Программирование сложных поверхностей. Особенности программирования при высокоточной и высокоскоростной обработке

Высокоскоростная обработка достигается сочетанием технических средств, способных увеличить скорость резания выше общепринятого предела (например, при фрезеровании алюминия высокоскоростная обработка начинается со скорости 1500 м/мин, а для никелевого сплава – 50 м/мин) [3, 12]. К таким средствам относятся изменения в конструкции металлорежущих станков (направляющие, узлы приводов, шпиндельные подшипники, способные работать на скоростях вращения и линейных перемещениях, во много раз превышающих режимы при традиционной обработке), новые типы электрических приводов главного движения и подач (например, линейные приводы подач), системы числового программного управления с более высокой скоростью расчета траектории, новые конструкции режущего и вспомогательного инструментов [12].

Высокоскоростная обработка имеет ряд технических преимуществ по сравнению с традиционной. К ним относятся увеличение удельного съема материала в единицу времени, а, следовательно, повышение производительности и эффективности операции; уменьшение силы резания, нагрева и деформации обрабатываемой детали, что способствует повышению точности обработки нежестких деталей; повышение качества обработанной поверхности и т. д. [12].

В связи с вышесказанным, разработка УП при высокоскоростной обработке также имеет ряд особенностей, связанных, в первую очередь, с особенностями технологии.

При черновом фрезеровании плоскостей следует программировать плавный заход фрезы по дуге в начальный момент резания, используя попутное фрезерование (противоположное вращение фрезы вызовет возникновение проблем с формированием стружки) с подачей, сниженной на 50% до полного ее входа в материал. При таком движении фрезы толщина стружки при выходе зуба из контакта с заготовкой равна нулю.
Это увеличивает период стойкости инструмента и позволяет работать с более высокими подачами. Применение фрез с круглыми пластинами позволит значительно повысить производительность фрезерования плоскостей и увеличить период стойкости инструмента. Этот эффект достигается за счет существования угла установки пластин и способности фрезы формировать во время обработки стружку постоянной толщины [13].

Охлаждающая жидкость в зону резания должна подаваться под высоким давлением, что позволит увеличить стойкость инструмента по сравнению с применением обычного охлаждения. Попадание стружки в зону резания и повторное ее перерезание, способное привести к поломке инструмента, будет полностью предотвращено, так же как и налипание стружки на инструмент. Для этого необходимо программировать подвод СОЖ через шпиндель и инструмент [13].

Для двухкоординатной черновой выборки карманов рекомендуется использовать метод фрезерования по спирали с малыми глубинами резания, но с величиной подачи на зуб до 1,0 мм. Обработка методом фрезерования по спирали позволяет также снизить количество используемого инструмента (исключает необходимость применения сверл) и вместе с тем обеспечивает универсальность – может применяться для карманов различных размеров. Альтернативным инструментом при таком методе программирования могут являться фрезы с круглыми пластинами [13].

Методика профильного фрезерования деталей со сложным контурном с использованием обычных концевых фрез, расположенных под углом к обрабатываемой поверхности, может в большинстве случаев полностью заменить широко распространенный метод обработки фрезами со сферическим концом. Наклон инструмента на угол, величина которого определяется формой обрабатываемой поверхности, образует линию контакта инструмента и заготовки, и является частью эллипса. Такая линия контакта позволяет назначить больший шаг перемещения фрезы, до тех пор, пока высота получаемого гребешка после прохода фрезы находится в допустимых пределах. Метод фрезерования наклонным инструментом находит все большее применение для получения поверхностей малой кривизны [13].

При черновой обработке закрытых карманов довольно часто осложняет обработку наличие острых углов (менее 90°). В зависимости от жесткости станка выбирают один из двух способов – послойная обработка с радиусами на уголках или плунжерная
обработка [13].

При чистовой обработке закрытых карманов зачастую приходится программировать обработку на четырех- или пятиосевых станках. Четыре оси задействованы в случае, когда только одна стенка кармана наклонена под острым углом, при этом дно кармана плоское. Пять осей необходимо использовать тогда, когда обе стенки наклонены под острым углом, а также существует радиус сопряжения между стенкой и дном. Эффективно применение при этом цельных твердосплавных конических фрез со сферическим концом, что повысит эффективность выполнения чистовой обработки и обеспечит исключительно высокое качество поверхности [13].

Стратегия механической обработки тонких стенок должна выбираться в зависимости от высоты и толщины стенки. Количество проходов обуславливается соотношением толщины стенки и осевой глубины резания инструмента. Для обработки тонких стенок целесообразно использовать методику высокоскоростной обработки, характеризующуюся небольшими глубинами резания и высокими скоростями, для снижения осевых усилий резания и, как следствие, давления на обрабатываемую поверхность [13].

Многопроходная обработка с перекрытием между проходами используется
при соотношении толщины стенки к ее высоте от 15:1 до 30:1 [13].

Обработка угла методом послойного фрезерования позволяет удалять припуск слой за слоем, что обеспечивает малую площадь контакта инструмента с заготовкой и низкие значения сил резания [13].

Для получения поверхностей вращения на станках фрезерной компоновки часто применяется наружная обработка методом фрезерования по винтовой интерполяции.
По сравнению с внутренним расфрезеровыванием подача центра инструмента при наружной обработке становится значительно меньше, так же как и значение величины радиальной глубины резания. Именно поэтому обработка может производиться с более высокими скоростями резания [13].

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Дайте определение сплайна.

2. Что называют эквидистантой?

3. В чем особенности плунжерной обработки?

4. Назовите разновидности сплайнов и их особенности.

5. Что такое эквидистантная коррекция?

6. Опишите основные методы фрезерования.

7. В чем заключается стратегия механической обработки тонких стенок?

8. При каком соотношении толщины стенки к ее высоте реализуется многопроходная обработка с перекрытием между проходами?

9. С какой целью применяют плавный заход фрезы по дуге в начальный момент резания, используя попутное фрезерование с подачей, сниженной на 50% до полного ее входа в материал?

Тесты к разделу

1. Кривая, описывающая функции профиля между отдельными точками на плоскости или в пространстве, называется:

а) сплайном;

б) эквидистантой.

2. Плавный заход фрезы по дуге в начальный момент резания, используя попутное фрезерование с подачей, сниженной на 50% до полного ее входа в материал, следует программировать:

а) при черновом фрезеровании плоскостей;

б) при двухкоординатной черновой выборке карманов;

в) при получении поверхностей малой кривизны.

3. Для фрезерования по спирали с малыми глубинами резания, но с величиной подачи на зуб до 1,0 мм рекомендуется использовать метод:

а) двухкоординатной черновой выборки карманов;

б) чернового фрезерования плоскостей;

в) получения поверхностей малой кривизны.

4. Методику профильного фрезерования деталей со сложным контурном с использованием обычных концевых фрез, расположенных под углом к обрабатываемой поверхности, применяют:

а) для получения поверхностей малой кривизны;

б) для обработки плоскостей;

в) для двухкоординатной черновой выборки карманов.

5. С целью обеспечения малой площади контакта инструмента с заготовкой и низких значений сил резания применяют:

а) метод послойного фрезерования;

б) метод окончательного фрезерования;

в) метод контурного фрезерования.