Sulla base dell'applicazione della tecnologia di lavorazione CNC NX nella fase di sgrossatura dei pezzi grezzi, questo documento analizza e confronta le strategie di "fresatura adattiva" di nuova introduzione e le classiche strategie di "fresatura cavità". Combinando questi metodi con il processo di produzione di parti tipiche, i vantaggi della programmazione vengono utilizzati in modo completo per ottimizzare i metodi di sgrossatura, rimuovere rapidamente la maggior parte del materiale in eccesso e migliorare l'efficienza della lavorazione.
La programmazione CNC è l'attività fondamentale nella lavorazione CNC. La determinazione delle fasi di lavorazione e la selezione dei metodi appropriati sono passaggi critici nella pianificazione del processo prima della programmazione. Diversi ambienti di lavorazione e diverse tolleranze del materiale richiedono strategie di lavorazione su misura. Questo studio si concentra sui diversi approcci di sgrossatura della "fresatura adattiva" di NX 12.0.2 e delle classiche strategie di "fresatura in cavità". Esaminando la loro applicazione nella produzione di un pezzo rappresentativo, i percorsi utensile e le efficienze di lavorazione vengono confrontati per riassumere i loro distinti impatti sul processo di taglio.
2. Strategie di lavorazione
2.1 Fresatura di cavità
La "fresatura in cavità" consente di ottenere la sgrossatura rimuovendo il materiale dagli strati perpendicolarmente a un asse fisso dell'utensile per modellare il contorno del pezzo. Si tratta di un classico modulo di sgrossatura della serie NX, con le seguenti caratteristiche:
- Per le parti con superfici 3D complesse e più isole o componenti di stampi, la fresatura di cavità può eseguire rapidamente la sgrossatura primaria e secondaria, svolgendo un ruolo chiave nella rapida rimozione del materiale.
- In genere, viene utilizzata una fresa a candela di diametro specifico (indicizzabile), che segue i contorni del pezzo o i contorni circostanti. Impostando la profondità dello strato di taglio e la spaziatura orizzontale, il materiale viene rimosso in modo "piccola profondità di taglio, grande passo avanti". In altre parole, il taglio radiale (ae) è grande, il taglio assiale (ap) è piccolo e lo spessore medio del truciolo (hm) non è uniforme.
2.2 Fresatura adattiva
Il comando NX 12.0.2 "Fresatura adattiva" di nuova introduzione è progettato per la sgrossatura ad alta velocità e il taglio pesante. Rimuove il materiale dagli strati perpendicolarmente a un asse fisso utilizzando una strategia di percorso utensile adattiva, con le seguenti caratteristiche principali:
- Più adatto per parti con variazioni significative nel sovrametallo del lato laterale, isole profonde a parete diritta e cavità con fondo piatto, eseguendo la sgrossatura strato per strato lungo le pareti laterali.
- In genere, viene selezionata una fresa a candela di dimensioni adeguate in base al materiale. Utilizzando un approccio "piccolo passo avanti, grande profondità di taglio", il materiale viene rimosso mantenendo una direzione di avanzamento utensile costante e la fresatura concorrente convenzionale. In altre parole, il taglio radiale (ae) è piccolo, il taglio assiale (ap) è grande e lo spessore medio del truciolo (hm) rimane costante.
Pertanto, per le parti in cui entrambe le strategie sono applicabili, è possibile creare due programmi CNC distinti per la sgrossatura, ciascuno dei quali riflette filosofie di lavorazione fondamentalmente diverse. La fresatura adattiva massimizza l'impegno dell'utensile lungo il tagliente per aumentare la profondità di taglio e l'efficienza, mentre la fresatura di cavità si basa su una percentuale del diametro dell'utensile. Per valutare il miglioramento dell'efficienza produttiva apportato dalla fresatura adattiva, viene presentato un esempio di lavorazione comparativa.
3. Esempio di applicazione
3.1 Caratteristiche della parte
La Figura 1 mostra un tipo di componente di supporto per un assemblaggio aerospaziale (le aree semitrasparenti indicano il pezzo grezzo). Materiale: lega di alluminio 7075, con requisiti di rugosità superficiale di Ra = 3,2 μm e rugosità superficiale locale di Ra = 1,6 μm. Le dimensioni minime di delimitazione del pezzo sono 100 mm × 94,828 mm × 70 mm, lavorate da φ120 mm × grezzi cilindrici da 76 mm. Il primo lotto di prova consisteva in 30 pezzi simmetrici.
Figura 1. Parte di supporto
La lega di alluminio 7075 è resistente, duttile e meccanicamente affidabile, il che la rende comune nei componenti aerospaziali. Le simulazioni NX 12.0 mostrano che il rapporto di volume tra il pezzo grezzo e il pezzo finito è di circa 7:1, con la sgrossatura che consuma la maggior parte del tempo di taglio totale. Le aree di sgrossatura hanno profondità e larghezze di taglio significative, il che le rende adatte sia per la fresatura adattiva che per la fresatura di cavità.
3.2 Piano di lavorazione
La produzione si avvale di un centro di lavoro verticale a cinque assi Aumate GS1000/5-T, che consente molteplici operazioni senza cambiare le attrezzature. La macchina ha una struttura a portale di piccole dimensioni, tavola a culla, assi lineari X, Y, Z, assi rotativi A e C, velocità massima del mandrino di 18.000 giri/min e potenza di azionamento di 40 kW.
Per la sgrossatura viene utilizzata una fresa piatta a tre taglienti in lega di alluminio (diametro 16 mm, lunghezza totale 95 mm, lunghezza di taglio 40 mm, angolo d'elica di 40°), sostenuta da una pinza ER32 (JT40) con una lunghezza di serraggio ≤ 40 mm. Il pezzo viene bloccato con un mandrino autocentrante e lavorato in due fasi, ciascuna suddivisa in tre fasi: sgrossatura → sgrossatura secondaria (pulizia locale degli angoli) → finitura e lavorazione dei fori.
3.3 Processo di lavorazione
Passo 1:Lavorazione del corpo principale, cavità circolari e vari fori, profondità massima 57 mm.
Il percorso utensile di sgrossatura per fresatura di cavità (Figura 2) utilizza principalmente la punta dell'utensile, con un ampio passo laterale e una profondità di taglio assiale ridotta. La copertura del percorso utensile è ampia, con percorsi lunghi, strati assiali multipli e retrazioni frequenti.
Figura 2. Analisi del percorso utensile di fresatura di cavità
a) Percorso utensile b) Simulazione 3D
Il percorso utensile di sgrossatura della fresatura adattiva (Figura 3) utilizza i taglienti laterali con un passo laterale ridotto e una profondità di taglio assiale elevata. La profondità di taglio può raggiungere circa il doppio del diametro dell'utensile, principalmente utilizzando la fresatura concorrente continua lungo i bordi laterali. Sono necessari meno strati assiali, migliorando la stabilità di lavorazione, la durata dell'utensile e la capacità ad alta velocità.
Figura 3. Analisi del percorso utensile di fresatura adattiva
a) Percorso utensile b) Simulazione 3D
Passo 2:Pezzo capovolto, lavorazione di boccole superiori, pendenze, cavità e fori, profondità massima di sgrossatura 20 mm. Il confronto del percorso utensile (Figura 4) mostra:
Figura 4. Confronto del percorso utensile di due moduli di sgrossatura
a) Fresatura in cavità b) Fresatura adattiva
L'analisi mostra pendenze rastremate tra gli strati. La fresatura di cavità continua il taglio degli strati dall'alto verso il basso, seguendo i contorni delle parti per ottenere un sovrametallo di semifinitura uniforme. La fresatura adattiva consente il taglio "dal basso verso l'alto", aggiungendo percorsi utensile tra gli strati con piccole variazioni di profondità, riducendo il materiale residuo a una distribuzione minima e uniforme, a vantaggio di una semifinitura stabile. La strategia lavora direttamente le superfici inferiori, quindi le pendenze, garantendo un percorso più pulito ed efficiente.
4. Effetti completi
4.1 Risultati sperimentali
I parametri di taglio e le durate di lavorazione per entrambe le strategie sono riassunti nella Tabella 1.
Tabella dei parametri di lavorazione
| Velocità del mandrino | Velocità di avanzamento | Passaggio 1 Taglio | Taglio a gradini | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Strategia di lavorazione | Specifiche della fresa | nf (giri/min) | VF (mm/min) | Parametri della fase di taglio | Tempo/min | Tempo/min |
| ET | $m (a,) | «Imm, GIA (a) = | ||||
| Ape Nom | ms | 3500 | 85% del raggio piatto dell'utensile | = | . | |
| : Tacco su m, TK | HH (a,) + SVRITHERER 100%, | |||||
| Fresatura adattiva (mm) | ae | 5000 | fer (a,): TERRI IIB |
Tabella 1. Parametri di taglio e durata
I parametri di sgrossatura ottimizzati mirano alla massima produttività rispettando i vincoli di potenza della macchina. La fresatura adattiva e la fresatura di cavità differiscono a causa di differenze filosofiche.
Il volume di truciolo asportato (Qmax) viene calcolato tramite Q = apaevf / 1000. Qui, fresatura di cavità Qmax = 47,6 cm³/min, fresatura adattiva Qmax = 153,6 cm³/min: la fresatura adattiva raggiunge circa tre volte la velocità di asportazione. Tempo totale di sgrossatura per 2 fasi: fresatura in cavità 33 min, fresatura adattiva 11 min, risparmio di 22 min per pezzo. L'analisi dell'usura degli utensili mostra che gli utensili di fresatura di cavità presentano un'opacizzazione della punta dopo 30 pezzi, mentre gli utensili di fresatura adattiva rimangono affilati grazie alla maggiore stabilità.
4.2 Analisi comparativa
Figura 5. Parte lavorata
a) Durante la lavorazione b) Dopo la lavorazione
Fresatura di cavità:
- Un taglio assiale piccolo e un taglio radiale grande portano a un'usura ripetuta della punta. I trucioli assorbono un calore limitato, con conseguente elevata temperatura della punta e usura accelerata.
- Lo spessore variabile del truciolo e l'elevato impegno radiale producono un'asportazione irregolare del materiale, elevate forze di taglio e una lavorazione instabile, non adatta per il taglio ad alta velocità.
Fresatura adattiva:
- Il taglio assiale grande e il taglio radiale piccolo massimizzano l'utilizzo del tagliente dell'utensile, riducono l'usura della punta e distribuiscono uniformemente le forze di taglio. I trucioli sottili e lunghi trasportano oltre il 90% del calore, mantenendo basse le temperature e riducendo la deformazione del pezzo.
- Lo spessore costante del truciolo e la direzione di avanzamento costante consentono di eseguire una fresatura concorrente uniforme e controllata strato per strato, con angoli di impegno ridotti e asportazione uniforme del materiale. Il taglio ad alta velocità è possibile con una maggiore stabilità e una maggiore velocità di asportazione del truciolo.
In sintesi, la strategia di fresatura adattiva di NX 12.0.2 nella sgrossatura migliora sia la stabilità che l'efficienza produttiva.
La fresatura di cavità è ampiamente utilizzata per la sgrossatura di parti con pareti non diritte o fondi di cavità piatte/curve, nonché per la finitura di pareti poco profonde. La fresatura adattiva è più adatta per parti con grandi variazioni di tolleranza sulle pareti laterali, isole profonde a parete diritta e cavità a fondo piatto.
Mentre la fresatura in cavità NX 12.0 è completa, la fresatura adattiva NX 12.0.2 offre opzioni aggiuntive e ottimizzate per la sgrossatura in condizioni specifiche, migliorando sia l'affidabilità che l'efficienza. La corretta selezione della fresatura adattiva può ottenere una produttività significativamente più elevata, rendendola altamente applicabile nella lavorazione CNC di vari componenti aerospaziali.
