Станки высокоскоростной обработки (стр. 3 из 4)
На сегодняшний день наблюдается постоянный прогресс CAM-технологий. Совершенствуется современный инструментарий создания различных стратегий обработки и множатся элементы сложных построений. Одновременно сохраняет свою актуальность следующая задача: разделить обрабатываемые поверхности на сегменты и с помощью различных методов программирования достигнуть оптимальной шероховатости поверхности при удовлетворительной стойкости инструмента. Сегменты могут быть разделены в соответствии с их естественными границами или же искусственно, с помощью функций CAM, доступных технологу-программисту.
Другая важная проблема обработки параллельными слоями - изменение шага по оси Z. Только некоторые CAM-системы автоматически определяют различные значения приращения по оси Zв зависимости от угла наклона стенок; большинство же - не может.
Обработка всегда должна вестись с образованием стружки. Тепло из зоны резания в основном отводится вместе со стружкой. При слишком низкой рабочей подаче стружка почти не производится. Вырабатываемое в процессе трения тепло будет отводиться только через инструмент и обрабатываемую деталь, что приведет к перегреву и преждевременному износу инструмента.
Если условия резания не могут быть постоянными в силу специфичной геометрии детали, то уменьшение значения шага по оси Zявляется наиболее эффективным способом улучшить резание. При уменьшении шага минимизируются случаи внезапного увеличения объема удаляемого материала при врезании фрезы в угол, которые приводят к повышению вибрации и ухудшению условий отвода стружки (тепла).
Попутное фрезерование рекомендуется и для предварительной, и для окончательной обработки. Во-первых, при этом получается поверхность с лучшей шероховатостью и происходит оптимальный отвод стружки. Во-вторых, существенно возрастает стойкость фрезы. Современные инструменты из твердого сплава лучше сопротивляются усилиям сжатия (что характерно для попутного фрезерования), нежели растяжения. При встречном фрезеровании толщина стружки увеличивается от нуля до максимума, что способствует выделению большого количества тепла, поскольку режущая кромка движется с большим трением.
5.2 Резание в одном направлении
При таком резании инструмент всегда будет находиться с одной стороны от материала, поэтому условия резания будут более однородными. Недостаток - большое время, затрачиваемое на холостые перебеги.
5.3 Минимум врезаний инструмента
При врезании количество стружки резко увеличивается, и в режущем инструменте возникает большое напряжение. Некоторые CAM-системы решают эту проблему автоматически. Окончательная глубина фрезерования должна достигаться переменными шагами, чтобы для окончательной обработки оставался равномерный припуск. Излишний припуск может оказаться слишком большим для инструмента окончательной обработки, поэтому предосторожность в этом случае не помешает. Если используемая CAM-система не обеспечивает контроль величины припуска, необходимо добавить дополнительную траекторию между предварительной и окончательной обработкой.
6. Рекомендации для предварительной обработки
В процессе предварительной обработки сталей должны быть достигнуты две главные цели: высокая производительность (скорость удаления материала) и обеспечение высокой стойкости инструмента. При ближайшем рассмотрении процесса чернового фрезерования можно заметить, что существуют различные концепции достижения этих, на первый взгляд противоположных, целей. На самом же деле, стойкость современного инструмента, как это ни парадоксально, гораздо выше при большой (соответствующей) рабочей подаче, нежели при заниженной. Иногда значение подачи на зуб является решающим фактором в обеспечении высокой стойкости фрезы. Поэтому при подборе оптимальных режимов резания значение скорости резания (vc) варьируется довольно широко, в то время как значение подачи на зуб почти не меняется.
Классический процесс чернового фрезерования осуществляется фрезами, сделанными из быстрорежущей стали (HSS). Преимущество фрез HSSсостоит в том, что они могут применяться даже тогда, когда жесткость станка невысока. Однако из-за низкой скорости резания значение рабочей подачи ограничено. К тому же стойкость такого инструмента существенно ниже по сравнению с твердосплавными фрезами, и обработка ими закаленных сталей практически невозможна.
Высокая скорость резания и большая температура в зоне резания способствуют уменьшению сил резания. Высокая скорость резания и большая рабочая подача обуславливают большую производительность (даже при обработке закаленной стали). Фактор, ограничивающий эффективность данного процесса, - малое сечение стружки. К тому же из-за возможности повторного резания инструментом стружки (являющейся фактически абразивом) своевременная эвакуация стружки из зоны резания имеет важнейшее значение. Поэтому геометрия современного режущего инструмента, предназначенного для предварительной обработки, рассчитана с условием достижения эффективного выброса стружки из зоны резания.
7. Постпроцессоры
Можно много говорить о функциональности различных CAM-систем, но нельзя забывать, что итоговым (и самым важным) продуктом системы автоматизации процессов КТПП является NC-программа в G-кодах, управляющая станком с ЧПУ. Тем удивительней, что для многих пользователей получение соответственно форматированной УП остается одной из самых больших проблем. После более чем 30 лет компьютерного NC-программирования связь "CAM-система - станок с ЧПУ" до сих пор не везде обеспечена в полной мере.
Обеспечивает эту связь отдельная программа (обычно называемая постпроцессором, поскольку процесс генерации G-кодов имеет место после создания траектории инструмента), которая форматирует нейтральный CL-файл (CL- CutterLocation) в конкретную NC-программу, наиболее подходящую для специфической комбинации "станок - система ЧПУ". По существу, постпроцессор является необходимой составляющей процесса производства. Так почему же нельзя получить качественную TVC-программу, имея корректные данные в формате CL-файла?
Как известно, система управления должна выполнять команды в соответствии со стандартами программирования системы ЧПУ (EIA/ISO) независимо от типа станка. Например, команда M08 служит для включения подачи охлаждающей эмульсии] Большинство производителей оборудования соблюдает стандарты команд выполнения основных подготовительных (группа G) и вспомогательных (группа М) функций. Одновременно с этим каждый тип оборудования выполняет специализированные функции (например, циклы сверления, нарезания резьбы и др.), и соответствие этих функций стандарту обычно не соблюдается. Команды, служащие для выполнения специализированных функций, индивидуальны для определенного станка. Кроме того, чтобы выбранными при покупке оборудования. В результате для двух одинаковых комбинаций "станок - система ЧПУ" могут использоваться различные способы программирования одинаковых команд и функций.
Приняв во внимание указанные факторы, становится понятным, почему получение хорошей NC-программы напрямую зависит от качества постпроцессора.
Надо сказать, что проблематичным является даже получение соответствующих команд в желаемом порядке в критических местах УП - в начале, в местах смены инструмента и в конце УП (например, команды ввода и сброса коррекции и т.п.). Дополнительные трудности возникают из-за того, что зачастую даже разные компании одной корпорации имеют собственные требования к УП и используют различные методы для программирования одинаковых NC-команд.
8. Обзор принципов ВСО
Рассмотрим основные составляющие, влияющие на качество поверхности после обработки на высокий скоростях
8.1 Скорость и сила резания
Теоретическим обоснованием высокоскоростной обработки являются так называемые кривые Соломона, которые показывают снижение сил резания в некотором диапазоне скоростей.
Рис. 3 Зависимость сил резания от скорости резания
Но наиболее важным фактором является перераспределение тепла в зоне резания. При небольших сечениях среза, в данном диапазоне скоростей основная масса тепла концентрируется в стружке, не успевая переходить в заготовку. Именно это позволяет вести обработку закаленных сталей не опасаясь отпуска поверхностного слоя. Отсюда основной принцип ВСО – малое сечение среза, снимаемое с высокой скоростью резания, и соответственно высокие обороты шпинделя и высокая минутная подача.
Рис. 4 Режимы резания для традиционной и высокоскоростной обработки
Есть даже такая рекомендация, что глубина резания не должна превышать 10% диаметра фрезы. Имея возможность вести лезвийную обработку закаленных сталей можно обеспечить качество поверхности соизмеримое с электроэрозионной обработкой. Главный эффект ВСО не уменьшение машинного времени за счет интенсификации режимов резания, а повышение качества обработки и эффективное использование современных станков с ЧПУ. Условием успеха в высокоскоростной обработке может быть правильный выбор всех составляющих факторов, участвующих в этом процессе – станок, система ЧПУ, режущий инструмент, вспомогательный инструмент с системой закрепления инструмента, система программирования, квалификация технолога программиста и оператора станка с ЧПУ. Пренебрежение одним из этих составляющих может свести к нулю все предыдущие усилия.
8.2 Система ЧПУ
Ограничителем ВСО может стать система ЧПУ, если она не имеет высокой скорости обработки кадров. Для достижения высокого качества поверхности программа для ВСО содержит очень малые перемещения. Например, во время отработки технологии высокоскоростной обработки на фирме Delcam был отмечен дефект в виде периодических следов остановки фрезы на станке Matsuura MC-800VF выпуска 90-х годов с системой ЧПУ Yasnac i80M. Анализ программ показал, что система ЧПУ не успевает отрабатывать кадры программы при заданной подаче. Максимальную подачу, которую может обеспечить система ЧПУ можно определить по формуле Fmax = Длина перемещения в кадре /Время обработки кадра *60 Отсюда, при перемещениях 0.01 мм и времени обработки кадра 2 мс максимальная подача ограничена значением 0.3 м/мин. Перевод обработки на более современный станок Bridgeport снял эту проблему. Современная система ЧПУ должна смотреть вперед со скоростью от 100 до 200 кадров в секунду, чтобы успеть сделать расчеты для торможения на подходе к углу и разгона после поворота.