本稿では、ブランクの荒加工段階におけるNX CNC加工技術の応用に基づいて、新しく導入された「アダプティブフライス加工」戦略と古典的な「キャビティフライス加工」戦略を分析および比較します。これらの方法を一般的な部品の製造プロセスと組み合わせることで、プログラミングの利点を総合的に活用して荒加工方法を最適化し、余分な材料の大部分を迅速に除去し、加工効率を向上させます。
CNC プログラミングは、CNC加工の基本的なタスクです。加工段階を決定し、適切な方法を選択することは、プログラミング前のプロセス計画における重要なステップです。加工環境や材料許容値が異なるため、カスタマイズされた加工戦略が必要です。この研究では、NX 12.0.2の「アダプティブフライス加工」と古典的な「キャビティフライス加工」戦略のさまざまな荒加工アプローチに焦点を当てています。代表的な部品の製造におけるそれらの用途を調べることにより、ツールパスと加工効率を比較し、切削プロセスに対する明確な影響を要約します。
2.加工戦略
2.1 キャビティフライス加工
「キャビティフライス加工」は、固定工具軸に垂直な層から材料を除去し、部品の輪郭を成形することで荒加工を実現します。NXシリーズの定番荒削りモジュールで、以下の特徴があります。
- 複雑な 3D表面と複数のアイランドまたは金型コンポーネントを持つ部品の場合、キャビティフライス加工は一次および二次荒加工を迅速に実行でき、迅速な材料除去に重要な役割を果たします。
- 通常、特定の直径(刃先交換可能) エンドミルが使用され、部品の輪郭または周囲の境界のいずれかに従います。カット層の深さと水平間隔を設定することで、「小さなカット深さ、大きなステップオーバー」の方法で材料が除去されます。つまり、ラジアルカット(ae)が大きく、アキシャルカット(ap)が小さく、平均切りくず厚(hm)が不均一です。
2.2 アダプティブフライス加工
新しく導入されたNX 12.0.2「アダプティブフライス加工」コマンドは、高速荒加工と重切削用に設計されています。アダプティブ ツールパス戦略を使用して、固定軸に垂直なレイヤーから材料を除去し、次の主な機能を備えています。
- 側壁の材料許容値に大きなばらつきがある部品、深い直壁アイランド、底が平らなキャビティで、側壁に沿って層ごとに荒加工を行う部品に適しています。
- 通常、適切なサイズのエンドミルは材料に基づいて選択されます。「小さなステップオーバー、大きな切込み深さ」アプローチを使用して、一貫した工具送り方向と従来のクライムフライス加工を維持しながら材料が除去されます。つまり、ラジアルカット(ae)は小さく、アキシャルカット(ap)は大きく、平均切りくず厚(hm)は一定です。
したがって、両方の戦略が適用できる部品の場合、それぞれが根本的に異なる加工哲学を反映した 2 つの異なる CNC プログラムを荒加工用に作成できます。アダプティブ ミリングは刃先に沿った工具の噛み合いを最大化して切削深さと効率を高めますが、キャビティ ミリングは工具直径の一定の割合に依存します。アダプティブフライス加工による生産効率の向上を評価するために、比較加工例を示します。
3. アプリケーション例
3.1部品の特徴
図1 は、航空宇宙アセンブリのサポート コンポーネントのタイプを示しています (半透明の領域はブランクを示します)。材質:7075アルミニウム合金、表面粗さ要件Ra = 3.2 μm、局所表面粗さRa = 1.6 μm。部品の最小境界寸法は 100 mm × 94.828 mm × 70 mm で、φ120 mm × 76 mm の円筒ブランクから機械加工されています。最初の試験バッチは、30個の対称的なピースで構成されていました。
図1.サポートパーツ
7075 アルミニウム合金は強度、延性、機械的信頼性に優れているため、航空宇宙部品では一般的です。NX 12.0 のシミュレーションでは、ブランク部品と完成品の体積比が約7:1 であり、荒加工が総切削時間の大部分を消費していることが示されています。荒加工領域には大きな切込み深さと幅があり、アダプティブフライス加工とキャビティフライス加工の両方に適しています。
3.2加工計画
生産にはAumate GS1000/5-T5軸立形マシニングセンタを使用しており、治具を変更することなく複数の操作が可能です。この機械は、小型ガントリー構造、クレードル型テーブル、リニアX、Y、Z軸、回転A軸とC軸、最大スピンドル速度18,000rpm、駆動力40kWを備えています。
荒加工には、3枚刃のアルミニウム合金フラットエンドミル(直径16mm、全長95mm、切削長40mm、ねじれ角40°)を使用し、クランプ長≤40mmのER32コレット(JT40)で保持します。部品はセルフセンタリングチャックを使用してクランプされ、2つのステップで加工され、それぞれが3つの段階に分かれています:荒加工→二次荒加工(ローカルコーナークリーンアップ)→仕上げ加工と穴加工。
3.3機械加工プロセス
ステップ1:本体、円形キャビティ、各種穴を加工し、最大深さ57mm。
キャビティフライス加工の荒削りツールパス(図2)は、主に工具先端を使用し、半径方向の大きなステップオーバーと小さな軸方向の切込み深さを備えています。ツールパスのカバレッジは広く、長いパス、複数の軸方向の層、頻繁なリトラクトがあります。
図2.キャビティ ミリング ツールパス解析
a) ツールパス b) 3D シミュレーション
アダプティブフライス加工荒加工ツールパス(図3)は、半径方向のステップオーバーが小さく、軸方向の切込みが大きい側面刃先を利用します。切削深さは、主にサイドエッジに沿った連続クライムフライス加工を使用して、工具直径の約2倍に達することがあります。必要な軸方向の層が少なくなり、加工の安定性、工具寿命、高速性が向上します。
図3.アダプティブミリングツールパス解析
a) ツールパス b) 3D シミュレーション
ステップ2:部品反転、トップボス、スロープ、キャビティ、穴の加工、最大荒加工深さ20mm。ツールパスの比較(図4)は、次のことを示しています。
図4.2 つの荒加工モジュールのツールパスの比較
a) キャビティフライス加工b) アダプティブフライス加工
解析により、レイヤー間のテーパー勾配が示されています。キャビティミリングは、部品の輪郭に沿ってトップダウンの層切断を続け、均一な半仕上げ代を実現します。アダプティブミリングは「ボトムアップ」切削を可能にし、深さの変化が小さい層間にツールパスを追加し、残った材料を最小限の均一な分布に減らし、安定した中仕上げに有益です。この戦略は、底面を直接加工し、次に傾斜を加工することで、よりクリーンで効率的な経路を保証します。
4.総合効果
4.1実験結果
両方の戦略の切削パラメータと加工時間を表1 にまとめます。
加工パラメータテーブル
| スピンドル速度 | 送り速度 | ステップ1切断 | ステップカット | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 加工戦略 | フライスの仕様 | nf (r/min) | vf(mm/分) | カットステップパラメータ | 時間/分 | 時間/分 |
| ETの | $m (a,) | «Imm, GIA (a) = | ||||
| ビーノム | さん | 3500 | 工具フラット半径の85% | = | . | |
| : ヒールオンm、TK | HH(a,)+ SVRITHERER 100%、 | |||||
| アダプティブフライス加工(mm) | ae | 5000 | fer (a,): TERRI IIB |
表1.切断パラメータと持続時間
最適化された荒加工パラメータは、機械出力の制約を尊重しながら最大の生産性を目指します。アダプティブフライス加工とキャビティフライス加工は、哲学的な違いにより異なります。
金属除去率(Qmax)は、Q = apaevf / 1000で計算されます。ここで、キャビティフライス加工Qmax = 47.6 cm³/min、アダプティブフライス加工Qmax = 153.6 cm³/min - アダプティブフライス加工は約3倍の除去率を達成します。2ステップの合計荒加工時間:キャビティフライス加工33分、アダプティブフライス加工11分、部品あたり22分節約。工具摩耗解析では、キャビティフライス工具は30部品後に先端が鈍くなることが示されていますが、アダプティブフライス工具は安定性が向上したため鋭利なままです。
4.2比較分析
図5.機械加工部品
a)加工中b)加工後
キャビティフライス加工:
- 小さな軸方向の切断と大きなラジアル方向の切断は、先端の摩耗を繰り返します。切りくずは限られた熱を吸収するため、先端温度が高くなり、摩耗が加速します。
- 切りくずの厚さが変化し、ラジアル方向の噛み合いが大きいため、材料の除去が不均一になり、切削抵抗が高く、加工が不安定になり、高速切削には適していません。
アダプティブフライス加工:
- 大きなアキシャルカットと小さなラジアルカットにより、工具エッジの使用率が最大化され、チップの摩耗が軽減され、切削抵抗が均等に分散されます。薄くて長い切りくずが90%以上の熱を逃がし、低温を維持し、部品の変形を低減します。
- 一定の切りくず厚みと一貫した送り方向により、小さな噛み合い角度と均一な材料除去により、スムーズで制御された層ごとのクライムフライス加工が可能になります。安定性の向上と金属除去率の向上により、高速切削が可能です。
要約すると、NX 12.0.2 の荒加工におけるアダプティブ ミリング戦略により、安定性と生産効率の両方が向上します。
キャビティフライス加工は、非直線壁または平ら/湾曲したキャビティ底部を持つ部品の荒加工、および浅い壁の仕上げに広く使用されています。アダプティブ ミリングは、側壁の許容値の変動が大きい部品、深い直壁アイランド、および平底のキャビティを持つ部品に適しています。
NX 12.0 キャビティ ミリングは包括的ですが、NX 12.0.2 アダプティブ ミリングは、特定の条件下での荒加工に最適化された追加のオプションを提供し、信頼性と効率の両方を向上させます。アダプティブ ミリングを適切に選択すると、生産性が大幅に向上し、さまざまな航空宇宙部品の CNC加工に非常に適用できます。
