Remiantis NX CNC apdirbimo technologijos taikymu grubiame ruošinių apdirbimo etape, šiame darbe analizuojamos ir lyginamos naujai pristatytos "adaptyvaus frezavimo" ir klasikinės "ertmės frezavimo" strategijos. Derinant šiuos metodus su tipinių dalių gamybos procesu, programavimo pranašumai visapusiškai išnaudojami siekiant optimizuoti grublėtus metodus, greitai pašalinti didžiąją dalį perteklinės medžiagos ir pagerinti apdirbimo efektyvumą.
CNC programavimas yra pagrindinė CNC apdirbimo užduotis. Apdirbimo etapų nustatymas ir tinkamų metodų parinkimas yra svarbūs proceso planavimo žingsniai prieš programavimą. Skirtingos apdirbimo aplinkos ir skirtingos medžiagų normos reikalauja pritaikytų apdirbimo strategijų. Šiame tyrime daugiausia dėmesio skiriama skirtingiems NX 12.0.2 "Adaptyvaus frezavimo" ir klasikinių "Ertmės frezavimo" strategijų grublėtiems metodams. Išnagrinėjus jų pritaikymą reprezentatyvios dalies gamyboje, palyginami įrankių keliai ir apdirbimo efektyvumas, siekiant apibendrinti jų skirtingą poveikį pjovimo procesui.
2. Apdirbimo strategijos
2.1 Ertmės frezavimas
"Ertmės frezavimas" grublėtas pašalinant medžiagą iš sluoksnių, statmenų fiksuotai įrankio ašiai, kad būtų suformuotas detalės kontūras. Tai klasikinis NX serijos grublėtas modulis, pasižymintis šiomis savybėmis:
- Dalims su sudėtingais 3D paviršiais ir keliomis salomis ar formų komponentais ertmių frezavimas gali greitai atlikti pirminį ir antrinį grublėtumą, atliekant pagrindinį vaidmenį greitai pašalinant medžiagą.
- Paprastai naudojamas tam tikro skersmens (indeksuojamas) galinis frezavimas, laikantis detalių kontūrų arba aplinkinių ribų. Nustačius pjovimo sluoksnio gylį ir horizontalų atstumą, medžiaga pašalinama "mažu pjovimo gyliu, dideliu žingsniu". Tai yra, radialinis pjūvis (ae) yra didelis, ašinis pjūvis (ap) yra mažas, o vidutinis drožlės storis (hm) yra nevienodas.
2.2 Adaptyvus frezavimas
Naujai pristatyta NX 12.0.2 "Adaptyvaus frezavimo" komanda skirta didelio greičio grublėtam ir sunkiam pjovimui. Jis pašalina medžiagą iš sluoksnių, statmenų fiksuotai ašiai, naudojant adaptyvią įrankių kelio strategiją, pasižyminčią šiomis pagrindinėmis savybėmis:
- Geriau tinka dalims, kurių šoninės sienelės medžiagos kiekis labai skiriasi, gilios tiesios sienos salos ir ertmės su plokščiu dugnu, atliekant šiurkštų sluoksnį po sluoksnio išilgai šoninių sienelių.
- Paprastai tinkamo dydžio galinis frezas parenkamas atsižvelgiant į medžiagą. Naudojant "mažo žingsnio, didelio pjovimo gylio" metodą, medžiaga pašalinama išlaikant nuoseklią įrankio padavimo kryptį ir įprastą lipimo frezavimą. Tai yra, radialinis pjūvis (ae) yra mažas, ašinis pjūvis (ap) yra didelis, o vidutinis drožlės storis (hm) išlieka pastovus.
Taigi dalims, kuriose taikomos abi strategijos, galima sukurti dvi skirtingas CNC programas, kurių kiekviena atspindi iš esmės skirtingas apdirbimo filosofijas. Adaptyvusis frezavimas maksimaliai padidina įrankio įsitraukimą išilgai pjovimo briaunos, kad padidintų pjovimo gylį ir efektyvumą, o ertmės frezavimas priklauso nuo įrankio skersmens procento. Siekiant įvertinti adaptyvaus frezavimo gamybos efektyvumo didinimą, pateikiamas lyginamasis apdirbimo pavyzdys.
3. Taikymo pavyzdys
3.1 Dalies ypatybės
1 paveiksle parodytas aviacijos ir kosmoso įrenginio atraminio komponento tipas (pusiau skaidrios sritys rodo tuščią ruošinį). Medžiaga: 7075 aliuminio lydinys, kurio paviršiaus šiurkštumo reikalavimai yra Ra = 3,2 μm, o vietinis paviršiaus šiurkštumas - Ra = 1,6 μm. Mažiausi detalės ribiniai matmenys yra 100 mm × 94.828 mm × 70 mm, apdirbti iš φ120 mm × 76 mm cilindrinių ruošinių. Pirmąją bandomąją partiją sudarė 30 simetriškų vienetų.
1 pav. Palaikymo dalis
7075 aliuminio lydinys yra tvirtas, elastingas ir mechaniškai patikimas, todėl jis yra įprastas aviacijos ir kosmoso komponentuose. NX 12.0 modeliavimas rodo, kad tūrio santykis tarp tuščios ir gatavos dalies yra maždaug 7:1, o šiurkštus apdorojimas užima didžiąją dalį viso pjovimo laiko. Grublėtos vietos turi didelį pjovimo gylį ir plotį, todėl tinka tiek adaptyviam frezavimui, tiek ertminiam frezavimui.
3.2 Apdirbimo planas
Gamyboje naudojamas "Aumate GS1000/5-T" penkių ašių vertikalus apdirbimo centras, leidžiantis atlikti kelias operacijas nekeičiant armatūros. Mašina turi mažą portalo konstrukciją, lopšio tipo stalą, linijines X, Y, Z ašis, sukamąsias A ir C ašis, 18 000 aps./min. maksimalų veleno greitį ir 40 kW pavaros galią.
Grublėtam apdorojimui naudojamas trijų griovelių, aliuminio lydinio plokščias frezas (16 mm skersmens, 95 mm bendras ilgis, 40 mm pjovimo ilgis, 40° spiralės kampas), kurį laiko ER32 įvorė (JT40), kurios užspaudimo ilgis ≤ 40 mm. Dalis užspaudžiama naudojant savaime centruojantį griebtuvą ir apdirbama dviem etapais, kurių kiekvienas yra padalintas į tris etapus: grublėtą → antrinį grublėtą (vietinį kampų valymą) → apdailą ir skylių apdirbimą.
3.3 Apdirbimo procesas
Žingsnis 1:Pagrindinio korpuso, apskritų ertmių ir įvairių skylių apdirbimas, maksimalus gylis 57 mm.
Ertmės frezavimo įrankių kelias (2 pav.) pirmiausia naudoja įrankio antgalį su radialiniu dideliu žingsniu ir mažu ašiniu pjovimo gyliu. Įrankių kelio aprėptis yra plati, su ilgais keliais, keliais ašiniais sluoksniais ir dažnais atsitraukimais.
2 pav. Ertmės frezavimo įrankių kelio analizė
a) Įrankių kelias b) 3D modeliavimas
Adaptyvaus frezavimo įrankių kelias (3 pav.) naudoja šonines pjovimo briaunas su mažu radialiniu žingsniu ir dideliu ašiniu pjovimo gyliu. Pjovimo gylis gali siekti maždaug dvigubai didesnį už įrankio skersmenį, visų pirma naudojant nepertraukiamą frezavimą išilgai šoninių kraštų. Reikia mažiau ašinių sluoksnių, todėl pagerėja apdirbimo stabilumas, įrankio tarnavimo laikas ir didelio greičio galimybės.
3 pav. Adaptyvaus frezavimo įrankių kelio analizė
a) Įrankių kelias b) 3D modeliavimas
Žingsnis 2:Dalis apversta, apdirbant viršutinius antgalius, šlaitus, ertmes ir skyles, maksimalus grublėtas gylis 20 mm. Įrankių kelio palyginimas (4 pav.) rodo:
4 pav. Dviejų apytikslių modulių palyginimas
a) Ertmės frezavimas b) Adaptyvus frezavimas
Analizė rodo smailėjančius šlaitus tarp sluoksnių. Ertmės frezavimas tęsia sluoksnio pjovimą iš viršaus į apačią, laikantis detalių kontūrų, kad būtų pasiekta vienoda pusapdailos norma. Adaptyvus frezavimas leidžia pjauti "iš apačios į viršų", pridedant įrankių takus tarp sluoksnių su nedideliais gylio pokyčiais, sumažinant likusią medžiagą iki minimalaus, tolygaus pasiskirstymo – tai naudinga stabiliam pusapdailai. Strategija tiesiogiai apdirba dugno paviršius, tada šlaitus, užtikrinant švaresnį ir efektyvesnį kelią.
4. Visapusiškas poveikis
4.1 Eksperimentiniai rezultatai
Abiejų strategijų pjovimo parametrai ir apdirbimo trukmė apibendrinti 1 lentelėje.
Apdirbimo parametrų lentelė
| Suklio greitis | Tiekimo greitis | 1 žingsnis Pjovimas | Žingsnis Pjovimas | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Apdirbimo strategija | Frezos specifikacijos | nf (aps./min.) | vf (mm/min) | Pjovimo žingsnio parametrai | Laikas/min | Laikas/min |
| ET | $m (a,) | «Imm, GIA (a) = | ||||
| BEE Nom | Ms | 3500 | 85 % įrankio plokščio spindulio | = | . | |
| : Kulnas ant m, TK | HH (a,) + SVRITHERER 100%, | |||||
| Adaptyvus frezavimas (mm) | ae | 5000 | fer (a,): TERRI IIB |
1 lentelė. Pjovimo parametrai ir trukmė
Optimizuoti grublėti parametrai užtikrina maksimalų produktyvumą, atsižvelgiant į mašinos galios apribojimus. Adaptyvus frezavimas ir ertmės frezavimas skiriasi dėl filosofinių skirtumų.
Metalo pašalinimo greitis (Qmax) apskaičiuojamas pagal Q = apaevf / 1000. Čia ertmės frezavimas Qmax = 47,6 cm³/min, adaptyvus frezavimas Qmax = 153,6 cm³/min – adaptyvus frezavimas pasiekia maždaug tris kartus didesnį pašalinimo greitį. Bendras 2 žingsnių apdirbimo laikas: ertmės frezavimas 33 min., adaptyvus frezavimas 11 min., sutaupoma 22 min. vienai detalei. Įrankių nusidėvėjimo analizė rodo, kad ertmės frezavimo įrankiai po 30 dalių nublanksta, o adaptyvaus frezavimo įrankiai išlieka aštrūs dėl geresnio stabilumo.
4.2 Lyginamoji analizė
5 pav. Apdirbta dalis
a) Apdirbimo metu b) Po apdirbimo
Ertmės frezavimas:
- Mažas ašinis pjūvis ir didelis radialinis pjūvis lemia pakartotinį galiuko nusidėvėjimą. Lustai sugeria ribotą šilumą, todėl antgalio temperatūra yra aukšta ir pagreitėja nusidėvėjimas.
- Kintamas drožlių storis ir didelis radialinis įsitraukimas sukelia netolygų medžiagos pašalinimą, dideles pjovimo jėgas ir nestabilų apdirbimą, netinkamą pjovimui dideliu greičiu.
Adaptyvus frezavimas:
- Didelis ašinis pjūvis ir mažas radialinis pjūvis maksimaliai padidina įrankio kraštų naudojimą, sumažina antgalio nusidėvėjimą ir tolygiai paskirsto pjovimo jėgas. Plonos, ilgos drožlės pašalina daugiau nei 90% šilumos, palaikydamos žemą temperatūrą ir sumažindamos detalių deformaciją.
- Pastovus drožlių storis ir pastovi padavimo kryptis užtikrina sklandų, kontroliuojamą frezavimą sluoksnis po sluoksnio, su mažais sujungimo kampais ir tolygiu medžiagos pašalinimu. Galima pjauti dideliu greičiu su didesniu stabilumu ir didesniu metalo pašalinimo greičiu.
Apibendrinant galima pasakyti, kad NX 12.0.2 adaptyvaus frezavimo strategija grublėtame apdirbime padidina stabilumą ir gamybos efektyvumą.
Ertmės frezavimas plačiai naudojamas detalėms su netiesiomis sienomis arba plokščiais/lenktais ertmių dugnais grublėti, taip pat seklių sienų apdailai. Adaptyvusis frezavimas labiau tinka dalims su dideliais šoninių sienelių skirtumais, giliomis tiesiomis sienelėmis ir plokščiadugnėmis ertmėmis.
Nors NX 12.0 ertmių frezavimas yra visapusiškas, NX 12.0.2 adaptyvus frezavimas suteikia papildomų, optimizuotų grublėtumo galimybių konkrečiomis sąlygomis, pagerinant patikimumą ir efektyvumą. Tinkamai pasirinkus adaptyvų frezavimą, galima pasiekti žymiai didesnį produktyvumą, todėl jis labai pritaikomas įvairių aviacijos ir kosmoso komponentų CNC apdirbimui.
