Технология ускоренной финишной отделки на станках с ЧПУ

Для контурных 3D-деталей, таких как штампы, пресс-формы, ортопедические имплантаты, лопатки турбин и некоторые изделия для аэрокосмической промышленности, отделка может составлять большую часть времени производственного цикла. Это важнейший процесс, потому что он будет определять точность размеров изделия и качество отделки поверхности.

При финишной обработке с помощью шаровых концевых фрез основным компромиссом всегда было соотношение качества обработки поверхности и времени цикла. Потребность в гладкой идеальной отделке поверхности на многих изделиях часто требует инструментов малого диаметра с минимальным шагом обработки и отнимает большую часть времени производственного цикла. Инструменты большего диаметра ускоряют процесс, но при этом повышают шероховатость. Размер диаметра резания ограничен конструкцией шаровой концевой фрезы, поэтому инструменты с большим диаметром резания не применяются для финишной отделки. 

Благодаря разработке новейших инструментов для чистовой отделки с формой, обеспечивающей большие площади резания с боковой стороны инструмента, а не только с кончика, время цикла обработки может быть значительно сокращено при повышении качества отделки поверхности и углов.

Однако наличие новейших инструментов – это только частичное решение проблемы. Значительно повысить скорость резания можно за счет технологии программирования траектории движения инструментов, которые полностью реализуют заложенный в них потенциал. Известный разработчик программного обеспечения для станков с ЧПУ компания Mastercam создает стратегии ускоренной чистовой обработки в партнерстве с ведущими производителями режущего инструмента, такими как Emuge, которая имеет линейку формованных профильных чистовых инструментов – круговых сегментных резцов.

Создание гладкой поверхности за меньшее количество проходов инструментом

Получение самой гладкой поверхности при фрезеровании означает, что высота острия между проходами инструмента должна быть как можно меньше. Использование инструмента большого диаметра помогает ускорить процесс, но при этом увеличивается количество проходов инструментом для получения чистовой отделки поверхности, что приводит к чрезвычайно длительному времени цикла и трудоемкому программированию для изготовления деталей. Поэтому для финишной обработки чаще используются инструменты с очень маленьким радиусом кромки вкупе с малым шагом подачи. Кроме того, особенно при 5-осевой обработке небольшие инструменты увеличивают риск столкновения держателя инструмента с другими элементами заготовки или оснастки.

Инструменты для отделки сегментов круга и аналогичные инструменты, такие как бочкорезы, могут значительно смягчить эти ограничения. Например, резец овальной формы имеет контур большого радиуса на боковой стороне инструмента, который лучше подходит для наклонной поверхности заготовки, но также имеет форму малого радиуса в точке, которая может достигать мелких деталей, таких как нижние края кармана. Этот инструмент, фактически, сочетает в себе большой диаметр шаровой фрезы и резак малого радиуса в одном инструменте. Это позволяет срезать склон с гораздо большими понижениями, но при этом уменьшать высоту острия для лучшей отделки.

Скоростная обработка раскрывает потенциал пятиосевого обрабатывающего центра для более эффективного получения гладкой поверхности на контурных формах. Подобные инструменты также могут быть использованы на 3-осевых станках для более эффективного вырезания некоторых наклонных элементов, таких как угол уклона в полости пресс-формы.

Как ускоренная отделка может сократить время цикла

Пуансон – это инструмент, который используется для формирования несущих конструкций крыши, расположенных между окнами автомобиля. Материал – алюминий 6061-T6, 81% которого будет удалено из блока размером около 559 x 178 x 152 мм. Общее время цикла обработки этим инструментом с использованием обычных методов фрезерования составляет почти 18 часов.

Хотя ускоренная отделка не может быть использована на всей детали, она может быть применена к 60% от всей поверхности. С традиционной финишной частью (40% поверхности) использовалась шаровая фреза диаметром 6,35 мм при 10 000 об/мин со скоростью подачи 60 IPM и ступенчатыми переходами 0,003 дюйма. Изготовление заняло 10 часов 58 минут.

Для ускоренной отделки использовалась концевая фреза конической формы 12 мм Emuge при 10 000 об/мин, при скорости подачи 80 IPM и ступенчатые переходы 0,05 дюйма. С помощью этого процесса 60% площади поверхности было обработано всего за 1 час и 12 минут.

Создание эффективных траекторий движения инструмента

Круговые профильные фрезы бывают самых разных форм и размеров, что может представлять собой сложную задачу для программирования с помощью обычной системы, оснащенной только для обработки стандартных размеров и конфигураций инструмента. Новые профили инструмента включают форму линзы, бочонок, овальную форму, форму конуса и т.д. Для их эффективного использования требуются траектории движения инструмента, которые удерживают режущий профиль инструмента в контакте с поверхностью детали под точным углом, подходящим для данной конструкции инструмента.

Компания Mastercam сначала упростила задачу, включив множество этих профильных инструментов в свою библиотеку инструментов с уже сохраненной полной геометрией инструмента. Она включает в себя всю линейку круговых сегментных резцов Emuge, а также постоянно пополняющийся список инструментов от других производителей. Новые профили инструментов также могут быть созданы с помощью простой в использовании параметрической диалоговой формы, описывающей новые профили инструментов с относительно небольшим количеством входных значений.

Программное обеспечение может управлять тремя радиусами режущей кромки на одном инструменте одновременно, а затем управлять этим инструментом через несколько сегментов поверхности в одной непрерывной траектории движения инструмента для создания плавного, точного и эффективного режущего действия.

Нужно учесть, что использовать ускоренную отделку для всех элементов сложной 3D-детали невозможно, но в большинстве случаев это можно эффективно использовать. Лучше всего использовать для обработки контурные поверхности, которые покрывают большую, относительно открытую область детали. Это может означать обработку дна полости формы линзовым инструментом или обработку боковых сторон сердечника формы конусным или овальным инструментом. В любом случае, отделочная операция, которая могла бы занять несколько часов с шаровой концевой фрезой, может быть сокращена до менее чем часа при использовании различных круговых сегментных резцов. 

Источник: Mastercam