Come esegue la lavorazione il CNC a 5 assi?
La tecnologia di lavorazione CNC a collegamento a cinque assi non è apparsa prima dell'elaborazione delle parti. In passato è stata utilizzata una macchina utensile a tre assi. La macchina utensile può soddisfare la maggior parte dei tipi di produzione di elaborazione delle parti, ma la sua efficienza è bassa, la sua qualità è relativamente scarsa ed è difficile completare la produzione di alcune parti complesse.
In questo contesto, il campo della lavorazione ha gradualmente sviluppato una maggiore efficienza e qualità della tecnologia di lavorazione dei pezzi, ovvero cinque assi Lavorazione CNC tecnologia, dopo molte ricerche.
Tuttavia, occorre notare che, poiché la tecnologia utilizza un asse rotativo, che comporta bruschi cambiamenti nel vettore dell'asse, nel processo di lavorazione ad alta velocità è facile danneggiare l'utensile o il pezzo, quindi l'applicazione di questa tecnologia non è ancora molto diffusa.
Panoramica del modello di parte
1. Dimensione della parte
In questo documento è stato selezionato il provino a forma di S come oggetto di studio per la ricerca sulla tecnologia di lavorazione CNC con collegamento a cinque assi.
Un pezzo di prova a forma di S è uno degli utensili comuni nella produzione di macchinari moderni. Attraverso l'applicazione di un pezzo di prova a forma di S, la macchina utensile può essere ispezionata per determinare se vi sono difetti, evitando la produzione di parti che non soddisfano i requisiti delle specifiche.
Il campione di prova a forma di S è una struttura più complessa della parte, composta da due parti, una per il bordo a forma di S della barra, lo spessore delle sue regioni è identico, l'altra è una base rettangolare per il bordo del supporto della barra, nella parte superiore della base, contiene 4 fori a gradini, per il serraggio del pezzo;
La parte superiore della base ha 4 fori a gradini per il serraggio del pezzo in lavorazione e 2 fori di posizionamento per il montaggio, il posizionamento e il riferimento di misurazione. I suoi parametri strutturali sono mostrati nella Fig. 1.
Durante la lavorazione del campione a forma di S, la superficie superiore della base è il piano Z=0mm e il foro di posizionamento φ16H9 sul lato sinistro del riferimento rettangolare viene utilizzato come centro per costruire il sistema di coordinate corrispondente.
L'altezza della base rettangolare è di 30 mm e ai quattro angoli è riservato un foro per il gradino.
Installare la striscia di bordo a forma di S, spessa 3 mm, sulla parte superiore della base. C'è un certo angolo tra la base e la striscia, e le due non sono perpendicolari.
2. Processo di modellazione
A causa della struttura complessa del campione a forma di S, il suo processo di modellazione è più macchinoso. In particolare, dopo aver effettuato l'accesso al software di modellazione corrispondente, immettere due gruppi di punti dati, ciascuno di 50, per un totale di 100, un gruppo nel piano Z = 0 mm e un gruppo nel piano Z = 40 mm.
Sulla base di ciò, viene costruita la curva spline a tre sezioni corrispondente in ciascun piano, dopodiché la curva viene utilizzata come linea guida per costruire una superficie rettilinea mediante sweeping rettilineo.
La superficie dritta viene poi allungata di 3 mm nella direzione dell'asse X per aumentarne lo spessore a 3 mm, ottenendo così la striscia del bordo superiore.
Infine, nella nuova pagina del software, viene disegnato il modello di base e vengono costruiti sei fori nella posizione appropriata del modello tramite differenza booleana. Quattro vengono utilizzati come fori a gradini e due come fori di posizionamento per completare il lavoro di modellazione dell'intero campione a forma di S.
Programmazione CNC
1. Analisi del processo di lavorazione
Attraverso l'analisi del modello del pezzo di prova a forma di S, si può scoprire che c'è un certo angolo tra il bordo e la base. I due non sono perpendicolari, appartengono alle parti della parete non diritte, quindi sono difficili da elaborare con macchine utensili a tre assi.
Questo studio adotta la tecnologia di lavorazione CNC a collegamento a cinque assi per l'elaborazione di campioni di tipo S. Innanzitutto, crea la scheda di processo di elaborazione di campioni di tipo S. Quindi, utilizza il sistema CAM contenente la funzione UG NX per progettare la traiettoria del percorso utensile di lavorazione corrispondente.
Il pre-comando viene generato tramite fresatura multiasse. Successivamente, viene costruito il post-processore a cinque assi di tipo testa a doppio pendolo AB. Infine, il campione di tipo S viene lavorato a macchina CNC sotto il controllo del pre-comando.
Sotto il controllo delle istruzioni preliminari, possiamo ottenere il codice G per la lavorazione CNC del pezzo di prova di tipo S.
Durante la lavorazione di un campione di tipo S, è necessario scegliere il metodo di lavorazione migliore e impostare parametri di taglio ragionevoli in base alle caratteristiche del materiale del campione.
Per il campione utilizzato in questo studio è stata selezionata la lega di alluminio 7175-T7451, il cui bordo ha uno spessore di 3 mm, tipico delle parti con pareti sottili.
Inoltre, tra il bordo e la base, che è una parte con pareti non dritte, si forma un certo angolo.
La scheda del processo di lavorazione può essere ottenuta in base al materiale e alle caratteristiche strutturali del campione. Contiene principalmente quattro collegamenti, rispettivamente, per la lavorazione di sgrossatura di grezzi, la lavorazione di sgrossatura dei bordi, la finitura dei bordi e la lavorazione del foro di riferimento, come mostrato nella Figura 2.
2. Pianificazione del percorso utensile
In base al processo di lavorazione del pezzo di prova, possiamo determinare il contenuto di lavorazione di ogni collegamento, progettare il metodo di lavorazione di ogni collegamento e selezionare il miglior utensile di lavorazione, come mostrato nella Tabella 1.
Tabella 1 Contenuto della lavorazione e selezione degli utensili
Per le fasi di programmazione di UG CAM, per prima cosa nel software si apre il modello predefinito e si passa all'interfaccia di programmazione della lavorazione UG.
Quindi, sulla base di ciò e in combinazione con il processo di lavorazione, caricare il pezzo grezzo e impostare i parametri corrispondenti.
2.1 Lavorazione dei fori svasati
La lavorazione dei fori svasati viene completata principalmente dal Processo 1 e dal Processo 2.
Nella finestra di dialogo corrispondente dell'interfaccia, immettere "drill", che può passare automaticamente all'interfaccia di perforazione.
In questa interfaccia vengono costruiti rispettivamente tre modelli di strumenti:
(1) L'utensile T1 è una punta da trapano Spotdrilling-Tool con un raggio di 10 mm e una lunghezza di 65 mm, che viene utilizzata come utensile di lavorazione per la localizzazione dei fori;
(2) L'utensile T2, un utensile di perforazione, con un raggio di 10 mm e una lunghezza di 65 mm, viene utilizzato come utensile per la lavorazione di fori passanti φ20;
(3) L'utensile T3 è un utensile di svasatura con raggio di 16 mm e lunghezza di 50 mm, utilizzato come utensile di lavorazione per fori svasati φ32.
Dopodiché inizia il processo di progettazione: si sceglie il foro centrale, poi il foro passante e infine il foro svasato per concludere il processo di lavorazione della maglia.
2.2 Fresatura di cavità
Principalmente completata dal processo 3, la procedura operativa è la seguente:
Nell'interfaccia di fresatura della cavità, costruire un modello di fresa con un raggio di 16 mm e un raggio d'angolo di 3 mm.
Quindi, imposta i parametri della parte, del pezzo grezzo e così via.
Progettare la traiettoria dell'utensile in base alle caratteristiche strutturali del pezzo e impostare il metodo di taglio, ovvero "seguire la periferia";
Aggiungere i parametri di taglio, di cui, per la tolleranza della superficie inferiore, impostare a 0.5 mm, per la tolleranza della parete laterale, impostare a 2 mm;
Aggiungere il parametro di avanzamento, impostare la velocità di esecuzione e fare clic su OK per ottenere automaticamente il controllo della traccia dell'utensile.
2.3 Lavorazione di finitura della faccia S
Questo collegamento è il fulcro dell'intera lavorazione del campione a forma di S, direttamente correlato alla qualità della lavorazione dell'intero campione.
Per le caratteristiche strutturali dei campioni a forma di S si possono utilizzare vari metodi di finitura; i seguenti quattro sono i più comuni.
(1) Fresatura sequenziale.
Fare clic sull'opzione "Crea", nella colonna della fresatura multiasse, fare clic su "Fresatura sequenziale", quindi passare all'interfaccia di programmazione corrispondente.
In questa interfaccia, costruisci un modello di una fresa con un raggio di 10 mm;
Costruire il piano di sicurezza;
Nella voce "Impostazione avanzamento", determinare la modalità di avanzamento, impostare il punto di riferimento corrispondente e selezionare la geometria corrispondente;
Nella voce “Movimento percorso utensile”, costruisci il controllo, le superfici di guida e le superfici delle parti;
Completare la spinta dell'utensile.
(2) Fresatura di profili.
Nella colonna della fresatura multiasse, fare clic su "fresatura di contorno" per passare all'interfaccia di programmazione corrispondente.
In questa interfaccia, costruisci il modello della fresa e costruisci la geometria secondo il primo metodo.
Successivamente, utilizzare la superficie superiore della base come superficie inferiore e la superficie del bordo come parete laterale.
Nella voce “Metodo di azionamento” selezionare “Fresatura di profili”;
Nella voce “Impostazione asse utensile” selezionare la modalità automatica;
Nella voce “Metodo di lavorazione”, fare clic sull’opzione Finitura.
(3) Fresatura di contorni a strati.
In base al secondo metodo, selezionare ciascuna delle otto superfici ausiliarie e procedere ulteriormente alla lavorazione della striscia di bordo mediante stratificazione.
(4) Fresatura di contorni variabili a strati.
Nella colonna Fresatura multiasse, fare clic su "Fresatura a contorno variabile";
Trattare la superficie della striscia di bordo come una superficie di guida e, nella voce "Modalità di taglio", selezionare Fase singola e impostare la distanza del passo su 6;
Nella voce Vettore di proiezione, fare clic su Driver di fronte;
Nella voce "Modalità asse utensile", fare clic su Driver bordo laterale;
Le altre operazioni e impostazioni sono le stesse del primo metodo.
2.4 Lavorazione della superficie di base e del foro centrale
Viene completato principalmente dal Processo 5 e dal Processo 6, che vengono utilizzati per misurare la precisione di lavorazione dell'intero campione.
Accedere all'interfaccia di creazione del processo, nella colonna "Modalità di foratura", fare clic su "Foratura standard" per passare all'interfaccia di elaborazione dei fori; costruire una perforazione sul modello con un raggio di 8 mm;
Impostare il foro di riferimento;
Impostare il valore della distanza di sicurezza a valle su 80 mm;
Nella voce “Tipo di ciclo”, selezionare “Trapano standard”.
3. Post-elaborazione a 5 assi
Riconoscere i dati del percorso utensile è solitamente complicato per le macchine utensili CNC e applicarli direttamente alla lavorazione del pezzo di prova a forma di S è impossibile.
Allo stesso tempo, la struttura interna delle diverse macchine utensili è diversa e i sistemi CNC collegati non sono gli stessi.
Pertanto, dopo aver ottenuto i dati della traiettoria della posizione dell'utensile, questi devono essere elaborati in modo appropriato in modo che possano essere modificati nella rappresentazione del programma corrispondente riconosciuta dalla macchina utensile CNC. Questo processo è post-elaborazione.
Questo studio utilizza un elemento di post-elaborazione dedicato in cui UG/Post Builder viene utilizzato come strumento di sviluppo.
I parametri per il tipo e le caratteristiche della macchina vengono impostati nell'elemento di post-elaborazione.
Su questa base, i dati del percorso utensile vengono trasferiti all'elemento di post-elaborazione e trasformati automaticamente nei corrispondenti comandi post.
Simulazione di lavorazione virtuale
1. Costruzione della piattaforma di simulazione
Il sistema VERICUT viene utilizzato per il software di simulazione CNC.
Il sistema costruisce la topologia del modello della macchina utensile corrispondente in base alle caratteristiche operative della macchina utensile e all'impostazione dei parametri rilevanti.
Nell'interfaccia UG viene disegnato il modello tridimensionale di ciascuna macchina utensile.
Sulla base di ciò, ogni blocco viene esportato in modo continuo. Quindi, in base alle caratteristiche della struttura topologica, viene trasferito al sistema VERICUT e vengono impostati i parametri rilevanti dei componenti per ottenere il modello della macchina utensile CNC AB Double Pendulum 5-axis Linkage.
Dopo aver ottenuto il modello della macchina, è necessario inizializzare la modalità di posizione e movimento per mantenere il modello della macchina nello stato iniziale.
Infine, il sistema di controllo corrispondente viene registrato nel modello da utilizzare per il controllo dell'automazione durante la lavorazione delle parti. In questo studio è stato scelto il software CNC 840D.
2. Verifica post-programma NC
Nella colonna "Project Tree", seleziona "Coordinate System" per creare un nuovo sistema di coordinate; nel sistema di coordinate, fai clic su "Stock (0,0,0)", seleziona un blocco rettangolare 400×200×40mm e ottieni il modello vuoto. Nel sistema di coordinate, fai clic su "Stock (0,0,0)" e seleziona un blocco rettangolare 400×200×40mm per ottenere il modello vuoto;
Fare clic su “Progettazione (0,0,0)” per importare il modello del pezzo di prova;
Fare clic con il tasto destro del mouse sullo “strumento di lavorazione”, selezionare “Gestione utensili”, quindi fare clic su “Aggiungi” -> “Utensile” -> “Nuovo” -> “Fresatura” per creare 6 utensili;
Fare clic su "Programma" per caricare le istruzioni del post convertito;
Nella colonna "Item above", clicca su "Position: 1", seleziona "G-code" per passare all'elenco "Radial tool compensation" e imposta l'elenco "Radial tool compensation" e imposta l'elenco "Radial tool compensation". Seleziona "G-code" per passare all'elenco "Radial tool compensation" e imposta i parametri corrispondenti;
Selezionare “Offset codice G” per impostare il sistema di coordinate.
Dopodiché, fare clic su "Salva" e selezionare "Avvia". La macchina completerà automaticamente l'operazione di lavorazione del campione a forma di S.
3. Confronto degli errori del modello
Lavorando il campione a forma di S in questo modo, non si verificano problemi di sovrataglio o sottotaglio e non si verificano collisioni durante l'intero processo di lavorazione, il che dimostra che la tecnologia di lavorazione ha un effetto applicativo migliore.
In questo documento sono stati inoltre introdotti i quattro metodi sopra menzionati nel software di simulazione e è stata scomposta l'analisi dell'elaborazione della simulazione del campione per comprendere meglio l'accuratezza dei diversi metodi di finitura superficiale a S.
Osservando i quattro modelli analitici, si può scoprire che quando si utilizza il primo metodo, sulla superficie del campione a forma di S compaiono numerose caselle rotonde con un'area ampia, il che indica un errore elevato; quando si utilizza il secondo metodo, si verifica anche un'ampia area di follia circolare, il che indica che l'errore è anch'esso elevato.
Quando venivano utilizzati gli ultimi due metodi, l'area delle scatole arrotondate era minuscola, specialmente nel terzo metodo, dove l'area delle scatole arrotondate era trascurabile. Quindi, il terzo metodo aveva la massima precisione di lavorazione.
Prova di taglio
In base al processo sopra descritto, il terzo metodo di finitura della faccia a S è quello principale e per realizzare il pezzo di prova a forma di S viene utilizzata la lega di alluminio 7075-T7451.
Sul bordo del pezzo di prova vengono impostate tre linee di intercettazione rispettivamente a 10 mm, 22.5 mm e 30 mm e vengono impostati 25 punti di ispezione alla stessa spaziatura.
Sulla base di ciò, si deduce quindi l'errore normale di ciascun punto, confrontandolo con il modello teorico.
Infine, la struttura dell'errore standard viene proiettata sulla superficie del campione a forma di S utilizzando la tecnologia di visualizzazione e vengono utilizzati diversi valori di grigio per differenziare la situazione dell'errore: più luminosa è la superficie, maggiore è il valore dell'errore positivo esistente e viceversa, maggiore è il valore dell'errore negativo.
I risultati del test possono essere osservati. Per la tecnologia di lavorazione CNC a collegamento a cinque assi introdotta in questo documento, l'errore inverso è piccolo, nell'intervallo di ±50μm, in linea con i requisiti specificati.
Conclusione
In sintesi, la tecnologia di lavorazione CNC a cinque assi è un metodo relativamente comune di lavorazione delle parti nella lavorazione moderna. L'uso di questa tecnologia può non solo completare rapidamente la lavorazione di parti complesse, ma anche migliorare la precisione della lavorazione delle parti. L'errore è controllato entro l'intervallo di ±50μm, in linea con i requisiti specificati, e quindi può essere promosso alla lavorazione di parti complesse.