一,Zasada techniczna: współdziałanie wielo-osiowego połączenia i interpolacji w czasie rzeczywistym-
Geometrycznie nieliniowe powierzchnie tworzą złożone powierzchnie. Ich krzywizna i skręcenie zmieniają się cały czas w zależności od tego, gdzie się znajdują w przestrzeni. Ponieważ oś narzędzia jest stała, tradycyjna obróbka trzy-osiowa utrudnia uniknięcie problemów z zakłóceniami i wcięciami. Obróbka z pięcioma{4}}osiami dodaje podwójną oś obrotu A/C (lub B) do trzech-osi X/Y/Z. Umożliwia to zmianę osi narzędzia w czasie rzeczywistym za pomocą wektora normalnego powierzchni, co nazywa się „dynamicznym sterowaniem wektorem osi narzędzia”. Na przykład podczas obróbki łopatek silników lotniczych kąt obrotu osi narzędzia musi przez cały czas utrzymywać się w granicach ± 60 stopni. Standardowa metoda kalibracji TCP (punkt środkowy narzędzia) daje niedokładność pozycji wynoszącą 0,02 mm. Z drugiej strony algorytm RTCP (obracający się punkt środkowy narzędzia) wykorzystuje transformację współrzędnych, aby naprawić błąd ruchu obrabiarki i zapewnić większą dokładność pozycjonowania z dokładnością do 0,005 mm.
Obróbka pięcioosiowa-jest oparta na technologii interpolacji-w czasie rzeczywistym. Tradycyjna interpolacja liniowa offline wymaga podziału powierzchni na wiele małych segmentów linii. To powoduje, że pliki programów NC są zbyt duże, a tempo obróbki zbyt wolne. Algorytm interpolacji krzywej NURBS (Non Uniform Rational B-Spline) jest używany w nowoczesnych systemach CNC do bezpośredniej oceny powierzchni parametrów w modelach CAD i tworzenia ciągłych ścieżek narzędzia. Na przykład system CNC Siemens 840D wykorzystuje interpolację-czasu rzeczywistego NURBS w celu skrócenia cyklu interpolacji z 2 ms do 0,5 ms, czyli tego, czego wymaga-szybka obróbka. Do przetwarzania wewnętrznego panelu słupka B nowego pojazdu energetycznego zastosowano algorytm adaptacyjnego odstępu między rzędami. Algorytm ten zmienił wielkość kroku w oparciu o krzywiznę, co obniżyło wahania wysokości resztkowej z 0,03 mm do 0,005 mm, poprawiło wartość chropowatości powierzchni Ra z 0,8 µm do 0,4 µm, obniżyło współczynnik oporu o 0,02 i pozwoliło zaoszczędzić około 50 l paliwa na pojazd rocznie.
2. Główna procedura polega na sterowaniu-pętlą zamkniętą od planowania ścieżki do optymalizacji parametrów.
1. Planowanie ścieżki narzędzia
Podczas obróbki skomplikowanych powierzchni należy wybrać metody ścieżki w oparciu o kształt powierzchni.
Podejście z przesunięciem izometrycznym sprawdza się najlepiej na podstawowym terenie. Zapewnia to, że ścieżki narzędzia znajdują się w tej samej odległości od siebie, chociaż może powodować zmiany wysokości resztkowej w stromych miejscach.
Obróbka adaptacyjna: zmiana gęstości ścieżki narzędzia w zależności od stopnia zakrzywienia powierzchni. Na przykład podczas pracy nad łopatkami-sprężarki wysokociśnieniowej dla określonego typu silnika lotniczego algorytm adaptacyjny automatycznie zmienia odstępy między liniami z 0,5 mm na 0,2 mm w obszarze gradientu o promieniu krzywizny od R12 mm do R3 mm. Dzięki temu cięcie nie posunie się zbyt daleko i nie spowoduje problemów.
Obróbka konturu: Wykonuj trasy wzdłuż linii konturu powierzchni, które są dobre dla stromych powierzchni. Zastosowano technikę konturową, aby skrócić czas obróbki łożyska podziałowego łopat turbiny wiatrowej z 8 do 5 godzin, a trwałość narzędzia zwiększono o 30%.
2. Wybór odpowiednich narzędzi i ustawienie odpowiednich parametrów
Na jakość obróbki mają bezpośredni wpływ parametry geometryczne narzędzia skrawającego:
Frez z końcówką kulistą: dobry do precyzyjnej obróbki powierzchni-o swobodnych kształtach, ale tnie powoli i mogą gromadzić się wióry. Podczas obróbki konkretnego bloku cylindrów silnika ze stopu aluminium stosuje się frez kulisty ze stopu twardego. Prędkość skrawania ustalono na 1500 m/min, posuw na 0,1 mm/ząb, a chropowatość powierzchni Ra na 0,2 µm.
Frez z płaskim trzpieniem jest dobry do obróbki zgrubnej zwykłych powierzchni, ponieważ tnie szybko, ale może pozostawiać zadziory na krawędziach. Do obróbki określonej przekładni zastosowano ceramiczne frezy płaskoczowkowe, a prędkość skrawania zwiększono do 2000m/min. Dzięki temu tempo usuwania materiału było o 40% szybsze.
Frez stożkowy doskonale nadaje się do cięcia głębokich powierzchni wgłębień, ponieważ można zmieniać kąt stożka, aby uzyskać najlepsze usuwanie wiórów. Do obróbki określonego gniazda formy wykorzystuje się frez ze stożkiem 15 stopni, a głębokość skrawania zwiększa się z 5 mm do 8 mm. Dzięki temu obróbka jest o 25% wydajniejsza.
Aby uzyskać najlepsze ustawienia cięcia, należy znaleźć równowagę pomiędzy jakością i wydajnością:
Szybkość skrawania: podczas pracy ze stopami-wysokotemperaturowymi zbyt szybkie cięcie może szybko spowodować zużycie narzędzi. Podczas frezowania tarczy turbiny ze stopu Inconel 718 zastosowano narzędzia skrawające pokryte AlTiN-, a prędkość skrawania utrzymywano na poziomie 60 m/min. Dzięki temu narzędzie wytrzymało dłużej, z 15 minut do 2 godzin.
Szybkość posuwu: Jeśli prędkość posuwu jest zbyt duża podczas pracy ze stopami aluminium, może to łatwo spowodować wady skali. Szybkość posuwu przy wytwarzaniu nowej półki na akumulator pojazdu energetycznego zmieniono z 1000 mm/min na 800 mm/min, stosując parametry optymalizacji metodologii powierzchni odpowiedzi. Zmniejszono także wartość chropowatości powierzchni Ra z 0,8 µm do 0,4 µm.
Głębokość skrawania: Podczas obróbki stopu tytanu zbyt głębokie cięcie może łatwo spowodować umocnienie przez zgniot. Do wykonania pewnej sztucznej panewki zastosowano metodę cięcia warstwowego. Każda warstwa została docięta na głębokość 0,2 mm, a całkowita głębokość cięcia została zmieniona z 1 mm na 0,8 mm, co spowodowało, że powierzchnia była o 10% twardsza.
3, Wybór sprzętu: cały łańcuch, od dokładności obrabiarki po system wykrywania
1. Bardzo sztywne pięcioosiowe-centrum obróbcze
W przypadku skomplikowanego cięcia powierzchni obrabiarki muszą być w stanie szybko reagować i działać stabilnie, gdy się nagrzeją. Na przykład pięcioosiowa obrabiarka DMG MORI DMU 125 P-ma korpus z odlewu mineralnego, który zapewnia o 50% lepszą absorpcję wstrząsów. Prędkość wrzeciona może osiągnąć 20 000 obr./min, czyli wystarczająco dużo, aby sprostać-wymaganiom precyzyjnej obróbki łopatek silników lotniczych. Po tym jak pewna firma produkująca formy do samochodów otrzymała ten sprzęt, czas potrzebny na obróbkę gniazda formy wzrósł ze 120 do 48 godzin, a koszt narzędzi spadł o 35%.
2. System pomiaru i kompensacji online
Aby mieć pewność, że obróbka jest dokładna, ważne jest, aby monitorować sytuację w czasie rzeczywistym i naprawiać wszelkie błędy. Pięcioosiowa sonda pomiarowa Renishaw REVO służy do wykrywania problemów z profilem zębów na maszynie podczas obróbki danego koła zębatego skrzyni biegów. Technologia CNC automatycznie kompensuje zużycie narzędzia i odkształcenia termiczne, co sprawia, że profil zęba jest dokładniejszy (od IT7 do IT6) i obniża hałas transmisji o 3dB.
3. Dobry system chłodzenia i smarowania
Podczas cięcia skomplikowanych powierzchni temperatura, w której narzędzie styka się z obrabianym przedmiotem, może szybko przekroczyć 800 stopni, dlatego należy zastosować technologię mikrosmarowania (MQL) lub technologię zimnego powietrza w niskiej-temperaturze. Do obróbki bloku cylindrów silnika ze stopu aluminium wykorzystano system MQL. Zmniejszyło to ilość potrzebnego płynu obróbkowego z 20 l/h do 0,5 l/h, podwoiło trwałość narzędzia i obniżyło koszty obróbki o 40%.
4, Zastosowanie w przemyśle: Wykorzystanie wiedzy z wielu dziedzin we wszystkim, od lotnictwa po nowe pojazdy energetyczne
1. Łopatki do silników lotniczych
W przypadku-łopatek sprężarki wysokociśnieniowej w niektórych typach silników lotniczych stosowana jest obróbka pięcioosiowa. Dzięki interpolacji NURBS i adaptacyjnemu planowaniu ścieżki dokładność powierzchni wzrasta od ± 0,02 mm do ± 0,005 mm, ciąg silnika wzrasta o 3%, a zużycie paliwa spada o 1,5%.
2. Półka na akumulatory do pojazdów nowych na energię
Specjalna szuflada na akumulator jest zbudowana ze stopu aluminium 6061. Frezowanie-z dużą prędkością i obróbka starzeniowa T6 zwiększają jego wytrzymałość na rozciąganie z 280 MPa do 380 MPa, co spełnia wymagania zarówno w zakresie bezpieczeństwa, jak i lekkości.
3. Uchwyt inteligentnego czujnika jazdy
Niektóre wsporniki radarów laserowych są wykonane ze stopu tytanu. Możliwe jest obniżenie wartości chropowatości Ra powierzchni z 0,8 µm do 0,1 µm poprzez obróbkę pięcioosiową-i polerowanie elektrochemiczne. Zmniejsza to również utratę transmisji sygnału o 5% i poprawia dokładność pozycjonowania o 0,01 stopnia.
