2 - 2003

Высокоскоростное фрезерование: за и против

Гостившие здесь прежде поколенья
Дремали в грезах самообольщения.
Садись и пей. Все речи мудрецов -
Пустыни прах и ветра дуновенье.

Омах Хайям

Мнение практика

Комментарий специалиста фирмы «Делкам-Москва»

Мнение практика

Игорь Стромец

В последнее время фирмы, продающие станки и программное обеспечение CAD/CAM/CAE, придумали новую «завлекалку» — высокоскоростное фрезерование (HSC, High Speed Cutting). Очередное лукавство: публикуя снимок крайне заманчивой в плане технологичности детали типа формы для PET-бутылки, все обходят ряд очень неприятных вопросов.

В данной статье мы попытаемся представить вам некоторые выводы, основанные на опыте применения этой самой HSC. При этом мы будем рассматривать три формы: нетехнологичную, технологичную и нечто среднее. Всё это — примеры из жизни, а не скупые выжимки из теории Соломона — Кузнецова.

Итак, форма первая — нетехнологичная (рис. 1). Автор модели формы — В.Н.Лазарук. Длина формообразующей поверхности — 500 мм при ширине около 40 мм. И всюду переменные сопряжения плюс «чемоданные» углы, где сходятся три различных радиуса. Зачем различные радиусы — не знаем, дизайнеры не признались.

При обработке использовались инструменты фирм FRAISA и HITACHI. Материал формы  — сталь 95Х18. Программное обеспечение — PowerMILL v4.0 и ГеММа-3D v7.1. Станок  — MIKRON. Черновая обработка проводилась на обычном фрезерном станке.

Итак, начали с получистовой обработки: фреза торовая, режимы резания и рекомендации по подводам и врезаниям в металл взяты из справочника по режимам резания фирмы FRAISA. По этим рекомендациям подачи и обороты были уменьшены вдвое — для стали с высоким содержанием хрома. Стойкость инструмента снижается вследствие большой длины формы и вязкости материала. Пакет PowerMILL обеспечивает все рекомендуемые поставщиками инструмента и станков режимы и стратегии, но в случае данной формы из-за особенностей геометрии изделия и свойств материала стоимость изготовления прямым фрезерованием не снижается, а возрастает по причине низкой стойкости инструмента — фрезы стоят дорого. Для деталей такой конфигурации проще, быстрее и намного дешевле обошлось бы изготовление электродов. Кроме того, по результатам изготовления модели хотелось бы попросить разработчиков системы PowerMILL учесть в дальнейшем следующие вещи:

  • по непонятным причинам границы делаются не всегда корректно — местами получаются рваные края, из-за чего, в свою очередь, некорректно моделируются подходы;
  • ViewMILL иногда (хотя и очень редко) создает плохо читаемое изображение (рис. 2).

В случае с визуализацией нам очень помогла разработанная в НТЦ ГеММа программа G-MILL. Работать с ней можно в динамике; изображение вращается, масштабируется, и, что очень важно, количество неснятого материала выделяется разными цветами в зависимости от величины оставшегося припуска (рис. 3).

Для расчета подач в зависимости от нагрузки на инструмент к PowerMILL продается модуль Optifeed. Тем не менее желательно, чтобы стратегия многопроходной доработки, имеющаяся в PowerMILL, тоже умела делать подобный расчет. Кроме того, в системе ГеММа c незапамятных времен существует понятие «толщина снимаемого слоя». При этом вы задаете любую стратегию, а УП получаете уже с числом проходов по Z, зависящих от данного параметра. Рекомендуем это и разработчикам PowerMILL.

Рассмотрим пример технологичной формы детали (рис. 4). Автор модели — А.В.Сизов.

Черновая обработка сделана на обычном станке с использованием стратегий HSC, и в этом случае в PowerMILL все продумано замечательно. Обработка производилась тремя фрезами. Для каждого последующего инструмента задается предыдущая обработка, и здесь уже все считается с учетом необработанного материала.

Для получистовых и чистовых стратегий был использован пакетный режим расчета. Стратегии задаются с припусками, рекомендованными производителями инструмента. На получистовую и чистовую обработку фактически было потрачено меньше часа. На восемь форм ушло всего три фрезы FRAISA и две HITACHI. APT-файлы были интерполированы в системе ГеММа (рис. 5).

В данном случае получился очень интересный результат. Шаг и точность обработки, уменьшенные в два раза, привели к двукратному увеличению объема программы. Но фактическое время обработки составило те же 14 минут, как и для неизмененной таким образом программы. Пакет ViewMILL показал точную картинку (рис. 6).

И наконец, третий пример — деталь средней технологичности (рис. 7).

Здесь проблем не возникало, за исключением «рваных границ». Деталь была обработана всего тремя фрезами. На снимке (рис. 8) показана готовая форма.

Выводы:

  1. Для нетехнологичных или сложных поверхностей высокоскоростное фрезерование не в полной мере является таковым. В этом случае более эффективным было бы изготовление электродов. Получилось бы быстро, качественно и сравнительно недорого.
  2. Обработанная посредством высокоскоростного фрезерования поверхность требует только полировки, то есть качество — замечательное.
  3. Пакет PowerMILL, по большому счету, действительно является на данный момент очень эффективным и, что немаловажно, весьма безопасным средством для создания УП. Все вышеуказанные недостатки и проистекают из-за стремления максимально обезопасить производство. В стратегии «Растр» появились дуги, которые вписываются для гладкости траектории при обработке углов. Новая стратегия «Оптимизированная Z», объединяющая стратегии «Растр» и «3D-смещение», — незаменима для получистовой обработки. Кроме того, все вышеперечисленные модели не являются для PowerMILL «родными», а созданы в Euclid. Это тоже наложило негативный отпечаток на формирование границ, которые получились недостаточно качественными.

Для стран СНГ высокоскоростное фрезерование все-таки пока еще недешевое удовольствие. Например, стоимость фрезы HITACHI диаметром 1 мм составляет около 60 долл. При этом необходимо отметить, что стратегии, рекомендуемые для HSC, прекрасно подходят для обработки на обычных станках и дают замечательный результат при традиционных режимах резания.

В начало В начало

Комментарий специалиста фирмы «Делкам-Москва»

Александр Рагулин

Всегда интересно услышать мнение, выделяющееся из общего ряда хвалебных опусов о высокоскоростной обработке. Это мнение — несомненно, спорное и потому еще более интересное.

Но сначала о другом: практики обращаются к разработчикам системы PowerMILL, и я попробую взять на себя смелость ответить за них.

Первое — некорректные границы обработки. Для читателей, не знакомых с идеологией системы PowerMILL, поясню, что зона применения конкретной стратегии обработки в PowerMILL задается границами, представляющими собой набор замкнутых 3D-кривых. Границы могут как создаваться из существующей геометрии, так и вычисляться автоматически на основе заданного критерия. Именно во втором случае может быть получена «рваная» граница, показанная на рис. 9 зеленым цветом. Как правило, подобный результат объясняется неудачным соотношением между допуском обработки и геометрией инструмента либо не вполне корректной геометрией модели. Выше было отмечено, что обрабатываемая модель не является для PowerMILL «родной», но система и позиционируется как самостоятельный CAM-пакет, для которого источник геометрии не важен! Именно для этого существует множество дополнительных флагов и настроек, зачастую игнорируемых пользователями. А напрасно! На рис. 10 показано, что установка всего одной маленькой галочки позволяет полностью решить проблему некорректных границ.

Второе — некорректная визуализация результатов обработки. Чтобы сделать шаг к решению любой проблемы, следует понять ее причины. Выше было отмечено, что указанная проблема возникает очень редко, и это правда. Для начала рассмотрим сам процесс возникновения проблемной зоны. На рис. 11 для наглядности приведено сечение обрабатываемой матрицы. И что мы видим? Фреза ныряет в заготовку! Длины инструмента не хватает для обработки такого количества материала. Сразу становится понятно, почему проблема возникает редко — настолько нетехнологично реальная работа в принципе не выполняется. Перед этим обычно проводится предварительная выборка материала. Некоторые симуляторы считают длину инструмента бесконечной, сразу выдавая корректное изображение, но ViewMILL работает по-другому — немедленно предупреждает технолога о возможной ошибке. Если же такая обработка была выполнена умышленно или технологу хочется сразу увидеть результат чистовой обработки, то необходимо просто увеличить вылет инструмента, как это показано на рис. 12. Результат не заставит себя ждать.

Теперь вернемся к сути вопроса: нужна ли высокоскоростная обработка предприятиям СНГ? Как и большинство аналогичных вопросов, он не имеет однозначного ответа. Все зависит от конкретной ситуации. Опыт западных компаний, производящих оснастку, однозначно говорит «за». В том же духе выступают и производители станков. За последние два года разве что ленивый не включил в каталог выпускаемой продукции высокоскоростные обрабатывающие центры. Ситуация на рынке стран СНГ выглядит несколько иначе. Небольшое количество высокоскоростных станков объяснить просто: высока стоимость такого оборудования, но еще больше пугают эксплуатационные расходы. Именно они, на мой взгляд, должны определить место и долю высокоскоростной обработки в отечественном производстве. Не многие предприятия готовы выложить 60 долл. за одну фрезу, которой хватает на обработку всего трех форм (см. выше). Но многие ли могут без волнения говорить о чистовой обработке калёной матрицы за 14 минут? Все ясно: время — деньги.

Еще одна проблема — персонал. Где найти технолога, готового недрогнувшей рукой задать подачу в 10 тыс. мм/мин при 40 тыс. оборотах в минуту? Какую использовать САМ-систему, чтобы не угробить дорогой станок за первый месяц работы? На второй вопрос пытается ответить фирма Delcam plc созданием пакета PowerMILL.

Давайте рассмотрим еще одну нетехнологичную деталь (рис. 13).

Неудобной для высокоскоростной обработки ее делают бобышки, оформляющие вентиляционные отверстия. Решение задачи в лоб, представленное на рис. 14, с большим натягом можно назвать приемлемым для высокоскоростного фрезерования. Вертикальные подъемы и работа со сменой направления резания — не лучшее решение для такой обработки. Хорошая САМ-система отличается тем, что в состоянии выдать оптимальный результат даже для неудобной детали. Технолог же, в свою очередь, должен не только в совершенстве владеть вверенным ему инструментом, но и быть готовым к нетрадиционным решениям и приемам. На рис. 15 представлена созданная в PowerMILL плавная траектория, в которой нет ни резких смен направления движения фрезы, ни смены направления резания.

Не хочется оставлять без должного внимания и справедливое утверждение практиков о том, что траектории, созданные для высокоскоростной обработки, дают хороший результат при обработке на обычных станках посредством традиционных режимов резания. Это действительно так. Дело в том, что глубинной основой высокоскоростной обработки является постоянство режимов резания, которое должно выдерживаться достаточно жестко. Разве это плохо для обычного станка? Применение такой идеологии для традиционного оборудования позволит не только повысить стойкость инструмента, но и сократить время обработки. Поэтому, строя планы модернизации производства, стоит иметь в виду, что приобретение эффективной и надежной САМ-системы может оказаться более выгодным вложением, нежели приобретение дорогостоящего оборудования, имеющего высокие эксплуатационные расходы.

Исходя из вышесказанного можно сделать следующее заключение: основным критерием применения высокоскоростной обработки является экономический. Если во главу угла ставятся время и качество производства оснастки, то рано или поздно вы придете к высокоскоростному фрезерованию. И уж если деньги на высокоскоростной станок будут найдены, не забудьте побеспокоиться о надежной САМ-системе — в противном случае вы рискуете выбросить деньги на ветер.

«САПР и графика» 2'2003