Модулированное точение с реверсированием движения инструмента на станках с ЧПУ

Длинные волокнистые стружки потенциально являются проблемой при токарной обработке. Исследователи из Университета Северной Каролины в Шарлотте (UNCC) придумали технологию разрушения стружки, включающую колебания в траектории движения инструмента, задающиеся при помощи программирования.

Технология модулированного точения показала перспективность в качестве средства обеспечения более высокой скорости обработки металла при токарных работах без увеличения затрат на этот процесс.

Исследования провели профессор Тони Шмитц и аспирант машиностроения Райан Копенхавер. Предполагаемым заказчиком этой работы является специальное предприятие, которое занимается производством изделий для ядерной энергетики и вооружения. Поскольку на заводе обрабатывается и радиоактивный материал, то разрушение стружки является жизненно важной проблемой, так как оператор не может вмешиваться в процесс очистки стружки или смены инструмента. Приходилось часто прерывать работу станка с ЧПУ и проводить специальную операцию в защитных костюмах. Поэтому для токарной обработки радиоактивных заготовок полусферической формы завод искал надежный способ разрушения стружки без снижения производительности оборудования. 

Исследователь Скотт Смит начал проводить эти опыты и обнаружил, что одного запрограммированного движения инструмента может быть достаточно, чтобы обеспечить этот повторный разворот в траектории. Постпроцессор, который он помог разработать, добавляет повторяющиеся развороты в запрограммированный путь в соответствии с амплитудой и частотой, выбранными программистом. Полусферический поворот включает интерполяцию по осям X и Z, причем развороты по траектории следуют по одной и той же интерполированной кривой. Параметры для разворотов разрушения стружки падают в диапазоне от 0,5 до 3,0 разворотов в секунду (частота) с типичным разворотом, составляющим отступление 0,005 дюйма (амплитуда) назад по траектории.

Отделка и производительность

Доктор Шмитц исследовал влияние новой технологии на чистоту поверхности изделий из нержавеющей стали 304 (близкий дублер для радиоактивного материала) и пришел к выводу, что таким образом повышается производительность процесса.

Инструмент, отступающий и продвигающийся по мере резания, производит более грубую отделку, чем непрерывная резка. Но ущерб является последовательным — это означает, что его можно преодолеть с помощью следующего шага. Проход по траектории пружины – это просто тот же путь инструмента, который выполняется снова с тем же инструментом, без изменения положения, что позволяет режущей кромке удалять мелкую стружку более эффективно. Испытания включали непрерывную резку с пружинными проходами и без них, а также модулированное точение с пружинным проходом и без него, включая модулированное точение. Полученные результаты свидетельствуют о том, что модулированное точение с последующим немодулированным пружинным проходом обеспечивает чистовую обработку столь же качественную, как резка с постоянной подачей.

По мнению профессора Шмитца, в токарной обработке и во всех процессах, связанных с появлением стружки при резании, скорость удаления металла ограничена недооцененным явлением регенерации волнистости. Это тенденция волн, оставленных на поверхности заготовки при обработке проходов, приводит к изменению силы резания, которое усиливает колебания, связанные с гармоническими колебаниями станка. Этот усиливающийся эффект приводит к небольшой вибрации, а при определенных сочетаниях скорости и глубины резания может даже препятствовать продуктивной обработке и привести к поломке инструмента. Когда параметры резания слишком агрессивны, регенерация волнистости часто является причиной брака.

Однако модулированный запрограммированный поворот траектории движения инструмента таким образом, что режущая кромка поворачивается, возможно, два или три раза с каждым поворотом детали – имеет эффект прерывания этой регенерации. Таким образом, набор параметров, которые ранее могли быть слишком агрессивными, может стать достаточно стабильным, чтобы эффективно сокращать время обработки, пока развороты являются частью пути. Изменение траектории инструмента по технологии модулированного точения может позволить эффективно резать на более высокой скорости без какого-либо изменения инструмента, глубины резания или номинальной скорости подачи. 

Модулированная токарная обработка может увеличить производительность существующих токарных станков с ЧПУ, позволяя ускорить процесс резания.

Источник: UNCC