4 - 2001

ГеММа-3D: программирование пятиосевой фрезерной обработки

Владимир Вермель, Александр Аркадов

Наиболее сложным для программирования видом обработки является многокоординатное фрезерование на 4-, 5-, 6- и т.д. осевых станках с ЧПУ. В его основе лежит возможность размещения инструмента в произвольном положении по линейным и угловым координатам относительно обрабатываемой детали. В настоящей статье авторы рассматривают базовые возможности многокоординатной фрезерной обработки, реализованной в системе ГеММа-3D, оставляя на будущее ряд специальных вопросов, в числе которых:

  • обработка зубчатых и лопаточных колес, в том числе на специализированных станках фирм Lichte, STARR AG, типа ГЕКСАПОД (производства АО «ЛАПИК»);
  • гравирование форм на 4-координатных гравировальных станках и 5-координатных с управляемым вращением относительно продольной оси детали; многокоординатное сверление;
  • специальная стратегия движения инструмента при обработке каналовых поверхностей (включая межлопаточные каналы турбин и вентиляторов).

За рамками данной статьи остается рассмотрение подготовки постпроцессоров, в которых реализуется учет особенностей конкретных кинематических схем станков.

При обработке основного объема деталей сложной формы прежде всего применяются следующие базовые положения фрезы (рис. 1).

Во-первых, ось фрезы может быть наклонена под заданным углом относительно нормали к поверхности в плоскости, перпендикулярной направлению инструмента (рис. 1а). При таком размещении для целого ряда деталей удается наиболее просто обеспечить необходимые условия резания инструментом данного типа. Такое же положение используется при обработке каналов, насечек и др., в том числе дисковыми фрезами, а также закрытых углов в карманах, колодцах, рельефах художественных изделий. Во-вторых (рис. 1б), ось инструмента наклоняется на заданный угол относительно нормали к обрабатываемой поверхности в плоскости движения фрезы. Данное положение используется при обработке как выпуклых, так и вогнутых поверхностей. В-третьих, положение инструмента, показанное на рис. 1в, используется для обработки боком фрезы. Последовательность размещения инструмента по траектории (например, определяемой координатой нижней точки и направлением оси) трансформируется постпроцессором в линейные и угловые перемещения исполнительных механизмов станка.

Используемая типовая модель фрезы показана на рис. 2.

Соответствующее задание параметров позволяет определить основные типы фрез — цилиндрические (конические) со сферической и торовой режущими частями; бор фрезы; грибковые фрезы; фрезы типа «бочка». Данный набор обеспечивает практически все необходимые виды фрезерной обработки.

В качестве примера на рис. 3 показана типовая таблица с параметрами чистовой обработки для 3-, 4- и 5-координатных станков с ЧПУ.

Наряду с общими технологическими параметрами указываются вид обработки, базовая ориентация фрезы, включающая угол наклона оси, а также обработку торцом или боком. Для всех станков (3D, 4D, 5D) с поворотными бабками или столом указывается соответствующая ось поворота. Специальный параметр — участок торможения в траектории — определяется числом кадров.

Рассмотрим ряд примеров 5-координатной обработки. В средней части пуансона (рис. 4) имеется карман с плоским дном, наклонным по отношению к оси станка. Использование 5-координатной обработки за счет ограниченного наклона фрезы позволяет эффективно обработать дно без специальной установки детали.

Траектория движения фрезы первоначально подготовлена в виде шаблона и положена на обрабатываемую поверхность. На рис. 5 показаны положение фрезы относительно математической модели крупногабаритного обтяжного пуансона и изготовленный обтяжной пуансон.

Материал изделия — клееная древесина. Для получения наибольшей чистоты поверхности при минимизации длины траектории обработки ось фрезы совмещалась с нормалью к обрабатываемой поверхности (то есть угол наклона фрезы приблизительно равен 0 градусов). Практически фрезерование крупногабаритных деревянных моделей торцом фрезы позволяет при повышенных подачах и оборотах получать поверхность, которой требуется ручная финишная обработка. Для мягких металлов бывает оправданно использование грибковых фрез (существенно увеличенный диаметр) или торовых с умеренными углами наклона.

Положение фрезы при обработке лопатки турбины с управляемым вращением относительно продольной оси показано на рис. 6.

Инструмент в процессе фрезерования может перемещаться тремя различными способами:

  • вдоль образующих лопатки (продольные строки в траектории);
  • поперечные замкнутые отрезки (кольца) на заданных расстояниях друг от друга в параллельных плоскостях (например, перпендикулярных оси вращения);
  • по непрерывной спирали.

При несомненных достоинствах 5-координатной обработки, целесообразность ее применения вместо традиционной 3-координатной требует специального технологического обоснования. Поскольку 3-координатные головы станков обладают большой жесткостью, их применение для съема значительных припусков является предпочтительным как по времени, так и по точности обработки. Применение системы ГеММа-3D в качестве инструментального средства для станков с ЧПУ позволяет технологу-программисту наилучшим образом использовать технологические возможности, предоставляемые станочным оборудованием в производственном процессе.

«САПР и графика» 4'2001