12 - 2018

Прогрессивная фрезерная 5x-обработка в системе ГеММа-3D

Андрей Дубровин, инженер-технолог, ООО «СМС Металлургический Сервис», г.Челябинск

Желание выполнять фрезерование криволинейной поверхности так же эффективно, как торцевание плоскости, привело к созданию нового подхода к расчету траектории инструмента во фрезерной 5х-обработке. Критерием эффективности такой обработки является достигаемая ширина строки обработки в сравнении с диаметром фрезы.

Предприятие «СМС Металлургический Сервис» занимается изготовлением, восстановлением и ремонтом различного оборудования металлургических заводов России. Для восстановления около трети номенклатуры деталей необходима простая обработка плоскостей — эффективность определяется выбором режущего инструмента и подбором режимов резания. И одна треть номенклатуры деталей имеет криволинейную поверхность малой кривизны — в оптимизации обработки указанных деталей был достигнут положительный результат.

Андрей Дубровин, инженер-технолог, ООО «СМС Металлургический Сервис», г.Челябинск

Андрей Дубровин, инженер-технолог, ООО «СМС Металлургический Сервис», г.Челябинск

Обычно для фрезерования криволинейной поверхности применяют построчные стратегии с ограничением по высоте дефекта между строками, который на производстве называют «гребешок». Применение фрезерных станков с поворотными осями, позволяющими задавать угол оси инструмента в пространстве, дает возможность значительно увеличить производительность фрезерной обработки за счет улучшенного положения фрезы. Строчки становятся шире, но все равно принцип обработки остается прежним — строчки и гребешки между строчками.

Была поставлена задача обработки деталей малой кривизны с производительностью, сравнимой с фрезерованием плоскостей. Предварительный анализ показал, что задача может быть решена усилиями инженерного персонала предприятия. Все рассмотренные случаи были выделены в разные категории по уровню сложности.

В первой, самой простой категории оказалась обработка выпуклой цилиндрической поверхности, которая достигается стандартными средствами известных CAM­систем. Однако особенность применяемого инструмента требует специальной подготовки параметров обработки. В результате многолетнего опыта для обработки «квазиплоских» поверхностей применяется наборная фреза с круглыми сменными пластинками диаметром 16 мм с наружным диаметром 125 мм. То есть приходится обрабатывать выпуклую линейчатую поверхность фрезой, у которой нет плоского торца.

Самая эффективная обработка достигается в варианте контакта смещенной точкой, находящейся на торце фрезы ближе к наружному диаметру. Величина смещения рассчитывается исходя из максимальных отклонений в центре строки и на ее границах (рис. 1). В реальных значениях: радиус выпуклого цилиндра 6000 мм, максимальное отклонение от поверхности — 0,05 мм. Максимальная ширина строки при этом достигает 108 мм. Если принять во внимание, что диаметр торца фрезы равен 109 мм, сравнение с эффективностью обработки плоскости можно считать оправданным.

Рис. 1. Обработка выпуклого цилиндра

Рис. 1. Обработка выпуклого цилиндра

Ко второй категории относится обработка цилиндрических вогнутых поверхностей. Естественное решение — подобрать угол наклона фрезы в направлении движения, обеспечивающий в точке контакта радиус кривизны проекции режущей кромки фрезы в направлении движения, равный радиусу обрабатываемого цилиндра. Действительно, для фрезы и гребешка, указанных в описании первой категории обработки, ширина строки достигает 86 мм — 78% диаметра торца фрезы.

Но это не самый лучший результат. Самый лучший получается, если уменьшить угол опережения настолько, чтобы в центре строки образовался дополнительный гребешок не более разрешенной высоты — 0,05 мм. Тогда все требования соблюдаются при ширине строки 108 мм — 99% диаметра торца фрезы. Формы гребешка показаны на рис. 2.

Рис. 2. Формирование гребешка на вогнутой поверхности

Рис. 2. Формирование гребешка на вогнутой поверхности

Особую трудность составили поверхности третьей категории. Нужно максимально эффективно обработать выпуклые поверхности с различной кривизной вдоль и поперек направления движения фрезы. Заказ с обработкой чисто сферической поверхности дал надежду на принципиальную возможность такой обработки. Сферу в пяти координатах можно обрабатывать так же просто, как плоскость. Однако в нашем случае нужно обрабатывать произвольную выпуклую поверхность.

CAM­системы дают наилучшую чистоту обработки для выпуклых поверхностей касанием плоского торца фрезы. В нашем случае, чтобы след траектории фрезы оптимально совпадал с выпуклой поверхностью, необходимо, чтобы фреза работала передней кромкой, при этом угол опережения должен быть отрицательным. CAM­системы не в состоянии выполнить такой трюк — при отрицательном угле опережения всегда работает задняя кромка фрезы. Пришлось отказаться от применения стандартных операций обработки.

Весьма полезной оказалась возможность создания макропрограмм на языке GML, позволяющая использовать геометрические и графические функции системы ГеММа­3D. В результате был подготовлен макрос проектирования обработки, который проектирует 5х­фрезерование с расчетом оптимального положения фрезы в каждой точке траектории. Обработка выполняется всегда для передней кромки фрезы. Допускается отрицательный угол опережения, и в этом случае расчетная точка фрезы оказывается внутри обрабатываемой детали. Достигаемая ширина строки получается в разы больше, чем предлагают стандартные операции CAM­систем (рис. 3).

Рис. 3. Формирование гребешка на выпуклой поверхности

Рис. 3. Формирование гребешка на выпуклой поверхности

Макрос можно применять для выпуклых и вогнутых «квазиплоских» поверхностей. Первая проверка прошла на детали «плита» серийного производства (рис. 4). Центральная часть представляет собой вогнутую поверхность переменного радиуса, заданного по определенному закону, — от R700 до R5200. Ширина строки равна 62 мм — 57% диаметра торца фрезы. В результате время обработки криволинейной части детали сократилось в три раза.

Рис. 4. Обработка вогнутой поверхности переменного радиуса

Рис. 4. Обработка вогнутой поверхности переменного радиуса

Программы, подготовленные с помощью макроса, особенно хорошо показали себя при изготовлении деталей «рогообразный сердечник», применяемых в металлургическом производстве изогнутых отводов трубы (рис. 5). В каждой строке обработки присутствуют участки вогнутой и выпуклой поверхности. Ширина строки изменяется от 36 мм (33% торца фрезы) на вогнутой части до 65 мм (60% торца фрезы) на выпуклой части. Стиль обработки «как по плоскости» оказался очень удобным — отказались от черновой обработки и использовали только одну программу чистовой обработки. В качестве регулятора высоты обрабатываемого слоя используется корректор на длину инструмента.

Рис. 5. Обработка рогообразного сердечника

В настоящее время достижения, которых удалось добиться, используются в изготовлении всей линейки однотипных деталей. В дальнейшем планируется модернизация макропрограммы с целью улучшения качества работы и расширения возможностей.