Программирование черновой фрезерной обработки
Зоны обработки. При распределении областей снятия припуска среди них выделяют т.н. зоны обработки – области, в которых существуют те или иные ограничения на количество направлений (степеней свободы) перемещений за пределы зоны, не влияющих при обработке на размер детали.
| а)
|  
б)
| 
в)
| |
 г)
| Рисунок 1 – Зоны фрезерной обработки | ||
Открытые (рис. 1, а) зоны обработки формируются при фрезеровании плоскостей, выступов, бобышек. За пределы открытых зон существует возможность врезания и перебега не менее чем в четырех направлениях, фреза имеет пять степеней свободы. Полуоткрытые (рис. 1, б) зоны обработки встречаются наиболее часто и образуются при обработке карманов и контурном фрезеровании. В полуоткрытых зонах существует возможность врезания и перебега фрезы в одном или двух направлениях, т.е. две-три степени свободы. Закрытые (рис. 1, в) зоны обработки встречаются преимущественно при обработке окон и пазов, в том числе и шпоночных. При обработке закрытых зон как врезание, так и перебег фрезы невозможны, фреза имеет единственную степень свободы, что требует специальных схем врезания. Комбинированные зоны обработки представляют собой комбинации двух или трех описанных выше зон и возникают обычно при двух- и трехстороннем фрезеровании.
|
|
|
Типовые схемы переходов и стратегии чернового фрезерования. Каждая зона обработки, как правило, соответствует одному технологическому переходу. В простейшем случае контур заготовки может быть довольно близок к контуру детали (поковка, фасонный прокат, отливка и т.п.) и для ее обработки достаточно запрограммировать движение инструмента по контуру или эквидистанте к нему.
Более частым случаем является ситуация, в которой для получения контура детали необходимо снимать припуск с заготовки за несколько проходов. В зависимости от конфигурации заготовки и чернового контура детали, а также от технологических возможностей инструмента, выбирается схема обработки, т.е. общая конфигурация траектории инструмента, и стратегия обработки – направление основных участков траектории при многопроходном снятии припуска и некоторые другие параметры обработки. Наиболее употребительные схемы переходов черновой фрезерной обработки приведены на рисунке 2:
«Зигзаг»
| 
«Спираль»
| 
«Ш-образная»
|
«Петля»
| 
«Эквидистанта»
| Рисунок 2 – Типовые схемы фрезерования |
Схема «зигзаг» предусматривает работу инструмента на подаче в любом направлении. Стратегии, основанные на этой схеме, применяются в основном для обработки открытых плоскостей, но могут быть реализованы в зонах обработки всех видов. Основной недостаток – переменный характер фрезерования: если вдоль одной строки инструмент работает в направлении подачи (попутное фрезерование), то вдоль следующей он будет работать в направлении, противоположном подаче (встречное фрезерование). Аналогичная картина наблюдается и при переходе от одной строки к другой вдоль границы. Все это приводит к изменениям сил резания и отрицательно сказывается на точности и качестве поверхности, но в тех случаях, когда расстояние между соседними строками, определяющее глубину фрезерования, незначительно отличается от диаметра инструмента, изменение сил резания невелико. Другой недостаток зигзагообразной схемы – повышенное число изломов на траектории инструмента. Это также отрицательно сказывается на динамике резания и приводит во многих случаях к увеличению времени обработки в связи с необходимостью выполнения разгона-торможения, которые обусловливаются динамикой приводов подачи станка.
|
|
|
Схема «спираль» отличается от «зигзага» тем, что обработка ведется круговыми движениями инструмента, совершаемыми вдоль внешней границы области на разном расстоянии от нее. Стратегии, основанные на схеме «спираль» применяются в основном для обработки прямоугольных окон, пазов и колодцев, выборки вокруг уступов, но могут применяться во многих других зонах обработки. Спиралевидная схема выгодно отличается от зигзагообразной более плавным характером обработки и обеспечивает неизменное направление фрезерования (встречное или попутное), а также не дает дополнительных (кроме имеющихся на контуре) изломов траектории. Врезание на глубину очередного витка спирали выполняется по касательной к контуру, что позволяет в большинстве случаев обойтись без зачистки контура при получистовом фрезеровании. Спиралевидная схема имеет две основные разновидности, одна из которых характеризуется движением инструмента от центра области к периферии, а другая – от границы области к ее центру.
|
|
|
Ш-образная схема также позволяет выдержать одинаковый характер фрезерования.Согласно этой схеме, инструмент после выполнения прохода вдоль строки отводится на небольшое расстояние («отскакивает») от обработанной поверхности и на ускоренном ходу возвращается назад. Существенный недостаток этой схемы – большое число вспомогательных ходов. Стратегии, основанные на Ш-образной схеме, используются практически только для обработки открытых и полуоткрытых зон, в которых требуется выдержать направление фрезерования.
|
|
|
Схема «петля» характеризуется тем, что по окончании рабочего хода инструмент отводится («отскакивает») от обработанной поверхности и на быстром ходу возвращается во время вспомогательного хода назад. Затем выполняется выход инструмента на глубину следующего слоя припуска и т.д. Также, как в Ш-образной и спиральной схеме, фрезерование выполняется в одном направлении, а число вспомогательных ходов велико. Эта схема при фрезеровании применяется сравнительно редко, для обработки закрытых и полуоткрытых зон, а также в случаях специальных стратегий врезания.
Схема «эквидистанта» отличается от схемы «спираль» только способом врезания. В отличие от спиральных стратегий, в стратегиях на основе эквидистанты врезание выполняется не по касательной к контуру детали, а по нормали или под углом. Она характеризуется тем, что инструмент последовательно описывает замкнутые эквидистантные траектории, постепенно приближаясь при врезании к контуру детали. Эквидистантная схема обеспечивает постоянство сил резания и направление фрезерования.
а)  
|
б)    
|
в) 
| г) 
|
| Рисунок 3 – Стратегии фрезерования плоскостей: а), б) – зигзагообразные; в), г) – Ш-образные. | |
Количество стратегий чернового фрезерования, основанных на рассмотренных схемах, весьма велико, и определяется широкой номенклатурой деталей, подвергаемых фрезерной обработке. Поэтому имеет смысл рассмотреть несколько стратегий фрезерования наиболее типичных элементов детали.
Для фрезерования открытых плоскостей наиболее часто используются стратегии, основанные на зигзагообразной и Ш-образной схемах (рис. 3). Стратегии, основанные на схеме «зигзаг» и показанные на рис. 3, а, б, используются в основном при обдирке, когда направление фрезерования и изменение сил резания не имеют существенного значения. Стратегия, показанная на рис. 3, а, используется, если ширина плоскости значительно превышает диаметр фрезы, а на рис. 3, б – для фрезерования плоскости шириной 1,5…2D (здесь и далее по тексту D обозначает диаметр фрезы). Для чистового и получистового фрезерования применяется стратегия, основанная на Ш-образной схеме и показанная на рис. 3, в, или ее разновидность с уменьшенным количеством вспомогательных ходов (рис. 3, г).
Полуоткрытые зоны обрабатываются в основном с использованием стратегий, основанных на схеме «зигзаг». Кроме показанных на рис. 3, а, б стратегий, на основе зигзагообразной схемы может быть получено множество других стратегий. Так, на рис. 4, а показана стратегия фрезерования с подборкой припуска без зачистки границ зоны, на рис. 4, б – с зачисткой границ после выборки основного припуска, на рис. 4, в – с зачисткой границ перед выборкой основного припуска. Предварительная прорезка границ обеспечивает симметрию резания для инструмента в процессе выполнения этого прохода, а также облегчает условия работы инструмента при последующей обработке в начале и конце каждой строки, однако при этом ухудшаются прочностные условия, так как инструмент работает на полную глубину на участке траектории прорезки. Зачистка границ после выборки основного припуска облегчает условия работы, но ухудшает динамику обработки, поскольку инструмент работает с переменной глубиной резания. По этой причине при использовании стратегий, показанных на рис. 4, а и б как правило вдоль границы оставляют припуск на последующую обработку.
 
а)
|  
б)
| 
в)
|
| Рисунок 4 – Стратегии, основанные на схеме «зигзаг» для обработки полуоткрытых зон: а) – с подборкой припуска; б) – с зачисткой после выборки; в) – с зачисткой перед выборкой. | ||
Существенным недостатком стратегий, показанных на рис. 4, является то, что хотя бы во время одного из проходов фреза работает на полную глубину резания, что может оказаться недопустимым по условиям прочности детали или жесткости системы СПДИ. Поэтому более приемлемыми в таком случае будут эквидистантные стратегии, показанные на рис. 5. При использовании эквидистантных стратегий фреза во время каждого прохода снимает одинаковый слой припуска, что обеспечивает постоянство сил резания. Стратегия, показанная на рис. 5, а, реализует одну из разновидностей схемы «зигзаг», а на рис. 5, б – схемы «петля», что в дополнение к постоянству сил резания обеспечивает неизменное направление фрезерования. Такими же достоинствами обладает концентрическая эквидистантная стратегия (рис. 5, в, г), применяемая для обработки закрытых зон, таких как отверстия большого диаметра, прямоугольные окна и пазы.
а) 
| б) 
| в) 
|
г)   
| Рисунок 5 – Эквидистантные стратегии: а) – по схеме «зигзаг»; б) – по схеме «петля»; | |
 а)
|  б)
|  в)
|
| Рисунок 6 – Спиральные стратегии: а – спираль от центра; б – спираль к центру; в – двухполюсная спираль от центра. | ||
Стратегии, основанные на схеме «спираль», являются одними из самых эффективных благодаря постоянству сил резания, направления фрезерования и отсутствию вспомогательных ходов. Следует иметь в виду, что при обработке колодцев с тонким дном на деталях из легких сплавов возможен подрыв дна в конце обработки, поэтому раскручивание спирали от центра к периферии применяется в основном для обработки внутреннего контура (рис. 6, а), а скручивание от периферии к центру – при обработке наружного (рис. 6, б). Направление спирали по часовой стрелке или против часовой стрелки определяет встречное или попутное направление фрезерования.
Однако при врезании на очередной виток спирали, так же, как и в эквидистантных стратегиях, фреза работает на полную глубину резания. Практически полностью избавиться от этого недостатка позволяет стратегия, реализующая т.н. многополюсную спираль. В качестве примера на рис. 6, в показана двухполюсная спираль от центра. Суть этой стратегии заключается в том, что траектория состоит из сопряженных полуокружностей, но центры четных и нечетных полуокружностей смещены относительно друг друга на некоторый эксцентриситет, обычно равный четверти глубины резания.
Способы вертикального врезания. Важным моментом при программировании фрезерной обработки закрытых зон является врезание инструмента в металл. Единственная степень свободы (см. рис. 1, в) позволяет выполнить врезание только с подачей в направлении оси вращения инструмента. Однако этот метод неприемлем для фрез, имеющих технологические центровые отверстия, для остальных типов фрез он также неэффективен, поскольку фрезы плохо работают на засверливание. Установить фрезу на уровень глубины прохода в таких случаях наиболее удобно при предварительной обработке места врезания сверлом, после чего выполнить выборку припуска по схеме «петля» (рис. 7, а). Однако использование этой стратегии врезания требует дополнительной операции сверления, а иногда неприменимо, например, если ширина зоны обработки образуется копированием профиля фрезы со стандартизованным допуском, недопустимо наличие конического следа от сверла.
Более совершенной стратегией врезания в таких случаях является спуск по одной из разновидностей схемы «зигзаг» (рис. 7, б). Фреза совершает возвратно-поступательные движения вдоль длинной оси зоны и одновременно вертикально опускается к ее дну (т.н. «маятниковое» врезание) под небольшим (15…20°) углом к плоскости XY.
а) 
| б) 
| Рисунок 7 – Стратегии вертикального врезания: а) – засверливание; б) – спуск. |
Программирование фрезерной обработки контура. При контурном фрезеровании бо́льшая часть траектории фрезы совпадает с эквидистантой к обрабатываемому контуру. Это справедливо для рабочих элементов траектории, т.е. для элементов, при движении по которым выполняется снятие припуска и обеспечивается формообразование. Однако, кроме рабочих ходов на траектории присутствуют вспомогательные (подход к контуру из исходной точки и возврат в нее; участки отвода в технологические опорные точки для смены инструмента, режимов резания и подвода после них), и подготовительные (врезание, перебег) участки.
Как и при других видах обработки, траектория должна быть замкнутой и непрерывной. Если замкнутость траектории легко реализовать возвратом фрезы в исходную точку после окончания обработки, то с ее непрерывностью могут возникнуть определенные сложности. На рис. 8 показан пример траектории обработки смешанного прямоугольного контура. Из рисунка видно, что в окрестностях точек 1, 2, 4, 6 контура эквидистанта не совпадает с ним по виду и содержит дополнительные геометрические элементы, которые в контуре отсутствуют (показаны двойной штриховой линией). Обратите внимание, что круговой элемент контура 3-4 имеет такой же угол раскрыва дуги, что и соответствующий ему элемент траектории!
| Рисунок 8 – Траектория контурного фрезерования |
В окрестностях точки 1 траектория имеет дополнительные элементы подхода к контуру и отхода от него, а точки 2, 4 и 6 контура являются несопряженными – при переходе от одного геометрического элемента к другому в этих точках меняется направление движения.
Точка 3 является сопряженной, а точка 5 находится в неостром углу контура. Для обхода таких точек сопрягающие элементы на траектории не нужны, а для обхода несопряженных точек применяются специальные стратегии (иногда – весьма сложные, например упреждающее чтение УП, или look ahead в англоязычной терминологии).
Подход к контуру и отход от него. При всем многообразии схем и стратегий фрезерования очень важным остается вопрос, каким образом инструмент следует подводить к контуру детали, как осуществлять врезание на глубину прохода? Существует общее правило, действующее в большинстве типичных случаев: подходить к контуру и отходить от него при черновой обработке нужно по нормали к нему, а при чистовой обработке – по касательной.
На рис. 9, а показана стратегия подхода к контуру по нормали, а на рис. 9, б – по касательной. Недостатком стратегии по рис. 2, а является быстрое увеличение глубины резания вплоть до величины диаметра фрезы с последующим резким изменением направления подачи. При этом происходит заметное изменение сил резания, и как следствие – снижение точности детали, поэтому такая стратегия применима только при черновой обработке. При врезании по касательной из-за меньшей глубины резания и неизменном направлении подачи изменение сил резания не столь заметно. Комбинация этих двух способов врезания дает стратегию врезания под углом к контуру (рис. 9, в). При таком врезании глубина резания увеличивается более плавно, а изменение направления подачи невелико, однако этот способ требует довольно много свободного места и дополнительных вспомогательных ходов для включения коррекции.
При обработке закрытых зон с недостаточным для углового врезания свободным местом, или при невыпуклом характере контура применяется стратегия врезания по сопряженной дуге (рис. 9, г), которая фактически является разновидностью касательной стратегии по рис. 9, б. Сопряженная стратегия сочетает в себе достоинства касательного и углового врезания, но требует меньше места и является наиболее предпочтительной при любых видах контурной обработки.
Стратегии отхода от обработанного контура выглядят аналогично.
 а)
|
 б)
|  в)
|
 г)
| Рисунок 9 – Стратегии подхода к контуру: а) – нормальная; б) – касательная; в) – угловая; г) – сопряженная. | |
Обход несопряженных точек. Контур детали почти всегда содержит несопряженные друг с другом геометрические элементы. Наличие несопряженных точек приводит к снижению точности из-за резкого изменения направления подачи и ухудшения качества поверхности из-за разгона-торможения в их окрестностях. В настоящее время используется несколько типовых стратегий обхода несопряженных точек, показанных на рис. 10:
а) 
| б) 
| Рисунок 10 – Стратегии
а) – ломаными линиями; б) – обкат по дуге; в) – искусственный перебег г) – искусственный перебег |
в)  
| г)  
|
Стратегия обхода по ломаным линиям заключается в продлении элементов траектории ломаными линиями перед несопряженной точкой и после нее до их пересечения (рис. 10, а), а стратегия обката – в замыкании несопряженных элементов траектории сопрягающей дугой (рис. 10, б). Стратегии с искусственным перебегом и врезанием предусматривают продление элементов траектории перед несопряженной точкой и после нее на длину врезания и перебега, и замыканием их отрезком (рис. 10, в) или дугой (рис. 10, г).
Стратегия обхода ломаными по рис. 10, а наиболее простая, однако ей присущи все перечисленные выше недостатки. Наличие сопрягающей дуги в стратегии по 10, б способствует плавному изменению направления подачи, к тому же расчет такого сопряжения автоматически выполняется практически всеми современными моделями СЧПУ, поэтому эта стратегия является наиболее распространенной.
Искусственный перебег перед сопряжением и врезание после него в стратегиях по рис. 10 в, г обеспечивает плавное уменьшение силы резания до нуля и последующее ее плавное возрастание, а также установившуюся скорость подачи в окрестностях несопряженной точки, поскольку торможение и разгон выполняются на участках врезания и перебега. Эти стратегии позволяют получить минимальный радиус закругления в несопряженной угловой точке. Стратегия искусственного перебега и врезания с замыканием по дуге (рис. 10, г) кроме этого обеспечивает плавное изменение скорости подачи и является наиболее совершенной с точки зрения обеспечения точности и качества поверхности, но наиболее сложной для программирования.
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 1858; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!