eng
Выпуск #2/2020
К. КАРАБЧЕЕВ
ФУНКЦИОНАЛЬНОСТЬ СОВРЕМЕННОЙ CAM-СИСТЕМЫ ДЛЯ 4- И 5-ОСЕВОЙ ОБРАБОТКИ НА ОБРАБАТЫВАЮЩИХ ЦЕНТРАХ С ЧПУ
ФУНКЦИОНАЛЬНОСТЬ СОВРЕМЕННОЙ CAM-СИСТЕМЫ ДЛЯ 4- И 5-ОСЕВОЙ ОБРАБОТКИ НА ОБРАБАТЫВАЮЩИХ ЦЕНТРАХ С ЧПУ
Просмотры: 1109
10.22184/2499-9407.2020.19.02.56.59
На примере системы ADEM описан функционал CAM-системы, позволяющий реализовывать подготовку управляющих программ для эффективной 4- и 5-осевой обработки сложных деталей на обрабатывающих центрах с ЧПУ.
На примере системы ADEM описан функционал CAM-системы, позволяющий реализовывать подготовку управляющих программ для эффективной 4- и 5-осевой обработки сложных деталей на обрабатывающих центрах с ЧПУ.
Теги: 4- and 5-axis machining 4- и 5-осевая обработка cam-system cam-система control program monowheel turbine blade моноколесо турбинная лопатка управляющая программа
Функциональность современной CAM-системы для 4- и 5-осевой обработки на обрабатывающих центрах с ЧПУ
Константин КАРАБЧЕЕВ
На примере системы ADEM описан функционал CAM-системы, позволяющий реализовывать подготовку управляющих программ для эффективной 4- и 5-осевой обработки сложных деталей на обрабатывающих центрах с ЧПУ.
Современные предприятия промышленности приобретают сложные многокоординатные станки, что накладывает высокие требования к CAM-системам и постпроцессорам, позволяющим получать оптимальные траектории, оптимизировать режимы резания для подобного оборудования.
Ниже приведено несколько примеров необходимой функциональности CAM-системы для подготовки управляющих программ (УП) на обрабатывающие центры с ЧПУ.
Применение 2,5-осевого фрезерования на станках с осями вращения
Виды обработки:
Один из этапов в многоосевой обработке ‒ это обработка с использованием осей вращения (рис. 1). К ней относится зонная (позиционная) обработка. Это 2‒3-осевая обработка с добавлением позиционирования по осям вращения. Она применяется для производства корпусных деталей, обработка которых может вестись за один установ, без перезакрепления и необходимости использования дополнительной оснастки.
Также использование поворотных осей станка может заменять движение по некоторым линейным осям. В этом случае мы получаем ту же 2,5- или 3-осевую обработку, как бы спроецированную на тело вращения (рис. 2). Этот способ часто применяется для обработки круговых и байонетных пазов, а также при гравировке на цилиндрических поверхностях.
Управление положением инструмента относительно обрабатываемой поверхности
Параметры управления инструментом:
При обработке поверхностей часто возникает необходимость корректировки положения инструмента относительно обрабатываемой поверхности. Это может понадобиться при фрезеровании выпуклых поверхностей фрезами с пластинками, когда в центре фрезы образуется участок, без режущих элементов. В таких случаях смещение инструмента в продольном или поперечном направлении позволяет уйти от образования подобных зон с нулевой скоростью резания.
Однако при обработке сильноизогнутых поверхностей не всегда имеется возможность, либо не всегда является эффективным смещение инструмента относительно точки контакта. В этих случаях используется управление осью инструмента по угловым осям (рис. 3). Это использование так называемых углов отклонения и углов опережения, когда инструмент искусственно как бы заваливается вперед по ходу движения.
Для более сложных случаев может быть задействовано управление осью инструмента с использованием дополнительных кривых или поверхностей (рис. 4). В этом случае кончик инструмента идет по обрабатываемой поверхности, а его хвостовая часть движется вдоль указанной кривой. Яркий пример ‒ это обработка моноколес.
Обработка моноколес
Основные операции обработки:
При обработке деталей типа «моноколесо» значительное время затрачивается на черновую обработку. Это происходит вследствие того, что моноколеса чаще всего изготавливают из титановых сплавов, а это влияет на подход к обработке. При традиционной технологии черновой обработки таких деталей материал выбирается продольными проходами с небольшим снимаемым припуском и небольшими подачами. Увеличить подачу при такой схеме обработки существенно не получится в связи с высоким коэффициентом износа инструмента. Уменьшить затраты на этом этапе может помочь применение плунжерного фрезерования (рис. 5).
В системе ADEM допустимо использование плунжерного фрезерования не только в 3-осевом режиме, но и совместно с осями вращения.
Этот вид обработки позволяет в два-три раза увеличить подачу за счет использования осевого врезания инструмента и существенно увеличить размер снимаемого припуска. При выполнении проходов система отслеживает положение инструмента относительно обрабатываемых поверхностей, что позволяет уже на первом этапе грубой черновой выборки подготовить криволинейные поверхности к дальнейшей обработке.
При чистовой обработке лопастей моноколеса основная проблема, с которой сталкивается технолог, – это управление осью инструмента непосредственно на поверхности лопасти и на радиусе скругления (рис. 6).
Как известно, поверхность лопасти представляет собой линейчатую поверхность и теоретически может быть обработана боковой частью обычной концевой фрезы за один проход. В реальности же кривизна втулки и искривление лопасти делает такой подход к обработке невозможным. В производстве, как правило, поверхность лопасти обрабатывают сферическим или сферо-коническим инструментом продольными проходами с постоянным или переменным углом отклонения от поверхности. Но в этом случае при переходе через радиус скругления носика лопасти ось инструмента делает резкий рывок для того, чтобы на следующей поверхности обеспечить заданный угол отклонения. Для устранения такого рода ситуаций в системе ADEM дополнительно к параметрическим средствам управления осью инструмента существует возможность регулировать наклон инструмента с помощью кривых и поверхностей.
Обработка турбинных лопаток
Основные производственные операции:
Традиционный подход к обработке турбинных лопаток заключается в следующем: непрерывная обработка по спирали пера лопатки, затем доработка замковой части (рис. 7).
Но этот подход имеет ряд недостатков:
В результате ухудшается качество обработки и возрастает доля слесарной доводки.
Для получения качественных поверхностей в системе ADEM присутствует возможность разделять зоны обработки и использовать для каждой зоны оптимальный инструмент.
Обработку поверхностей корыта и радиусов скругления необходимо производить сферическим инструментом с максимально возможным боковым упреждением продольными проходами (рис. 8). Это позволяет:
Обработку горба пера необходимо производить концевой фрезой с радиусом на торце поперечными проходами с минимальным, но отличным от нуля, продольным угловым упреждением. Это позволяет получить практически зеркальную поверхность.
Обработка шнеков
Проблемы, возникающие при обработке шнеков:
При обработке деталей типа «шнек» выделяются три типовые задачи, которые приходится решать технологу:
При черновой обработке межлопастного пространства основная сложность ‒ проход инструмента между соседними лопастями в узких местах. В таких местах часто складывается такая ситуация, когда из-за оставляемого припуска инструмент не может протиснуться между соседними поверхностями. В этом случае система ADEM позволяет проводить инструмент с контролем на зарезания теоретической поверхности, но без учета величины оставляемого припуска. На всех остальных участках траектории припуск будет той величины, которая определена в переходе.
При чистовой обработке поверхности лопасти возникает другая проблема – из-за сильного искривления обработать боковой стенкой инструмента за один проход не удается, а сильно отклонить инструмент от обрабатываемой поверхности, особенно в средней части шнека, где наибольшая высота лопасти, невозможно. В этом случае на помощь приходит интеллектуальная коррекция положения инструмента (рис. 9). Система оценивает каждое положение инструмента и, в случае возникновения коллизии, начинает менять либо ориентацию оси инструмента, либо положение настроечной точки, для того чтобы инструмент смог пройти дальше.
Вариантов обработки втулки шнека существует множество. Главное ‒ проконтролировать наклон инструмента в районе сопряжения боковых поверхностей лопастей и поверхности втулки. Чаще всего для чистовой обработки используют сферический или сферо-конический инструмент. А для управления осью инструмента используют верхние границы соседних лопастей. В этом случае система сама виртуально построит пространственную кривую, равноудаленную от обеих лопастей, и использует ее для управления осью инструмента.
Мы привели лишь несколько примеров 4- и 5-осевой обработки с описанием функциональности необходимой для поддержки эффективной работы современного оборудования. Надеемся в следующих статьях продолжить данную тематику, сосредоточившись не только на схемах обработки и описании оптимизации режимов, но и на автоматическом создании УП по геометрии.
КАРАБЧЕЕВ Константин –
ведущий специалист Группы компаний ADEM
Константин КАРАБЧЕЕВ
На примере системы ADEM описан функционал CAM-системы, позволяющий реализовывать подготовку управляющих программ для эффективной 4- и 5-осевой обработки сложных деталей на обрабатывающих центрах с ЧПУ.
Современные предприятия промышленности приобретают сложные многокоординатные станки, что накладывает высокие требования к CAM-системам и постпроцессорам, позволяющим получать оптимальные траектории, оптимизировать режимы резания для подобного оборудования.
Ниже приведено несколько примеров необходимой функциональности CAM-системы для подготовки управляющих программ (УП) на обрабатывающие центры с ЧПУ.
Применение 2,5-осевого фрезерования на станках с осями вращения
Виды обработки:
- зонная обработка;
- плоская обработка с дополнительной осью вращения.
Один из этапов в многоосевой обработке ‒ это обработка с использованием осей вращения (рис. 1). К ней относится зонная (позиционная) обработка. Это 2‒3-осевая обработка с добавлением позиционирования по осям вращения. Она применяется для производства корпусных деталей, обработка которых может вестись за один установ, без перезакрепления и необходимости использования дополнительной оснастки.
Также использование поворотных осей станка может заменять движение по некоторым линейным осям. В этом случае мы получаем ту же 2,5- или 3-осевую обработку, как бы спроецированную на тело вращения (рис. 2). Этот способ часто применяется для обработки круговых и байонетных пазов, а также при гравировке на цилиндрических поверхностях.
Управление положением инструмента относительно обрабатываемой поверхности
Параметры управления инструментом:
- смещение инструмента;
- углы опережения и отклонения;
- управление с помощью кривой и поверхности.
При обработке поверхностей часто возникает необходимость корректировки положения инструмента относительно обрабатываемой поверхности. Это может понадобиться при фрезеровании выпуклых поверхностей фрезами с пластинками, когда в центре фрезы образуется участок, без режущих элементов. В таких случаях смещение инструмента в продольном или поперечном направлении позволяет уйти от образования подобных зон с нулевой скоростью резания.
Однако при обработке сильноизогнутых поверхностей не всегда имеется возможность, либо не всегда является эффективным смещение инструмента относительно точки контакта. В этих случаях используется управление осью инструмента по угловым осям (рис. 3). Это использование так называемых углов отклонения и углов опережения, когда инструмент искусственно как бы заваливается вперед по ходу движения.
Для более сложных случаев может быть задействовано управление осью инструмента с использованием дополнительных кривых или поверхностей (рис. 4). В этом случае кончик инструмента идет по обрабатываемой поверхности, а его хвостовая часть движется вдоль указанной кривой. Яркий пример ‒ это обработка моноколес.
Обработка моноколес
Основные операции обработки:
- плунжерное фрезерование для черновой выборки материала;
- чистовая обработка лопастей боковой частью инструмента;
- обработка носика лопасти с наклоном инструмента.
При обработке деталей типа «моноколесо» значительное время затрачивается на черновую обработку. Это происходит вследствие того, что моноколеса чаще всего изготавливают из титановых сплавов, а это влияет на подход к обработке. При традиционной технологии черновой обработки таких деталей материал выбирается продольными проходами с небольшим снимаемым припуском и небольшими подачами. Увеличить подачу при такой схеме обработки существенно не получится в связи с высоким коэффициентом износа инструмента. Уменьшить затраты на этом этапе может помочь применение плунжерного фрезерования (рис. 5).
В системе ADEM допустимо использование плунжерного фрезерования не только в 3-осевом режиме, но и совместно с осями вращения.
Этот вид обработки позволяет в два-три раза увеличить подачу за счет использования осевого врезания инструмента и существенно увеличить размер снимаемого припуска. При выполнении проходов система отслеживает положение инструмента относительно обрабатываемых поверхностей, что позволяет уже на первом этапе грубой черновой выборки подготовить криволинейные поверхности к дальнейшей обработке.
При чистовой обработке лопастей моноколеса основная проблема, с которой сталкивается технолог, – это управление осью инструмента непосредственно на поверхности лопасти и на радиусе скругления (рис. 6).
Как известно, поверхность лопасти представляет собой линейчатую поверхность и теоретически может быть обработана боковой частью обычной концевой фрезы за один проход. В реальности же кривизна втулки и искривление лопасти делает такой подход к обработке невозможным. В производстве, как правило, поверхность лопасти обрабатывают сферическим или сферо-коническим инструментом продольными проходами с постоянным или переменным углом отклонения от поверхности. Но в этом случае при переходе через радиус скругления носика лопасти ось инструмента делает резкий рывок для того, чтобы на следующей поверхности обеспечить заданный угол отклонения. Для устранения такого рода ситуаций в системе ADEM дополнительно к параметрическим средствам управления осью инструмента существует возможность регулировать наклон инструмента с помощью кривых и поверхностей.
Обработка турбинных лопаток
Основные производственные операции:
- спиральная черновая обработка в 4-х координатах с наклоном инструмента;
- чистовая обработка поочередно выпуклой и вогнутой частей лопасти.
Традиционный подход к обработке турбинных лопаток заключается в следующем: непрерывная обработка по спирали пера лопатки, затем доработка замковой части (рис. 7).
Но этот подход имеет ряд недостатков:
- он требует использования сферического инструмента, так как стандартный концевой инструмент будет «нахлопываться» торцем на припуск при переходе с поверхности корыта на поверхность горба, что приведет к поломке;
- на радиусах скругления будет грубая огранка, даже при жесткой аппроксимации, причем, чем больше кривизна пера, тем более существенными будут дефекты; кроме того, из-за очень коротких перемещений в кадрах значительно падает реальная подача, что приводит к ускорению износа («засаливанию») инструмента.
В результате ухудшается качество обработки и возрастает доля слесарной доводки.
Для получения качественных поверхностей в системе ADEM присутствует возможность разделять зоны обработки и использовать для каждой зоны оптимальный инструмент.
Обработку поверхностей корыта и радиусов скругления необходимо производить сферическим инструментом с максимально возможным боковым упреждением продольными проходами (рис. 8). Это позволяет:
- исключить обработку с нулевой скоростью резания;
- увеличить длину перемещений в кадре;
- обработать радиус скругления с точностью станка.
Обработку горба пера необходимо производить концевой фрезой с радиусом на торце поперечными проходами с минимальным, но отличным от нуля, продольным угловым упреждением. Это позволяет получить практически зеркальную поверхность.
Обработка шнеков
Проблемы, возникающие при обработке шнеков:
- черновая обработка с учетом и без учета оставляемого припуска;
- интеллектуальная коррекция положения инструмента.
При обработке деталей типа «шнек» выделяются три типовые задачи, которые приходится решать технологу:
- черновая обработка межлопастного пространства;
- чистовая обработка лопастей;
- чистовая обработка втулки шнека.
При черновой обработке межлопастного пространства основная сложность ‒ проход инструмента между соседними лопастями в узких местах. В таких местах часто складывается такая ситуация, когда из-за оставляемого припуска инструмент не может протиснуться между соседними поверхностями. В этом случае система ADEM позволяет проводить инструмент с контролем на зарезания теоретической поверхности, но без учета величины оставляемого припуска. На всех остальных участках траектории припуск будет той величины, которая определена в переходе.
При чистовой обработке поверхности лопасти возникает другая проблема – из-за сильного искривления обработать боковой стенкой инструмента за один проход не удается, а сильно отклонить инструмент от обрабатываемой поверхности, особенно в средней части шнека, где наибольшая высота лопасти, невозможно. В этом случае на помощь приходит интеллектуальная коррекция положения инструмента (рис. 9). Система оценивает каждое положение инструмента и, в случае возникновения коллизии, начинает менять либо ориентацию оси инструмента, либо положение настроечной точки, для того чтобы инструмент смог пройти дальше.
Вариантов обработки втулки шнека существует множество. Главное ‒ проконтролировать наклон инструмента в районе сопряжения боковых поверхностей лопастей и поверхности втулки. Чаще всего для чистовой обработки используют сферический или сферо-конический инструмент. А для управления осью инструмента используют верхние границы соседних лопастей. В этом случае система сама виртуально построит пространственную кривую, равноудаленную от обеих лопастей, и использует ее для управления осью инструмента.
Мы привели лишь несколько примеров 4- и 5-осевой обработки с описанием функциональности необходимой для поддержки эффективной работы современного оборудования. Надеемся в следующих статьях продолжить данную тематику, сосредоточившись не только на схемах обработки и описании оптимизации режимов, но и на автоматическом создании УП по геометрии.
КАРАБЧЕЕВ Константин –
ведущий специалист Группы компаний ADEM
Отзывы читателей
