一,Технічний принцип: взаємодія багато-осьового зв’язку та інтерполяції-в реальному часі
Геометрично нелінійні поверхні утворюють складні поверхні. Їх кривизна і кручення весь час змінюються в залежності від того, де вони знаходяться в просторі. Оскільки вісь інструменту є фіксованою, традиційна три{2}}обробка ускладнює запобігання труднощам із перешкодами та надрізами. Механічна обробка з п’яти{4}}осьовим з’єднанням додає подвійну вісь обертання A/C (або B) до трьох{5}}осі X/Y/Z. Це дозволяє змінювати вісь інструменту в режимі реального часу за допомогою вектора нормалі поверхні, що називається «динамічним керуванням вектором осі інструменту». При обробці лопатей авіаційних двигунів, наприклад, кут повороту осі інструменту повинен постійно зберігатися в межах ± 60 градусів. Стандартний підхід до калібрування TCP (центральна точка інструменту) дасть вам похибку положення 0,02 мм. З іншого боку, алгоритм RTCP (обертання центральної точки інструменту) використовує перетворення координат, щоб виправити помилку руху верстата та зробити позиціонування точнішим з точністю до 0,005 мм.
П’яти{0}}осьова обробка базується на-технології інтерполяції в реальному часі. Традиційна автономна лінійна інтерполяція повинна розбити поверхню на безліч крихітних лінійних сегментів. Це робить програмні файли NC занадто великими, а швидкість обробки занадто повільною. Алгоритм інтерполяції кривої NURBS (Non Uniform Rational B-Spline) використовується сучасними системами ЧПК для безпосередньої оцінки поверхонь параметрів у моделях САПР і створення безперервних траєкторій інструменту. Система ЧПК Siemens 840D, наприклад, використовує інтерполяцію-NURBS у реальному часі, щоб скоротити цикл інтерполяції з 2 мс до 0,5 мс, що є необхідним для високошвидкісної обробки. Для обробки внутрішньої панелі B-стійки автомобіля з новою енергією було використано адаптивний алгоритм міжряддя. Цей алгоритм змінив розмір кроку на основі кривизни, що зменшило коливання залишкової висоти з 0,03 мм до 0,005 мм, покращило значення Ra шорсткості поверхні з 0,8 мкм до 0,4 мкм, знизило коефіцієнт лобового опору на 0,02 і заощадило приблизно 50 л палива на автомобіль на рік.
2. Основною процедурою є-контроль замкнутого циклу від планування шляху до оптимізації параметрів.
1. Планування траєкторії інструменту
При обробці складних поверхонь необхідно вибирати методи траєкторії, виходячи з форми поверхні.
Підхід ізометричного зсуву найкраще працює на базовій місцевості. Це забезпечує однакову відстань між траєкторіями інструментів, хоча це може спричинити залишкові зміни висоти на крутих місцях.
Адаптивна обробка: зміна щільності траєкторії інструменту залежно від того, наскільки вигнута поверхня. Наприклад, під час роботи з лопатями компресора високого{1}}тиску для певного типу авіаційного двигуна адаптивний алгоритм автоматично змінює інтервал між лініями з 0,5 мм до 0,2 мм у градієнтній області радіуса кривизни від R12 мм до R3 мм. Завдяки цьому різання не заходить занадто далеко та не створює проблем.
Контурна обробка: створюйте маршрути вздовж ліній контуру поверхні, які підходять для крутих поверхонь. Контурну техніку було використано для пришвидшення обробки підшипника кроку лопаті вітрової турбіни з 8 до 5 годин, а термін служби інструменту подовжено на 30%.
2. Вибір правильних інструментів і встановлення правильних параметрів
На якість обробки безпосередньо впливають геометричні параметри ріжучого інструменту:
Фреза з кульковим торцем: добре підходить для точної обробки поверхонь вільної-форми, але вона ріже повільно, і може накопичуватися стружка. При обробці конкретного блоку циліндрів двигуна з алюмінієвого сплаву використовується кулькова фреза з твердого сплаву. Швидкість різання встановлена на рівні 1500 м/хв, швидкість подачі встановлена на рівні 0,1 мм/зуб, а значення шорсткості поверхні Ra встановлено на рівні 0,2 мкм.
Фреза з плоским торцем хороша для грубої обробки звичайних поверхонь, оскільки вона швидко ріже, але може залишити задирки на краях. При обробці певної шестерні коробки передач використовували керамічні плоскі фрези, а швидкість різання підняли до 2000 м/хв. Це збільшило швидкість знімання матеріалу на 40% швидше.
Конічна фреза чудово підходить для різання глибоких порожнин, оскільки ви можете змінювати кут конуса для найкращого видалення стружки. Конічна фреза 15 градусів використовується для обробки певної порожнини форми, а глибина різання збільшується з 5 мм до 8 мм. Це робить обробку на 25% ефективнішою.
Щоб отримати найкращі параметри різання, потрібно знайти баланс між якістю та ефективністю:
Швидкість різання: під час роботи з високотемпературними-сплавами надто швидке різання може швидко зношувати інструменти. Під час фрезерування диска турбіни зі сплаву Inconel 718 використовувалися ріжучі інструменти з покриттям AlTiN-, а швидкість різання підтримувалася на рівні 60 м/хв. Завдяки цьому засіб діяло довше, від 15 хвилин до 2 годин.
Швидкість подачі: якщо швидкість подачі занадто висока під час роботи з алюмінієвими сплавами, це може легко спричинити дефекти окалини. Швидкість подачі для виготовлення нового акумуляторного лотка енергетичного автомобіля була змінена з 1000 мм/хв до 800 мм/хв з використанням параметрів оптимізації методології поверхні відгуку. Значення шорсткості поверхні Ra також було знижено з 0,8 мкм до 0,4 мкм.
Глибина різання: під час обробки титанового сплаву надто глибоке різання може легко спричинити наклеп. Для виготовлення певної штучної чашки вертлюжної западини використовувався підхід пошарового різання. Кожен шар було розрізано на глибину 0,2 мм, а загальну глибину різання було змінено з 1 мм до 0,8 мм, що зробило поверхню на 10% твердішою.
3, Вибір обладнання: весь ланцюг, від точності верстата до системи виявлення
1. Дуже жорсткий п’яти{1}}осьовий обробний центр
Для різання складних поверхонь верстати повинні мати можливість швидко реагувати та бути стабільними, коли вони нагріваються. Наприклад, п’ятиосьовий верстат DMG MORI DMU 125 P має корпус з мінерального лиття, завдяки чому він на 50% краще поглинає удари. Швидкість обертання шпинделя може досягати 20000 обертів за хвилину, що є достатньо швидким, щоб задовольнити потреби високої-точної обробки лопатей авіаційних двигунів. Після того, як певна компанія, яка виготовляє прес-форми для автомобілів, отримала це обладнання, час, необхідний для обробки порожнини форми, збільшився зі 120 годин до 48 годин, а вартість інструментів знизилася на 35%.
2. Система вимірювання та компенсації онлайн
Щоб переконатися, що обробка є точною, важливо стежити за речами в режимі реального часу та виправляти будь-які помилки. П’ятиосі-вимірювальний зонд Renishaw REVO використовується для виявлення проблем із профілем зубів на верстаті під час обробки заданої шестерні коробки передач. Технологія ЧПК автоматично компенсує знос інструменту та термічне спотворення, що робить профіль зуба більш точним (від IT7 до IT6) і знижує шум передачі на 3 дБ.
3. Хороша система охолодження та змащення
Під час різання складних поверхонь температура контакту інструмента й деталі може швидко перевищувати 800 градусів, тому слід використовувати мікромастило (MQL) або технологію низько-холодного повітря. Система MQL була використана для обробки блоку циліндрів двигуна з алюмінієвого сплаву. Це зменшило кількість необхідної рідини для різання з 20 л/год до 0,5 л/год, подвоїло термін служби інструменту та скоротило витрати на обробку на 40%.
4, Застосування в промисловості: використання знань з багатьох галузей у всьому, від аерокосмічної галузі до транспортних засобів на новій енергії
1. Лопатки авіаційних двигунів
Механічна обробка з п’яти{0}}осьовим з’єднанням використовується на-лопаті компресора високого тиску певного типу авіаційного двигуна. Використовуючи інтерполяцію NURBS і адаптивне планування траєкторії, точність поверхні змінюється від ± 0,02 мм до ± 0,005 мм, тяга двигуна збільшується на 3%, а споживання палива зменшується на 1,5%.
2. Акумуляторний лоток для автомобілів з новою енергією
Спеціальний акумуляторний лоток виготовлено з алюмінієвого сплаву 6061. Високо-швидкісне фрезерування та обробка старінням T6 підвищують міцність на розрив із 280 МПа до 380 МПа, що відповідає вимогам безпеки та малої ваги.
3. Кронштейн для інтелектуального датчика водіння
Деякі кронштейни для лазерних радарів складаються з титанового сплаву. Значення шорсткості поверхні Ra можна знизити з 0,8 мкм до 0,1 мкм за допомогою п’яти{3}}обробки та електрохімічного полірування. Це також зменшує втрати сигналу на 5% і покращує точність позиціонування на 0,01 градуса.
