями. Превышение подачи приводит к искажению траектории и повышении нагрузок на привода станка. Поэтому крайне важно, чтобы система САМ обеспечивала коррекции подач по этим параметрам, а визуализатор обработки позволял учитывать динамические характеристики станка.

Не менее важным, для обеспечения качества и точности обработки, стойкости инструмента, уменьшения нагрузки на инструмент и узлы станка необходимо строго соблюдать рекомендации фирм, производителей инструмента.

В отличии от стандартных режимов фрезерования, где задается минутная подача, производители инструмента указывают рекомендованные для каждого вида фрез подачу на зуб, ширину и глубину фрезерования. Подача на зуб определяет толщину снимаемой стружки и обеспечивает создание необходимого усилия для резания. Для различных материалов инструмента она разная. Так на пример:

· для фрез из быстрорежущих сталей - 0,10...0,15мм

· для цельных фрез из твердого сплава - 0,01 ...0,03мм

· для наборных фрез с пластинами из твердого сплава -0,09...0,15мм

При высокоскоростном фрезеровании рекомендуется применять попутное фрезерование для черновой и чистовой обработки. Во-первых, при попутном фрезеровании получается лучшая шероховатость поверхности, и происходит оптимальный отвод стружки. Во-вторых, существенно возрастает стойкость фрезы. При встречном фрезеровании большое количество тепла выделяется при увеличении толщины стружки от нуля до максимума, поскольку режущая кромка движется с большим трением.

Задание подачи на зуб, при попутном фрезеровании, меньше минимально допустимой приводит к ухудшению условий резания и повышенному износу (в несколько раз). Это происходит потому, что первый зуб не может срезать слишком тонкий слой металла (на режущей кромке не создается достаточная сила резания) и проскальзывает и начинает резать только второй или третий зуб. При этом, возникает дополнительная нагрузка на инструмент и станок, из за избыточного трения при проскальзывании зубьев. Кроме того, так как фреза работает через зуб, а то и два, возникает вибрация, которая приводит к разрушению режущей кромки инструмента и повышенному износу узлов станка, и плохому качеству обрабатываемой поверхности.

По этому, при недостаточной мощности станка или низкой жесткости системы СПИД, снижать нагрузку необходимо уменьшением ширины фрезерования (по длине инструмента). Изменение глубины фрезерования (по диаметру инструмента) дает гораздо меньший эффект, так как ширина резания не изменяется. Например, разница оптимальной подачи на зуб при фрезеровании на половину диаметра и на полный диаметр составляет не более 10...15%.

В управляющих программах число оборотов шпинделя, как правило, задается вначале программы и в дальнейшем не изменяется. В отличие от оборотов, минутная подача движения фрезы должна изменяться, согласно условиям обработки на каждом участке траектории, для обеспечения оптимальных режимов обработки и динамических требований станка.

Применяемое в управляющих программах для стандартных режимов резания правило постоянной минутной подачи в программах для высокоскоростного фрезерования неприемлемо. Необходимо выдерживать постоянной подачу на зуб, при этом минутная подача может изменяться и очень значительно. Наиболее простым примером этого служит фрезеровка отверстий и обкатка углов на контуре. При движении фрезы по траектории обработки внутреннего радиуса, возникает ситуация, когда периферия инструмента перемещается с гораздо большей скоростью. Например, если на траектории, при обработке фрезой 10мм, при движении по радиусу 1мм задана подача 300мм/мин, то непосредственно на контуре минутная подача будет 1500мм/мин. Соответственно реальная подача на зуб возрастет в пять раз. Это, конечно же, приведет к поломке инструмента. При обработке выпуклых поверхностей, получается обратный эффект.

Рассчитать в ручную необходимое изменение минутной подачи на каждый участок траектории не представляется возможным. Особенно это становится понятным при обработке конических поверхностей, где практически каждый проход должен выполняться на своей минутной подаче.

Кроме того, изменения минутной подачи, требуется и по динамическим требованиям станка. Практически во всех САМ - системах, алгоритм торможения обязательно включает в себя выделение зоны торможения. Для «старого» инструмента этот алгоритм работал хорошо, так как изменение подачи составляло 30...50%. С применением современного инструмента, когда необходимо изменение минутной подачи в несколько раз, этот алгоритм приводит к повышенному износу инструмента.

Напрашивается следующий вывод, что САМ - системам необходимо задавать, как исходную информацию, не минутную подачу, а подачу на зуб, количество зубьев фрезы и обороты, для автоматического расчета минутной подачи на каждом участке обработки. Введение зон торможения должно быть обусловлено только динамическими характеристиками станка, то есть когда перемещение слишком мало для торможения, или изменениями условий обработки (например, значительным увеличением припуска).

К сожалению, на данный момент времени ни одна система, даже высокого уровня, не решает поставленных задач в полном объеме.

3. Принципы генерации траектории режущего инструмента

Существуют следующие четыре принципа, которым должны быть подчинены все подходы к созданию УП для HSM:

· предпочтительны длинные траектории инструмента для резания с небольшой глубиной в осевом и радиальном направлениях.

· резание образующей вместо торцового фрезерования.

Окружная скорость прямо пропорциональна радиусу инструмента, и даже при высокой скорости вращения шпинделя она равна нулю в центре инструмента (на оси). Силы резания при HSMсущественно уменьшаются в направлении осей Xи Y, а вот в направлении оси Z- практически не изменяются. К тому же при торцовом фрезеровании эвакуация стружки затруднена, что очень негативно сказывается на процессе резания. \3\ Плавное изменение условий резания: условия отвода стружки, усилия резания в осевом и радиальном направлениях и т.д.

Для современного инструмента из твердого сплава более благоприятна постоянная (пусть даже и высокая) температура в зоне резания, чем её колебания. Резкое изменение условий резания при врезании инструмента в материал приводит к увеличению количества выделяемого тепла и механических напряжений, что отрицательно сказывается на стойкости инструмента. Если траектория инструмента рассчитана при условии плавного изменения условий резания, то это позволит значительно увеличить стойкость инструмента, получить лучшую точность и шероховатость обработанной поверхности.

Очень часто деталь невозможно изготовить без использования траектории, предполагающей резкую смену направления движения инструмента, но такие случаи должны быть минимизированы. Разработчики CAM-систем работают над средствами, позволяющими достичь абсолютного отсутствия острых углов у траектории.

4. Врезание инструмента

Сила резания в направлении оси Zне уменьшается сколько-нибудь значительно при увеличении скорости вращения шпинделя. Врезание в твердый материал с большой рабочей подачей создаст большое напряжение в инструментальном патроне и шпинделе и, вероятней всего, приведет к повреждению инструмента. Необходимо всячески избегать вертикального врезания инструмента в материал (за исключением графита, алюминия и некоторых других мягких материалов).

Опускание режущего инструмента на величину прохода по оси Zрекомендуется производить в воздухе, а врезание в материал - в горизонтальном направлении по дугообразной траектории. Желательно и выход инструмента из материала осуществлять по дуге. При обработке кармана можно использовать такие функции CAM-системы, как HELIXи RAMPдля выполнения врезания по спирали, причем угол наклона спирали рекомендуется задавать менее 2 градусов. Чем тверже материал, тем меньше должно быть значение угла врезания.

Рис. 2 Поверхности карманного типа

5. Способы обработки

5.1 Резание параллельными слоями

Резание параллельными слоями (фреза движется последовательно слоями по горизонтальным плоскостям) - наиболее популярный сегодня метод формирования траектории для предварительной обработки. К числу преимуществ этого подхода относится простота программирования.

При обработке параллельными слоями хорошо генерируются проходы для окончательной обработки боковых стенок карманов или островов. Однако для обработки плоских поверхностей (низ кармана или верх острова) такая техника не совсем подходит, и тут лучше применять другие методы. CAM-системы обычно позволяют программировать траектории для обработки комбинированных поверхностей ( multi-surface). Идеальные CAM-системы могут автоматически распознавать наклонные и горизонтальные поверхности и совмещать в одной программе разные методы обработки различных областей. Ести же CAM-система не имеет подобных встроенных функций (что не является столь уж необычным явлением), то технолог-программист должен вручную комбинировать различные методы для обработки поверхностей разного типа.