Comment la CNC 5 axes réalise-t-elle l'usinage ?
La technologie d'usinage CNC à liaison cinq axes n'existait pas avant l'usinage des pièces. Auparavant, on utilisait une machine-outil trois axes. Cette machine-outil permettait la plupart des types d'usinage de pièces, mais son efficacité et sa qualité étaient faibles, et il était difficile de réaliser certaines pièces complexes.
Dans ce contexte, le domaine de l'usinage a progressivement développé une technologie de traitement des pièces plus efficace et de meilleure qualité, c'est-à-dire à cinq axes. Usinage CNC technologie, après de nombreuses recherches.
Cependant, il convient de noter que, comme la technologie utilise un axe rotatif, ce qui entraînera des changements soudains dans le vecteur d'axe, dans le processus d'usinage à grande vitesse, il est facile d'endommager l'outil ou la pièce, de sorte que l'application de cette technologie n'est pas encore très répandue.
Aperçu du modèle de pièce
1. Taille de la pièce
Cet article a sélectionné la pièce d'essai en forme de S comme objet d'étude pour la recherche sur la technologie d'usinage CNC à liaison à cinq axes.
Une pièce d'essai en S est un outil courant dans la fabrication de machines modernes. Grâce à elle, la machine-outil peut être inspectée pour détecter d'éventuels défauts, évitant ainsi la production de pièces non conformes aux spécifications.
L'éprouvette en forme de S est une structure plus complexe de la pièce, composée de deux parties, l'une pour le bord en forme de S de la barre, l'épaisseur de ses régions est identique, l'autre est une base rectangulaire pour le bord du support de la barre, dans la partie supérieure de la base, contient 4 trous étagés, pour le serrage de la pièce ;
La partie supérieure de la base comporte quatre trous étagés pour le serrage de la pièce et deux trous de positionnement pour le montage, le positionnement et la mesure de référence. Ses paramètres structurels sont illustrés à la figure 4.
Lors de l'usinage de l'échantillon en forme de S, la surface supérieure de la base est le plan Z = 0 mm et le trou de positionnement φ16H9 sur le côté gauche du repère rectangulaire est utilisé comme centre pour construire le système de coordonnées correspondant.
La hauteur de la base rectangulaire est de 30 mm et un trou étagé est réservé aux quatre coins.
Installez la bande de chant en S de 3 mm d'épaisseur sur la base. L'angle entre la base et la bande est défini, et les deux ne sont pas perpendiculaires.
2. Processus de modélisation
En raison de la structure complexe de l'échantillon en forme de S, sa modélisation est plus complexe. Plus précisément, après vous être connecté au logiciel de modélisation correspondant, saisissez deux groupes de points de données, chacun de 50, soit un total de 100 : un groupe dans le plan Z = 0 mm et un groupe dans le plan Z = 40 mm.
Sur cette base, la courbe spline à trois sections correspondante est construite dans chaque plan, puis la courbe est utilisée comme ligne directrice pour construire une surface en ligne droite par balayage en ligne droite.
La surface droite est ensuite étirée de 3 mm dans la direction de l'axe X pour augmenter son épaisseur à 3 mm, obtenant ainsi la bande de bord supérieure.
Enfin, dans la nouvelle page du logiciel, le modèle de base est dessiné et six trous sont percés à l'emplacement approprié par différence booléenne. Quatre sont utilisés comme trous étagés et deux comme trous de positionnement pour finaliser la modélisation de l'échantillon en S.
Programmation CNC
1. Analyse du processus d'usinage
L'analyse du modèle de pièce d'essai en forme de S révèle un certain angle entre le bord et la base. Ces deux angles ne sont pas perpendiculaires et appartiennent à des parois non droites, ce qui les rend difficiles à usiner avec des machines-outils à trois axes.
Cette étude adopte la technologie d'usinage CNC à liaison cinq axes pour l'usinage d'échantillons de type S. Elle commence par la création de la carte de processus d'usinage de l'échantillon de type S. Ensuite, elle utilise le système FAO intégrant la fonction UG NX pour concevoir la trajectoire d'usinage correspondante.
La précommande est générée par fraisage multiaxes. Ensuite, le post-processeur cinq axes à tête pendulaire double AB est construit. Enfin, l'échantillon de type S est usiné CNC sous le contrôle de la précommande.
Sous le contrôle de la pré-instruction, nous pouvons obtenir le code G pour l'usinage CNC de la pièce d'essai de type S.
Lors de l'usinage d'un échantillon de type S, la meilleure méthode d'usinage doit être choisie et des paramètres de coupe raisonnables doivent être définis en fonction des caractéristiques du matériau de l'échantillon.
Pour l'échantillon utilisé dans cette étude, l'alliage d'aluminium 7175-T7451 est sélectionné et son bord a une épaisseur de 3 mm, ce qui est typique des pièces à parois minces.
De plus, il existe un certain angle entre le bord et la base, qui est une partie à parois non droites.
La fiche de processus d'usinage peut être obtenue en fonction des caractéristiques matérielles et structurelles de l'échantillon. Elle comprend principalement quatre étapes : l'ébauche des ébauches, l'ébauche des bords, la finition des bords et l'usinage des trous de référence, comme illustré à la figure 2.
2. Planification du parcours d'outil
Selon le processus d'usinage des pièces d'essai, nous pouvons déterminer le contenu d'usinage de chaque maillon, concevoir la méthode d'usinage de chaque maillon et sélectionner le meilleur outil d'usinage, comme indiqué dans le tableau 1.
Tableau 1 Contenu d'usinage et sélection d'outils
Pour les étapes de programmation de UG CAM, tout d'abord dans le logiciel, le modèle pré-construit s'ouvre et il passe à l'interface de programmation d'usinage UG.
Ensuite, sur cette base, combinée au processus d'usinage, chargez la pièce brute et définissez les paramètres correspondants.
2.1 Traitement des trous fraisés
Le traitement des trous fraisés est principalement réalisé par les processus 1 et 2.
Dans la boîte de dialogue correspondante de l'interface, saisissez « percer », ce qui permet d'accéder automatiquement à l'interface de perçage.
Dans cette interface, trois modèles d'outils sont respectivement construits :
(1) L'outil T1 est un foret central Spotdrilling-Tool d'un rayon de 10 mm et d'une longueur de 65 mm, qui est utilisé comme outil de traitement pour localiser des trous ;
(2) L'outil T2, un outil de perçage, avec un rayon de 10 mm et une longueur de 65 mm, est utilisé comme outil pour le traitement des trous traversants φ20 ;
(3) L'outil T3 est un outil de contre-alésage d'un rayon de 16 mm et d'une longueur de 50 mm, qui est utilisé comme outil de traitement pour les trous fraisés φ32.
Ensuite, le processus de conception commence : choisissez le trou central, puis le trou traversant et enfin le trou fraisé pour terminer le processus d'usinage du lien.
2.2 Fraisage de cavités
Principalement complétée par le processus 3, la procédure de fonctionnement est la suivante :
Dans l'interface de fraisage de cavité, construisez un modèle de fraise en bout avec un rayon de 16 mm et un rayon d'angle de 3 mm.
Ensuite, définissez les paramètres de la pièce, du blanc, etc.
Concevoir la trajectoire de l'outil en fonction des caractéristiques structurelles de la pièce et définir la méthode de coupe, c'est-à-dire « suivre la périphérie » ;
Ajouter des paramètres de coupe, dont, pour la surépaisseur de surface inférieure, définie à 0.5 mm, pour la surépaisseur de paroi latérale, définie à 2 mm ;
Ajoutez le paramètre de vitesse d'avance, définissez la vitesse de fonctionnement et cliquez sur OK pour obtenir automatiquement le contrôle de la piste d'outil.
2.3 Usinage de finition de la face en S
Ce lien est au centre de l'ensemble du traitement de l'échantillon en forme de S, directement lié à la qualité de traitement de l'ensemble de l'échantillon.
Différentes méthodes de finition peuvent être utilisées pour les caractéristiques structurelles des échantillons en forme de S, les quatre suivantes étant courantes.
(1) Fraisage séquentiel.
Cliquez sur l'option « Créer », dans la colonne de fraisage multiaxes, cliquez sur « Fraisage séquentiel », puis accédez à l'interface de programmation correspondante.
Dans cette interface, construisez un modèle d'une fraise d'un rayon de 10 mm ;
Construire le plan de sécurité ;
Dans l’élément « Réglage de l’alimentation », déterminez le mode d’alimentation, définissez le point de référence correspondant et sélectionnez la géométrie correspondante ;
Dans l'élément « Mouvement du parcours d'outil », construisez le contrôle, les surfaces d'entraînement et les surfaces des pièces ;
Terminez de pousser l'outil.
(2) Fraisage de profil.
Dans la colonne de fraisage multiaxes, cliquez sur « fraisage de contour » pour accéder à l'interface de programmation correspondante.
Dans cette interface, construisez le modèle de fraise et construisez la géométrie selon la première méthode.
Ensuite, utilisez la surface supérieure de la base comme surface inférieure et la surface du bord comme paroi latérale.
Dans l’élément « Méthode d’entraînement », sélectionnez « Fraisage de profil » ;
Dans l’élément « Réglage de l’axe de l’outil », sélectionnez le mode automatique ;
Dans l’élément « Méthode d’usinage », cliquez sur l’option Finition.
(3) Fraisage de contour en couches.
Sur la base de la deuxième méthode, sélectionnez chacune des huit surfaces auxiliaires et traitez ensuite la bande de bord par superposition.
(4) Fraisage de contour variable en couches.
Dans la colonne Fraisage multiaxes, cliquez sur « Fraisage à contour variable » ;
Traitez la surface de la bande de chant comme une surface d’entraînement et, dans l’élément « Mode de coupe », sélectionnez Monophasé et définissez la distance de pas sur 6 ;
Dans l’élément Vecteur de projection, cliquez sur Pilote orienté vers le haut ;
Dans l’élément « Mode axe de l’outil », cliquez sur Pilote de bord latéral ;
Les autres opérations et paramètres sont les mêmes que pour la première méthode.
2.4 Usinage de la surface de base et du trou central
Il est principalement complété par les processus 5 et 6, qui sont utilisés pour mesurer la précision d'usinage de l'ensemble de l'échantillon.
Entrez dans l'interface de création de processus, dans la colonne « Mode de perçage », cliquez sur « Perçage standard » pour accéder à l'interface de traitement des trous ; construisez un foret sur le modèle avec un rayon de 8 mm ;
Définir le trou de référence ;
Réglez la valeur de la distance de sécurité de la vallée sur 80 mm ;
Dans l’élément « Type de cycle », sélectionnez « Perçage standard ».
3. Post-traitement 5 axes
La reconnaissance des données de parcours d'outil est généralement délicate pour les machines-outils CNC, et leur application directe à l'usinage de pièces d'essai en forme de S est impossible.
Dans le même temps, la structure interne des différentes machines-outils est différente et les systèmes CNC connectés ne sont pas les mêmes.
Par conséquent, après avoir obtenu les données de trajectoire de position de l'outil, celles-ci doivent être traitées de manière appropriée afin de pouvoir être converties en représentation de programme correspondante, reconnue par la machine-outil CNC. Ce processus est appelé post-traitement.
Cette étude utilise un élément de post-traitement dédié dans lequel UG/Post Builder est utilisé comme outil de développement.
Les paramètres relatifs au type et aux caractéristiques de la machine sont définis dans l'élément de post-traitement.
Sur cette base, les données du parcours d'outil sont transférées à l'élément de post-traitement et automatiquement transformées en commandes de post-traitement correspondantes.
Simulation d'usinage virtuel
1. Construction de la plateforme de simulation
Le système VERICUT est utilisé pour les logiciels de simulation CNC.
Le système construit la topologie du modèle de machine-outil correspondant en fonction des caractéristiques de fonctionnement de la machine-outil et du réglage des paramètres pertinents.
Dans l'interface UG, le modèle tridimensionnel de chaque machine-outil est dessiné.
Sur cette base, chaque bloc est exporté en continu. Ensuite, compte tenu des caractéristiques de la structure topologique, il est transféré au système VERICUT, où les paramètres pertinents des composants sont définis pour obtenir le modèle de la machine-outil CNC AB à double pendule et à liaison 5 axes.
Après avoir obtenu le modèle de machine, le mode de position et de mouvement doit être initialisé pour maintenir le modèle de machine dans l'état initial.
Enfin, le système de contrôle correspondant est enregistré dans le modèle pour être utilisé pour le contrôle automatisé lors de l'usinage des pièces. Dans cette étude, le logiciel CNC 840D a été choisi.
2. Vérification post-programme NC
Dans la colonne « Arborescence du projet », sélectionnez « Système de coordonnées » pour créer un nouveau système de coordonnées. Dans ce système, cliquez sur « Stock (0,0,0) », sélectionnez un bloc rectangulaire de 400 × 200 × 40 mm et obtenez le modèle vierge. Dans le système de coordonnées, cliquez sur « Stock (0,0,0) » et sélectionnez un bloc rectangulaire de 400 × 200 × 40 mm pour obtenir le modèle vierge.
Cliquez sur « Conception (0,0,0) » pour importer le modèle de la pièce d’essai ;
Faites un clic droit sur « l’outil d’usinage », sélectionnez « Gestionnaire d’outils », puis cliquez sur « Ajouter » -> « Outil » -> « Nouveau » -> « Fraisage » pour créer 6 outils ;
Cliquez sur « Programme » pour charger l’instruction de publication convertie ;
Dans la colonne « Élément ci-dessus », cliquez sur « Position : 1 », sélectionnez « Code G » pour accéder à la liste « Compensation d'outil radial » et configurez-la. Sélectionnez « Code G » pour accéder à la liste « Compensation d'outil radial » et définissez les paramètres correspondants.
Sélectionnez « Décalage du code G » pour définir le système de coordonnées.
Cliquez ensuite sur « Enregistrer » et sélectionnez « Démarrer ». La machine terminera automatiquement l'usinage de l'échantillon en forme de S.
3. Comparaison des erreurs de modèle
Lors de l'usinage de l'échantillon en forme de S de cette manière, il n'y a aucun problème de sur-coupe ou de sous-coupe, et il n'y a pas de collision pendant tout le processus d'usinage, ce qui montre que la technologie d'usinage a un meilleur effet d'application.
Cet article a également introduit les quatre méthodes ci-dessus dans le logiciel de simulation et décomposé l'analyse du traitement de simulation de l'échantillon pour mieux comprendre la précision des différentes méthodes de finition de surface en forme de S.
Grâce à l'observation des quatre modèles analytiques, on peut constater que lorsque la première méthode est utilisée, un grand nombre de boîtes rondes de grande surface apparaissent à la surface de l'échantillon en forme de S, indiquant une erreur importante ; lorsque la deuxième méthode est utilisée, une grande zone de folie circulaire se produit également, indiquant que l'erreur est également élevée.
Lors de l'utilisation des deux dernières méthodes, la surface des boîtes arrondies était minuscule, en particulier avec la troisième méthode, où elle était négligeable. Cette dernière offrait ainsi la plus grande précision d'usinage.
Test de coupe
Selon le processus ci-dessus, la troisième méthode de finition de la face S est la principale et l'alliage d'aluminium 7075-T7451 est utilisé pour fabriquer la pièce d'essai en forme de S.
Sur le bord de la pièce d'essai, trois lignes d'interception sont définies respectivement à 10 mm, 22.5 mm et 30 mm, et 25 points d'inspection sont définis au même espacement.
Ensuite, sur cette base, l’erreur normale de chaque point est déduite en la comparant au modèle théorique.
Enfin, la structure d'erreur standard est projetée sur la surface de l'échantillon en forme de S à l'aide d'une technologie de visualisation, et différentes valeurs de gris sont utilisées pour différencier la situation d'erreur ; plus la surface est lumineuse, plus la valeur de l'erreur positive qui existe est élevée, et vice versa, plus la valeur de l'erreur négative est élevée.
Les résultats des tests peuvent être observés. Pour la technologie d'usinage CNC à liaison cinq axes présentée dans cet article, l'erreur inverse est faible, de l'ordre de ± 50 μm, conformément aux exigences spécifiées.
Conclusion
En résumé, la technologie d'usinage CNC à cinq axes est une méthode relativement courante d'usinage de pièces dans l'usinage moderne. Son utilisation permet non seulement d'accélérer l'usinage de pièces complexes, mais aussi d'améliorer leur précision. L'erreur est maîtrisée dans une plage de ±50 μm, conformément aux exigences spécifiées, ce qui permet de l'utiliser pour l'usinage de pièces complexes.