Использование пятикоординатной обработки может дать преимущества в нескольких областях. Преимущества могут быть получены путем анализа оборудования, процесса и приспособления, особенно режущие инструменты и режущее действие.
В дополнение к определенным функциям, которые могут быть выполнены только с помощью полной пятиосевой обработки, существуют также выборочные и упрощенные процессы обработки, которые используют пять осей. Они включают использование трех плюс двух осей, или иногда только трех осей, особенно для различных черновых, получистовых и фрезерных операций.
Хотя некоторые детали имеют гиперболические контуры и движутся по пяти осям одновременно. Однако, используя правильный инструмент и поддерживая соответствующую постоянную величину резания, можно эффективно обрабатывать практически любую кривизну.
Основные преимущества использования пятикоординатной обработки
Очевидным является возможность эффективного производства сложных трехмерных (двусторонних) деталей с высокой точностью и превосходным качеством поверхности. Время резки значительно сокращается, обычно с одной настройкой и минимальными операциями резки, а вылет инструмента сохраняется максимально коротким. Скорость съема металла часто увеличивается, а риск столкновений инструментов управляем. Для пятикоординатной обработки, одновременной обработки и обработки по трем плюс двум осям выбор режущего инструмента и процесса является ключевыми факторами для достижения успешных результатов. Выбор процесса более важен для одновременной обработки, чем для обработки по трем плюс двум осям, поскольку первая менее сложна и может рассматриваться как трехкоординатная операция.
Пятиосевая обработка с ЧПУ основана на способности станка генерировать трехмерные формы деталей путем перемещения по пяти осям. Более того, настоящая пятиосевая одновременная обработка означает, что в дополнение к возможности позиционировать инструмент вдоль осей вращения, инструмент также может подаваться вдоль этих осей во время резки. Неизбежным результатом является то, что станок может производить сложные формы деталей за одну установку. В дополнение к трем основным осям (x, y и z) включены две дополнительные оси (b и c, или иногда a и c, в зависимости от конфигурации станка), которые режут вокруг оси z и вращаются вокруг оси y (или x и y). Когда шпиндель или стол станка закреплены под углом и обработка выполняется в трехосевом режиме, это трех-плюс-двухосевая обработка. С точки зрения станка существует несколько способов получения пятиосевой обработки: пятиосевой обрабатывающий центр, наклонное расположение стола или посредством крепления шпиндельной головки.
Пятикоординатная обработка рабочих колес с использованием твердосплавных концевых фрез CoroMill Plura
Текстура, создаваемая вращающимся инструментом на поверхности детали, является основным фактором. По этой причине угол наклона и угол наклона инструмента реализованы в программе CAD-CAM и должны учитываться при проектировании метода зажима. Не только главный передний угол режущей кромки, но также величина зацепления инструмента и размер угла зазора оказывают влияние на предотвращение обратного резания.
Угол наклона измеряется как угол между осевой линией инструмента и перпендикулярной линией к поверхности заготовки в точке, где инструмент касается заготовки в направлении подачи. Во многих случаях это значение будет оставаться постоянным и соответствовать рекомендуемому значению для используемого инструмента, но его можно изменить путем программирования, если это позволяет CAM. При фиксированном угле наклона инструмент наклоняется под заданным углом относительно поверхности детали во всем направлении подачи. Угол наклона основан на наименьшем внутреннем радиусе на поверхности и эффективном диаметре инструмента.
Угол наклона инструмента основан на плоскости, перпендикулярной направлению подачи, поэтому в отличие от угла наклона он измеряется на основе осевой линии инструмента и перпендикулярной линии к поверхности на срезе. Постоянный угол наклона в каждой точке необходим для создания криволинейных и вогнутых поверхностей детали. Хотя точечное фрезерование требует больше времени на резку и может сократить срок службы инструмента, это безопасный способ получения вогнутых и двоякоизогнутых поверхностей. Инструмент всегда сохраняет контакт с заготовкой по радиусу своего скругления (расположение точки контакта меняется вдоль радиуса скругления инструмента в зависимости от конкретной поверхности), и трехмерная поверхность может быть создана посредством непрерывных проходов. Точечное фрезерование концевыми фрезами подходит для черновых, получистовых и чистовых операций.
Процесс бокового фрезерования
Более эффективно, с более коротким временем резания, чем точечное фрезерование, но более ограничено в некоторых отношениях. Лучше всего подходит для получистовых и чистовых операций, но ограничено отдельными изогнутыми и выпуклыми поверхностями. Как следует из названия, боковое фрезерование подразумевает резку в основном боковой частью инструмента, а радиус инструмента (если таковой имеется) создает только радиус угла детали. Из-за большей площади контакта инструмента/детали требуется больше мощности, крутящего момента, стабильности, эвакуации стружки и работоспособности станка.
Выбор инструмента для пятикоординатной обработки частично зависит от конкретного метода фрезерования (точечное или боковое фрезерование). Для бокового фрезерования требуется инструмент с достаточно длинными радиальными режущими кромками, например, твердосплавные концевые фрезы или сменные фрезы. Эти фрезы могут быть прямыми или коническими и иметь различные радиусы угла. Существует несколько методов бокового фрезерования: трохоидальное, послойное или профильное фрезерование. Конические шаровые концевые фрезы обеспечивают большую устойчивость, чем шаровые концевые фрезы, для которых требуется меньший радиус посадки.
При трохоидальном фрезеровании (техника трехкоординатной черновой обработки) инструмент режет по непрерывной спиральной траектории, подавая радиально в ограниченном пространстве с высокой скоростью съема материала. Инструмент непрерывно движется наружу с каждым резом, образуя канавку или контур. Поскольку радиальная глубина резания мала, можно использовать большую глубину резания и создавать относительно небольшие силы резания. Нарезка (техника трехкоординатной получерновой/чистовой обработки) похожа на округление детали и обычно требует высокоскоростного, динамически жесткого станка. Кроме того, резка выполняется несколькими проходами на небольшой радиальной глубине резания, так что для больших радиусов можно применять большую осевую глубину резания. Копировальное фрезерование может быть процессом 2D-резки, использующим только боковую поверхность, или процессом 3D-резки, который формирует нижнюю поверхность для радиуса инструмента. Копировальное фрезерование также требует высокоскоростного, динамически жесткого станка и чрезвычайно высокой стабильности.
Для точечной фрезеровки
Существует множество вариантов инструментов в зависимости от особенностей детали и требований к качеству поверхности. В общем, для больших открытых поверхностей предпочтительны фрезы с круглыми пластинами или сферические фрезы. Для карманов часто наилучшим выбором являются конические сферические фрезы с большим вылетом инструмента, а адаптеры уменьшенного диаметра, предоставляемые модульной системой инструментов, обеспечивают максимальную устойчивость, когда требуется доступ к инструменту.
Применение инструмента для черновой обработки связано с возможностями станка и требованиями к поверхности детали, а более крупные эффективные диаметры инструмента могут применяться при трехкоординатной обработке. Для получистовой обработки стратегии траектории инструмента должны имитировать стратегии чистовой обработки и обычно наиболее эффективны при пятикоординатной обработке (иногда с использованием трехкоординатной) для достижения наилучших результатов обработки. Цель должна заключаться в том, чтобы оставить равномерный припуск на обработку для чистовой операции.
Для чистовой обработки выбор инструмента зависит от требуемого качества поверхности и уровня точности, где одновременная пятиосевая обработка может быть оптимизирована с использованием различных типов инструментов, соответствующих особенностям детали и отделке. Фрезы с круглыми вставками используются чаще, а концевые фрезы со сферическим концом подходят для резов, требующих более сложной формы и доступности, таких как закрытые карманы.
Ассортимент различных фрезерных инструментов
Подходит для одновременных и трехкоординатных операций обработки, в зависимости от степени вовлеченности черновой и чистовой обработки. Например, фрезы с круглыми пластинами большого диаметра подходят для неглубоких больших поверхностей, которые используют относительно большую радиальную резку. При фрезеровании инструментами с круглыми пластинами или концевыми фрезами с большим радиусом угла или круглым носом лучше всего применять соответствующие углы входа и переднего угла, чтобы обеспечить максимальную производительность и результаты обработки. Эффект утончения стружки, который может привести к высоким возможностям подачи, является фактором производительности, который необходимо учитывать.
Инструменты со сферическим концом хорошо подходят для пятикоординатного точечного фрезерования, но доступность и свобода осей ограничены (три плюс две оси), например, из-за особенностей детали или приспособлений. Эти инструменты, как правило, представляют собой цельные твердосплавные концевые фрезы или сменные фрезы с коротким временем обработки и чрезвычайно высокой эффективностью при высоких скоростях резания. Конечно, они также подходят для любой операции трехкоординатной обработки.
Качество поверхности при пятикоординатной обработке
Отчасти это вопрос шага, который связан с диаметром инструмента. Это важный фактор в конкретном применении, поскольку он влияет на время обработки и качество поверхности. По сравнению с шаровыми фрезами для обычного профильного фрезерования использование фрез с круглыми пластинами может значительно сократить время резки. Для фрез с круглыми пластинами соотношение между шагом и диаметром составляет максимум 1:2, а большие шаги могут сократить время обработки, но оставить более высокое качество поверхности. В связи с этим шаровые фрезы не обеспечивают ту же производительность, а условия обработки также хуже. Инструмент будет формировать поверхность с определенными высокими точками в зависимости от подачи на зуб и ширины резания, в то время как глубина резания влияет на силы резания и требует высокой стабильности инструмента. Для достижения гладкого и однородного качества поверхности наклон инструмента, значение подачи, направление резания и зажим инструмента должны быть оптимизированы для достижения наилучшего баланса.
Подводя итог, можно сказать, что каждый метод обработки и тип инструмента имеет свои определенные преимущества. Правильный выбор инструмента и оптимизация его применения могут обеспечить больше возможностей обработки и возможность снизить стоимость пятикоординатной обработки. Кроме того, использование хорошего программного обеспечения для моделирования может значительно снизить вероятность ошибок и избежать траты ценного производственного времени на тестирование новых программ на станке.
