Высокоскоростнаямеханообработка деталей ГТДОсновы ВСО, инструмент и режимы обработки
Технологиявысокоскоростной механической обработки (ВСО) относится к числу наиболеепрогрессивных и быстро развивающихся. Уже сегодня промышленность ведущих странмира достаточно широко использует ВСО при скоростях резания 500…1500 м/ мин иболее (табл. 1) при обработке:
пресс-форм и штамповконцевыми фрезами для получения изделий, широко применяемых в автомобильной и аэрокосмическойпромышленности жаропрочные стали, алюминиевые сплавы, конструкционныеоргпластики, армированные стекловолокном и др.;
фольгированных печатныхплат (скоростное сверление), для электронной промышленности;
изделий из высокопрочныхалюминиевых сплавов в аэрокосмической и автомобильной промышленности и др.
Таблица 1 Характеристикивысокоскоростного резания
/>
Например, прифрезеровании алюминия используются следующие диапазоны скоростей, м/мин:
традиционный – менее 500
высокопроизводительный –500… 2500
высокоскоростной – 2500… 7500
сверхвысокоскоростной –более 7500.
До недавнего времениширокое применение этой технологии сдерживали: режущий инструмент, оборудованиеи системы ЧПУ. Сейчас эти проблемы в принципе решены. Поэтому тенденция красширению создания и использования технологий высокоскоростной обработки носитустойчивый характер.
Высокоскоростнаямеханическая обработка (HSM – High Speed Machining) и высокоскоростноефрезерование (HSM – High Speed Milling), в частности, в последние годысущественно изменили подход к методам механообработки. Решающим фактором воценке процесса HSM-обработки является производительность станков, чтоопределяет стоимость производства и повышение качественных характеристикпроцесса обработки.
/>
Рис. 1. Кривые Соломона.Зависимость сил резания от скорости резания
1. Высокоскоростнаяобработка
Теоретическимобоснованием высокоскоростной обработки являются так называемые кривые Соломона(рис. 1), которые показывают снижение сил резания в некотором диапазонескоростей.
Еще в конце 20-х годовпрошлого века Герман Соломон, изучая процессы резания циркульными пилами,сделал вывод, что температура резания зависит от скорости не монотонно, а имеетопределенный экстремальный характер. Этой зависимостью он объяснил достигнутыеим в опытах очень высокие скорости резания (до 16500 м/мин).
В последующие годыизучением этого вопроса занимались многие ученые, в их опытах на баллистическихустановках были зафиксированы гораздо более высокие скорости резания (Кузнецов, 1947 г., 50000 м/мин; Кроненберг, 1958 г, 72000 м/мин; Арндт, 1972 г., 132000 м/мин) и предложены физические и математические модели, объясняющие этотэффект.
Применительно кфрезерованию впервые эффект ВСО был реализован в 1979 г. в Техническом университете Дармштадта (Германия), где с использованием шпинделя на магнитныхподшипниках была достигнута скорость резания 4700 м/мин. Группой сотрудниковуниверситета под руководством профессора Г. Шульца была предложена теорияпроцессов ВСО и изучена возможность промышленного внедрения этого эффекта [2].Физическая природа высокоскоростного резания хорошо объясняется и российскимиучеными на основе фундаментальных закономерностей процесса стружкообразования иизнашивания под влиянием высоких скоростей.
Одним из важных факторовпри ВСО является не только снижение величины крутящего момента в зоне высокихскоростей, но и перераспределение тепла в зоне резания. При небольших сеченияхсреза в данном диапазоне скоростей основная масса тепла концентрируется встружке, не успевая переходить в заготовку. Поэтому считается, чтовысокоскоростное фрезерование, особенно развитое в технологиях ВСО, базируетсяна сокращении количества тепла, возникающего при обработке резанием, котороеобычно и есть причина износа инструмента.
Исследования, проведенныево время ВСО с правильно подобранными параметрами, показали, что 75%произведенного тепла отводится со стружкой, 20% – через инструмент и 5% – черезобрабатываемую деталь.
Преимущество ВСОполучается также за счет обработки в надкритическом диапазоне колебаний: привысоких частотах вращения, которые используются при ВСО, значительнопревышаются частоты собственных колебаний детали, инструмента и компонентов станка.Одновременно с этим, благодаря небольшим поперечным сечениям среза, силырезания невелики, что благоприятно сказывается на точности обработки. Крометого – высокое качество получаемой поверхности, отсутствие дробления прирезании, возможность обработки тонкостенных изделий.
2. Требования коборудованию для высокоскоростной обработки
Особенности ВСОпредъявляют особые требования к конструкции станков, обеспечивающих этот видобработки. Это касается не только всех элементов самого станка, но и систем иустройств, обеспечивающих его работу, а также целого ряда работ по обслуживаниюстанка и подготовки его к работе. В общем случае среди требований квысокоскоростному оборудованию можно отметить следующее.
Конструкция станка вцелом должна иметь высокую жесткость и хорошие виброгасящие и демпфирующиехарактеристики, что обычно обеспечивается большой массой базовых частей. Особыетребования у высокоскоростного оборудования предъявляются к конструкциинаправляющих, которые должны обеспечить плавное безлюфтовое движениеперемещающихся частей станка.
Конструкция станка впроцессе работы должна обеспечить всем его элементам термическую стабильностьпри минимальных температурных деформациях, поскольку тепловое расширение частейи элементов станка напрямую влияет на качество обработки. В современныхвысокоскоростных станках применяется специальная система охлаждения егоосновных элементов, в которой охлаждающая жидкость от специальной холодильнойустановки циркулирует по специальным отверстиям в шпинделе, ходовых винтах, вэлементах корпуса и т.п.
Также для уменьшениятепловых деформаций у станков для изготовления отдельных деталей можноиспользовать натуральный гранит и специальную минеральную керамику. Отматериала базовых элементов, особенно станин, стоек, столов, зависит не толькосклонность к температурным деформациям, но и целый ряд других характеристикстанков вибростойкость, прочность, электропроводность и др., многие из которыхи определяют главную характеристику – точность оборудования.
3. У фрезерных станковдля ВСО высокая частота вращения шпинделя обычно сопровождается и большимизначениями подачи. При изготовлении пресс-форм и штампов станок должен иметьчастоту вращения шпинделя не менее 20 000 мин -1 и величину подачи как минимум3000 мм/мин (лучше > 5000 мм/мин), отрабатывая при этом малые перемещения(от 1…2 до 20 мкм). Наряду с такими высокими значениями подачи необходимо,чтобы была возможность быстрого ускорения и замедления подачи. Для этогодвижущиеся части станка должны иметь малую массу и инерцию. Линейные двигатели– альтернативный вариант электродвигателям роторного типа – обеспечиваютбольшую рабочую подачу, высокое ускорение, высокую точность, бесступенчатостьрегулирования и многое другое, что объясняет все увеличивающееся их использованиев приводах подач станков для ВСО.
4. Высокоскоростнойшпиндель – наиболее фундаментальный компонент станка для ВСО. Система ЧПУ,инструмент и все другие составляющие процесса служат единой задаче –использовать высокую частоту вращения шпинделя наиболее эффективно.
Высокоскоростной шпиндель– это компромисс между силами и скоростью резания. Но наиболее критичный факторограничения — подшипники, долговечность которых особенно важна. В любомвысокоскоростном шпинделе подшипник – первый компонент, который выходит изстроя. В настоящее время нашел свое применение комбинированный шпиндель, такназываемый «дуплекс», в корпусе которого размещены два электродвигателя.Размещенные концентрично два вала (по одному на каждый двигатель) могутвращаться совместно или раздельно. Вращение каждого из валов независимоконтролируется системой ЧПУ. Такая конструкция позволяет работать, например, счастотой вращения шпинделя до 10 000 мин -1 и обеспечением большого крутящегомомента. В то же время, например, для окончательной обработки, шпиндель можетразвивать частоту вращения 30 000 мин-1 за счет второго высокоскоростногодвигателя с валом меньшего диаметра.
/>
Рис. 2. Схематрохоидальной обработки паза
Следует отметить, что ужедостаточно распространенными являются станки с частотой вращения шпинделя 40000…60 000 мин-1, даже объявлена конструкция станка с частотой вращенияшпинделя 500 000 мин-1 .
Для высокоскоростныхщпинделей используют подшипники разных типов — шариковые, гидростатические,аэростатические, электростатические и др. Выбор типа подшипников зависит,естественно, от принятой для станка максимальной частоты вращения шпинделя.
5. Системы ЧПУ увысокоскоростных станков должны обеспечить особо точное управление приводамиподач и приводом главного движения (шпинделем). В общем случае УЧПУ для ВСОобеспечивает следующие функции управления:
предварительный просмотр(функция Look-Ahead) кадров управляющей программы,
преобразования, например,для 5-осевого преобразования,
регулирование подачи длявысокой точности траектории,
функция HPCC (HighPrecision Contour Control), когда для обработки сигналов обратной связииспользуется дополнительный процессор,
регулирование ускорения,
коррекция инструмента(длина, радиус, износ фрезы),
автоматизированныефункции сглаживания траектории (интерполяция NURBS),
высокая скорость передачиданных сети Ethernet (например, высокоскоростная связь RS422 обеспечиваетпересылку файлов со скоростью до 2 Мегабод),
компенсация ошибок,обусловленных механикой,
безопасная эксплуатация врабочем пространстве станка.
Но главным образом, приопределении системы ЧПУ для ВСО должны учитываться три фактора, связанные ссистемой управления станком:
высокие скоростиобработки данных (около 200 блоков в минуту) для обеспечения непрерывногодвижения инструмента,
возможность просматриватьданные как минимум на 100 блоков вперед для того, чтобы вычислять изменениявеличины подачи при подходе инструмента к острым углам (или другим подобнымпрепятствиям) и отходе от них,
закон изменения величиныподачи для повышения качества поверхности и снижения нагрузок на инструментдолжен иметь плавный колоколообразный вид, так как причиной снижениякачественных характеристик процесса являются слишком резкие ускорения придвижениях по траекториям с углами.
При ВСО в ряде случаевУЧПУ не может управлять станком непосредственно, а требуется управлениеобработкой с использованием системы DNС.
6. Определенныетребования ВСО предъявляет к САМ системам, которые применяются при подготовкеУП. Это, в первую очередь, касается скорости вычислений при подготовке УП,определению стратегии обработки, характера построения и редактированиятраекторий, предотвращению врезаний. И здесь особо подчеркивается способностьCAD /CAM систем использовать при обработке моделей деталей и разработке УП сплайн-интерполяцию,обеспечивающую (при наличии соответствующего УЧПУ) не только более высокиекачественные характеристики обработанной детали, но и значительное сокращениеобъема УП и (что главное) времени обработки. Использование сплайн-интерполяциипривело к созданию нового термина, определяющего вид (схему) обработки NURBS –BASED MACHINING (обработка, базирующаяся на сплайнах – сплайн-обработка).
Кроме меньших значенийшага и глубины резания при выборе стратегии обработки особое внимание должнобыть уделено исключению резких изменений направления движения инструмента,которые могут приводить к врезаниям или его поломке. Следовательно, САМ системадолжна обеспечивать широкий выбор стратегий обработки (рис. 2). При выбореоптимального варианта важно учитывать следующие факторы:
поддержание неизменныхусловий резания обеспечивается плавным перемещением инструмента без резкихускорений или замедлений,
распределение точек обработки(контакта инструмента с заготовкой) позволяет поддерживать приемлемые скоростии подачи инструмента,
переход инструмента наследующий уровень обработки осуществляется путем наклонного, а не вертикальноговрезания,
минимизация такихучастков резания, где снимается большой припуск; величина подачи уменьшается втот момент, когда инструмент переходит от снятия малого припуска к снятиюбольшого,
минимизация количествазамедлений при движении инструмента при растровой обработке достигается путемвыбора угла растра.
/>
Рис3. Предпочтительныестратегии при ВСО
При выборе траекторий дляВСО надо исключать резкие изменения в движениях инструмента, особенно в зонахврезания, когда идет проход полной шириной фрезы. Это достигается трохоидальнойобработкой, когда в процессе врезания фреза движется по окружности (рис. 2, 3).Идеально, когда САМ система сама строит трохоиду в местах, где необходимоосуществить врезание. Такая стратегия используется и при формировании пазов,которые ранее обрабатывались одним ходом фрезы того же диаметра, что и ширинапаза.
Предпочтение должноотдаваться спиральным стратегиям, где инструмент, однажды врезавшись, сохраняетнепрерывный и равномерный контакт с заготовкой (рис. 3, а) или стратегиямэквидистантного смещения контура, которые длительное время сохраняют контактинструмента с заготовкой, с одним заходом и выходом (рис. 3, б).
Таким образом, САМсистема для ВСО должна обеспечить:
широкий набор вариантовгладкого подвода-отвода и связок между проходами,
набор стратегийспиральной и эквидистантной обработки зон как на чистовой, так и на черновойобработке и поиск оптимальной стратегии в различных зонах,
автоматическоесглаживание траекторий в углах,
исключение проходовполной шириной фрезы и автоматическое применение трохоидального врезания в этихместах,
оптимизацию подач длясглаживания нагрузки на инструмент.
7. Режущий инструмент дляВСО должен иметь повышенную стойкость. Ведущие инструментальные фирмыпредлагают широкий набор фрез для ВСО с подробными рекомендациями по областямих применения и режимам резания. Разрабатываются новые мелкодисперсные сплавы,способные надежно работать на высоких скоростях. Режущая часть инструментаизготовляется из различных материалов, включая микрозернистые карбиды,поликристаллические алмазы, поликристаллический нитрид бора с кубическойрешеткой, карбид титана и др. Часто применяются износостойкие покрытия, чтопозволяет повысить скорость обработки или стойкость инструмента.
Важно обратить вниманиена системы вспомогательного инструмента, которые обеспечивают крепление фрез. Всвязи со снижением сил резания в процессе ВСО на первый план выходят другиефакторы, такие как величины биения фрезы, вибрации.
Так как задача ВСО –обеспечить высокое качество обрабатываемой поверхности, то дополнительноевнимание следует уделить подбору режимов резания с точки зрения нахождения зон,где отсутствуют вибрации при высоких скоростях резания. Таким образом, ВСОтребует особого внимания к балансировке инструмента. Для этого могутиспользоваться специальные патроны с возможностью балансировки илисбалансированные оправки для термозажима.
Для высокоскоростныхстанков обычно используют вспомогательный инструмент с хвостовиками HSK(Hohlschafte Kegel). В России хвостовики HSK внедрены ГОСТ Р 51547–2000, имеютукороченный полый конус, особую схему закрепления в гнезде шпинделя, повышеннуюточность изготовления. Статическая податливость хвостовиков HSK в 6...7 разменьше, чем у хвостовиков с конусом 7: 24.
Монолитный твердосплавныйинструмент для высокоскоростного фрезерования на российском рынке представленрядом фирм:
«ВНИИинструмент» (Россия,Москва) – новые инструменты для высокоскоростной обработки, в том числе имонолитные концевые твердосплавные фрезы;
НПФ «Порошковыйинструмент. Металлы» (Россия, Санкт-Петербург) монолитные твердосплавныефрезы для обработки чугуна, бронзы, цветных металлов и пластмассы;
ОАО «Томскийинструмент» (Россия, Томск) – новые твердосплавные фрезы для обработкисталей, в том числе и закаленных, чугунов и легких сплавов. Фрезы изготовленыиз твердого сплава с содержанием WC 90% и Co 10% и с размером зерен 0,5 … 0,7мкм;
компания SGS Tool Company(США) – инструмент для обработки жаропрочных, нержавеющих сталей, титана,закаленной инструментальной стали до твердости 65HRС;
компания Sandvik Coromant(Швеция) – цельные твердосплавные концевые фрезы;
компания Hanita (Израиль)– многозубые твердосплавные черновые и чистовые концевые фрезы для обработкиконструкционных и закаленных сталей при форсированных режимах резания;
фирма Mitsubishi Carbide(Япония) – концевые монолитные твердосплавные концевые фрезы с износостойкимипокрытиями для обработки закаленных материалов твердостью до 70 HRC;
компания Seco (Италия) –монолитные концевые фрезы с покрытием для обработки легированных и титановыхсплавов, конструкционных сталей;
фирма Korloy (ЮжнаяКорея) – монолитные твердосплавные концевые фрезы высокой прочности за счетультрамелкозернистой структуры материала – основы с высокой точностьюобработки, обеспечиваемой острой режущей кромкой;
фирма Iscar (Израиль) –гамма монолитных твердосплавных фрез;
фирма Kennametal Hertel(Германия, США) – монолитный твердосплавный инструмент и др.
/>
Рис. 4. Графитовыйэлектрод после ВСО размер 350×200 мм; 9600 шестигранных отверстий срадиусом 0,2 мм; обработка наружной поверхности шаровой фрезой диаметром 10 мм; обработка отверстий – черновая фрезой диаметра 1,5 мм; чистовая фрезой диаметра 0,4 мм; частота оборотов шпинделя 45000 мин-1, время обработки 34 ч.
Таким образом, для успехаВСО необходимо сочетание надлежащего уровня оборудования и системы подготовкиУП. Это и обеспечивает требуемый результат: существенное сокращение времениобработки деталей как за счет высокоскоростной обработки, так и за счетуменьшения объема ручной доводки детали и возможности обрабатыватьтермообработанную инструментальную сталь и другие материалы (рис. 4). Еслиучесть при этом наличие ускоренной подготовки УП необходимого уровня, то налицорезкое сокращение времени на технологическую подготовку производства, что,собственно говоря, и является основной целью современного предприятия. Призагрузке станка около 120 ч в неделю он с лихвой окупает все затраты, связанныес его приобретением.
8. Сравнение стоимостивариантов при внедрении высокоскоростного оборудования является обязательным.Стоимость станка для ВСО в среднем в 2 раза выше, чем обычного с аналогичнымразмером стола. Стоимость их работы приблизительно одинакова, если неучитывать, что цена режущего инструмента для высокоскоростной обработки графитовыхи медных электродов в 4… 5 раз, а для высокоскоростной обработкиинструментальных сталей в 10… 12 раз выше, чем инструмента, применяемого длятрадиционной механообработки. Частично эта высокая стоимость компенсируетсяболее долгим сроком службы инструмента, так как он работает с меньшей глубинойрезания. Тем не менее, шпиндели станков и инструмент требуют особого вниманияиз-за более высокой цены их замены. Поэтому в условиях реального производствапри внедрении высокоскоростной обработки необходим соответствующий просчетвариантов.
Инструмент
Из-за большого объемаматериала, срезаемого при ВСО на больших подачах, желательно использоватьдвузубые фрезы (рис. 9), чтобы стружка могла свободно уместиться в канавке.Опыт показывает, что желательно применять специальные фрезы и режущие пластиныс большими передними углами заточки.
/>
Рис. 9. Для обработкидемонстрационной детали использовались цельные твердосплавные фрезы SECO серииTornado
Одна из главных проблем,возникающих при обработке алюминиевых сплавов, связана с высокой адгезиейалюминия, из-за которой на режущей кромке образуется «нарост» и обрабатываемыйматериал «налипает» на фрезу. Это негативное явление резко снижает качествообработанной поверхности. Во избежание этого необходимо выполнять ряд простых иэффективных рекомендаций, что позволит получать очень высокое качествообработанной поверхности:
— применяйте обычныйинструмент с полированными кромками;
— не используйте (!)режущие пластины с покрытием из нитрида титан-алюминия (TiAlN);
— выбирайтеинструментальные сплавы с меньшим содержанием кобальта;
— используйте СОЖ дляуменьшения наростообразования. СОЖ должна поступать на — — режущую кромку.Старайтесь применять охлаждение через инструмент;
— резьбу эффективнеенарезать вихревым фрезерованием.
При высоких скоростяхвращения шпинделя, требующихся при ВСО, особое внимание следует уделять зажимуинструмента. По законам физики центробежная сила пропорциональна частоте вращенияв квадрате, поэтому при ВСО малейший дисбаланс инструмента приводит к быстромуизносу, а возникающие биения ухудшают качество обработанной поверхности. Опытпоказывает, что, несмотря на относительно высокую стоимость (требуетсятермостанция), в случае частого использования ВСО целесообразно приобреститермозажим (рис. 10), обеспечивающий хорошую жесткость, малое биение и простотув применении. При периодическом использовании ВСО можно обойтись гидрозажимом,но его асимметричная конструкция может вызвать дисбаланс. Применение для ВСОвысококачественной цанги также полностью не исключается, но точность будетзависеть от оператора.
/>
Рис. 10. Оправки с термозажимом
Станок
Если проанализироватьформу алюминиевых корпусных деталей топливной и гидравлической аппаратуры, товыбор станка практически однозначен — пятиосевой фрезерный или многозадачныйстанок. Такой станок обеспечит доступ к разным сторонам детали с однойустановки и позволит ориентировать плоские элементы детали по нормали кшпинделю, что даст возможность использовать торцевые или концевые фрезы дляобработки плоскостей и отверстий (рис. 11).
/>
Рис. 11. Пятиосеваяобработка позволяет обработать всю деталь за один или два установа
Если для обработкииспользовать трехосевое оборудование, то деталь придется обрабатывать на станкев несколько технологических установов, что сопряжено с проблемами базирования ипереустановки заготовки и приведет к потере производительности.
Требования к станку дляВСО весьма противоречивы: он должен быть достаточно точным, жестким и быстрым.Остановимся на этих требованиях подробней:
1. Желательно, чтобыархитектура (конструкция) станка позволяла полностью обработать деталь за одинтехнологический установ, тогда удастся избежать потери точности и времени приповторном базировании. Из соображений жесткости портальная конструкция станкаболее предпочтительна, чем консольная. Считается также, что более жесткаяконструкция лучше демпфирует вибрации. Желательно, чтобы станок обладал тяжелойстаниной и легкими, но жесткими движущимися частями. Отметим, что для ВСО нерекомендуется (!) использовать модернизированное оборудование.
2. При выборе станка дляВСО всегда возникает дилемма — что для шпинделя важнее: крутящий момент иличастота вращения? Ведь при одинаковой мощности, чем выше скорость вращения, темниже крутящий момент. Здесь следует иметь в виду, что шпиндели с высокимиоборотами, как правило, имеют меньший диаметр подшипников, следовательно,допустимая нагрузка на них тоже ниже. Сравнительные данные для шпинделей фирмыНSK приведены в табл. 1.
Тип шпинделя
НSK-100A
НSK-63A
НSK-40Е Мощность (кВт) 45 20 12 Максимальная частота вращения (об./мин) 15 000 24 000 40 000 Максимальный крутящий момент (Н•м) /при частоте вращения (об./мин) 400/1000 75/3000 48/3000 Диаметр шпинделя (мм) 100 70 45 Основное назначение Черновая и чистовая обработка Легкая черновая и чистовая обработка Обработка короткими фрезами до 12 мм Примечание Черновая обработка фрезами до 75 мм с большим вылетом Черновая обработка фрезами до 30 мм со средним вылетом Не предназначен для тяжелых работ. Хорошо сбалансирован
3. С точки зренияпроектировщика станка, точность позиционирования шпинделя и поворотного столавходит в явное противоречие с высокой скоростью их перемещения, что сопряжено свозникновением высоких динамических нагрузок при разгоне-торможении подвижныхэлементов. Чтобы станок сохранял точность под действием инерционных нагрузок,контроллер станка анализирует очередь управляющих команд и автоматическиуменьшает скорость подачи перед изменением траектории инструмента. На практикеэто означает, что фактическая скорость подачи во время обработки может быть меньшезаданной в CAM-системе. Это приводит к тому, что реальное станочное времяоказывается выше, чем время обработки, рассчитанное CAM-системой. Некоторыепродвинутые CAM-системы, в том числе и PowerMILL, позволяют при расчетеперемещений инструмента оптимизировать расположение точек траектории в пределахзаданного допуска с целью уменьшения эффекта «подтормаживания» контроллерастанка. Подробнее мы рассмотрим этот вопрос в главе, посвященной выборуCAM-системы.
4. При выборе станкабольшое внимание следует уделить и динамическим характеристикам станка, в томчисле допустимым линейным ускорениям. Для обычных станков эти ускорениядостигают порядка 5 м/с2, а для задействованного на семинаре станка Hermle C30Uс динамической опцией эта характеристика составляет 10 м/с2. С учетом малыхвеличин перемещений при постоянной смене направления движения именно допустимоеускорение играет важнейшую роль при отработке УП.
5. На пятиосевыхфрезерных станках можно фиксировать поворотный стол (две оси) и выполнять позиционную(так называемую 3+2) обработку. Это позволяет существенно повысить скорость иточность фрезерования: если при непрерывном пятиосевом фрезеровании точностьсоставляет порядка 10-11 мкм, то при позиционном достижима точность в 4-5 мкм.Кроме того, длина управляющих программ для непрерывной пятиосевой обработкиоказывается в среднем на 15% больше по сравнению с позиционной обработкой.Следствием этого является увеличение на 15-20% времени непрерывной пятиосевойобработки, по сравнению с позиционной.
6. При разработкеуправляющей программы для повышения точности и производительности предпочтениеследует отдавать позиционной обработке. При черновой и получистовой обработке,когда точность не так важна, для экономии времени также более предпочтительнапозиционная обработка.
7.С учетом того, что ВСОставит задачу обеспечения высокого качества обрабатываемой поверхности,дополнительное внимание следует уделить подбору режимов резания с точки зрениянахождения зон, где отсутствуют вибрации. Например, на рис. 9 показаны зоны вибрации с различным числом волн Nмежду зубьями фрезы в зависимости от глубины и скорости. Практически для каждойкомбинации СПИД (станок—приспособление—инструмент—деталь) придется находитьстабильные зоны, и в связи с отсутствием отработанных рекомендаций их придетсяэкспериментальным путем искать непосредственно на станке. Наиболее склонны квибрации коневые фрезы с нулевым радиусом скругления. Для уменьшения вибрацийследует выбирать фрезы с закругленной режущей кромкой.
8. Интересный эффектувеличения стойкости инструмента при ВСО наблюдается при сравнении способовохлаждения. Как показывает график, наибольшая стойкость наблюдается прииспользовании обдува. Поскольку тепло концентрируется в стружке, ее надо быстроудалить из зоны резания. Низкая стойкость инструмента при охлажденииобъясняется главным образом выкрашиванием, что обусловлено циклическимитермическими нагрузками на режущую кромку инструмента. Постоянная тепловаянагрузка, даже на относительно высоких температурах, лучше, чем меняющаясяциклическая нагрузка.
Все вышеперечисленноеотносится к технической стороне ВСО.
Требования к CAM-системе
Во-первых, чтобы вестиобработку со всех сторон с одного установа, CAM-система должна оперировать3D-моделью остаточного припуска (рис. 12). Модель остаточного припуска даетвозможность при любом повороте детали производить резание только там, где ещеостался материал, — это позволит сэкономить много времени на холостых ходах.Важно не путать понятие модели остаточного припуска с функцией доработки(например, фрезами разного диаметра, которую имеют почти все САМ-системы),предназначенной для снятия остаточного материала при обработке без поворота (!)детали. Например, PowerMILL после каждого перехода может формировать 3D-модельоставшегося материала заготовки со всеми ступеньками, получившимися послепредыдущей черновой обработки. Эта модель и используется для формированиятраектории с другой стороны детали.
/>
Рис. 12. CAM-система дляВСО должна поддерживать 3D-модель остаточного припуска
Во-вторых, CAM-системадолжна иметь в своем арсенале достаточное количество стратегий, позволяющихобрабатывать сложные полости и стесненные зоны. Как уже упоминалось, дляповышения точности и сокращения времени обработки следует использоватьпозиционную обработку, а непрерывное пятиосевое фрезерование применять лишь дляобработки сложных полостей и каналов (рис. 13). В то же время при позиционнойобработке для фрезерования высоких стенок может потребоваться очень длинныйинструмент, обладающий низкой жесткостью. Если для детали не удастся подобратьнужный угол наклона, при котором можно снизить длину фрезы, придется прибегнутьк непрерывному пятиосевому фрезерованию.
/>/>
Рис. 13. CAM-системаPowerMILL позволяет обрабатывать даже каналы
В-третьих, как мы ужеотмечали, в CAM-системе должны присутствовать стратегии обработки сосглаженными траекториями обработки (со скруглением острых углов, «гоночные»(Raceline) траектории и т.п.) — рис. 14 — и сглаженными ускореннымиперемещениями (ускоренные подводы и переходы по дуге) — рис. 15, позволяющиеснизить инерционные нагрузки на станок. В противном случае контроллер станкабудет непрерывно уменьшать скорость подачи в углах траектории.
/> />
Рис. 14. Примертраектории инструмента для обычного фрезерования (слева) и для ВСО
/>
Рис. 15. Сглаженныеускоренные перемещения на высоких скоростях позволяют экономить общее время
/>
Рис. 16. Трохоидальнаяобработка в стесненных зонах
При обработке стесненныхзон для снижения нагрузки на инструмент желательно наличие в CAM-системестратегии трохоидальной обработки (рис. 16), которая позволяет избежатьфрезерования полной боковой поверхностью фрезы и достичь высоких значенийскорости подачи, а также обеспечить равномерную нагрузку на инструмент (рис.17).
/>/>
Рис. 17. CAM-системаPowerMILL может добавлять трохоидальную обработку для предотвращения перегрузкиинструмента
Как мы уже отмечали,контроллер станка с ЧПУ непрерывно анализирует очередь предстоящих команд насотни кадров вперед, и при резких изменениях траектории снижает скоростьподачи. Оказывается, что если заставить CAM-систему аппроксимировать траекториюинструмента в пределах допуска дугами окружности, то можно достичь сниженияфактического времени обработки на станке. В CAM-системе PowerMILL такаяоптимизация реализована в опции расчета управляющих программ Вписать дуги (рис.18). На практике это позволяет на несколько процентов сэкономить времяобработки на станке только за счет того, что контроллер дает возможностьдостичь больших скоростей подачи.
/>
Рис. 18. Опция PowerMILLВписать дуги позволяет перераспределить точки траектории с целью повышенияфактической скорости подачи и снизить станочное время
Современные системы ЧПУимеют встроенные алгоритмы, которые сами могут интерполировать полученную«ломаную» траекторию в гладкую, в зависимости от длины перемещения в кадре иугла между соседними отрезками траектории. Если использовать это свойство изадать в кадре перемещение, равное заложенному в параметрах системы ЧПУ, тосистема ЧПУ отработает эти перемещения без замедлений и ускорений в точкеперегиба. В PowerMILL для этого используется функция перераспределения точек(рис. 19), которая может в пределах заданного допуска перераспределить илиубрать избыточные точки траектории. Приведем конкретный пример: при обработкена станке Huron KX8-Five со стойкой Siemens 840D в случае равномерногораспределения точек фактическое время резания детали составило 82 мин, а послеперераспределения точек с максимальным допуском 0,25 мм оно снизилось до 50 мин (рис. 20). В этом случае экономия времени составила почти 40%!
/>
Рис. 19. В левой частирисунка показана оптимизированная в пределах допуска траектория обработки сперераспределением точек
Мы уже не разподчеркивали, что все траектории для ВСО должны быть сглажены, чтобы система«станок — приспособление — инструмент — деталь» не испытывала высокихдинамических нагрузок. Гладкость траектории приводит к тому, что УП для ВСОсостоят из очень коротких ходов инструмента — порядка 0,1-0,2 мм между соседними точками. В результате файлы программ для ВСО получаются объемом в десяткимегабайт. Отсюда вытекает еще одно специфическое требование: CAM-система должнабыть очень быстрой, чтобы в приемлемый срок обрабатывать столь большой объемданных.
/>
Рис. 20. При обработкеэтой детали функция перераспределения точек позволила сэкономить 39% (!)машинного времени
В случае формированиявнешнего контура рассматриваемых деталей топливных и гидравлических агрегатовприходится снимать большие объемы материала, причем зачастую в глубокихкарманах и закрытых зонах. В этом случае для достижения более высокойпроизводительности съема материала целесообразно использовать погружноефрезерование (Plunge Milling), при котором фреза движется вдоль своей осивращения (рис. 21).
/>
Рис. 21. Иллюстрацияметода погружного фрезерования
Еще одно особоетребование к CAM-системе для ВСО — повышенная надежность ЧПУ-программ,поскольку любой зарез может вызвать катастрофические поломки оборудования. Вовремя семинара участникам была продемонстрирована обработка детали на подачахдо 8000 мм/мин (приблизительно 134 мм/с). При столь высоких скоростях подачидоверие программиста-технолога и оператора станка с ЧПУ к CAM-системе играетрешающую роль, так как в случае ошибки в УП остановить станок с цельюпредотвращения аварии не представляется возможным.
/>
Рис. 22. Послесогласования с конструктором наружная поверхность корпусной детали для экономиивремени может остаться недообработанной
Теперь задумаемся,существуют ли еще какие-то способы увеличения производительности работы, кромекак повышение объема снимаемого за единицу времени материала? Оказывается, внекоторых случаях качество наружной поверхности корпусной деталинепринципиально, и после согласования с конструктором наружная поверхностьможет остаться частично недообработанной (рис. 22). Естественно, при этомнезначительно увеличится вес детали, но зато отпадет потребность в чистовойобработке наружной поверхности, что сэкономит много времени.
Шпиндель
Высокоскоростной шпиндельнакладывает определенные ограничения на процесс обработки. Рассмотрим разныешпиндели:
— силовой шпиндель: 15000 об/мин, конус 50, мощность 45 квт, максимальный крутящий момент 400 Нм на1000 об/мин, диаметр 100 мм.
— средний шпиндель: 24000 об/мин, конус 40, мощность 20 квт, момент 75 Нм на 3 000 об/мин, диаметр 70 мм.
— скоростной шпиндель: 40000 об/мин, конус 30, мощность 12 квт, момент 48Нм на 30 000 об/мин, диаметр45мм.
Как видим с ростомскорости вращения падает мощность и крутящий момент, уменьшается диаметр. Ужесам этот факт заставляет переходить от силовых режимов к более щадящимскоростным режимам резания. Это совсем не означает, что мы должны использоватьэти станки только для чистовой обработки. Просто черновая обработка, где надоснять большой объем материала, должна выполняться с уменьшенными сечениямисреза, снимаемыми с более высокой скоростью.
Рассмотрим на примеревысокоскоростных шпинделей швейцарской фирмы IBAG комплекс технических решений,реализованных IBAG для обеспечения качества и надежности высокоскоростныхмоторшпинделей, а именно:
опции контроля положения,температуры и вибраций;
моторные технологии;
обеспечение жесткости, точности идолгого срока шпинделя в широком диапазоне скоростей вращения;
опции охлаждения инструмента изаготовки;
оптимальный выбор параметровобработки;
применение тяжелых HF-шпинделей вавиакосмической и автомобильной промышленности.
1. Опции контроляположения, температуры и вибраций
Высокая степеньнадежности процесса обеспечивается с помощью так называемого ConditionMonitoring – широкого наблюдения и контроля. Для этого необходима тщательнопродуманная и по возможности близкая к процессу сенсорика. Поэтому «IBAGSwitzerland AG» опционально снабжает свои HF-моторшпиндели разнообразнымидатчиками и исполнительными элементами.
/>
Рис. 1. Оснащение«Condition Monitoring»: HF- моторшпиндель с проверенной сенсорикой иисполнительными элементами для контроля и надежности процесса высокоскоростнойобработки.
2, Опция М: Измерениесмещения вала увеличивает точность
Опция М заключается воснащении шпинделя датчиком перемещений. Он измеряет обусловленные механически(высокими скоростями вращения) или термически смещения шпиндельного вала сточностью до единиц μ. Полученный от датчика аналоговый сигнал может бытьиспользован любым устройством ЧПУ для расчета компенсации смещения вала.Компенсация смещения по нормали к обрабатываемой поверхности существенноповышает точность и качество обработки, что особенно важно при чистовомсверлении, в инструментальной промышленности, при точной и ультраточнойобработке.
3, Опция М + измерениетемпературы на подшипниках
Для обеспечения надежной эксплуатации HF- шпинделей в течение длительноговремени их рабочее состояние контролируется датчиками температуры и вибраций,установленных на корпусе и на внешнем кольце подшипников с керамическимишариками. Датчики температуры PT100 и PT1000 поставляют три возможных сигнала:«Все в порядке», «Состояние критическое» и«Ошибка». Алгоритмы анализа сигналов могут различаться в зависимостиот приложения. Например, при «критическом состоянии» обработка можетбыть прервана на короткое время для снижения температуры мотора. Та же цельможет быть достигнута уменьшением глубины резания, следствием чего являетсяснижение потребляемой мощности и отдачи тепла. Такой анализ сигналов датчиковпроизводится системой ЧПУ и обеспечивает надежную работу также в условияхбезлюдного производства. При этом предотвращаются повреждения шпинделя и темсамым ненужные дорогостоящие простои.
высокоскоростноймеханический обработка инструмент шпиндель
/>
Рис. 2. Порядок точности– единицы μ обеспечивается датчиком (1) для измерения аксиального смещениявала шпинделя; 2 – датчик измерения температуры.
3. Контроль вибраций. Свойвзнос вносят и датчики вибраций. Документация и анализ вибраций, а также ихсравнение с эмпирически установленными граничными значениями производитсяпрограммно. Высокий уровень колебаний может быть обусловлен плохосбалансированным инструментом, неправильными параметрами обработки илиаварийной ситуацией. Датчики вибраций также поставляют три сообщения:«O.K.»- зеленый сигнал, «Предупреждение»- оранжевый и«Ошибка»- красный. При подключении к устройству ЧПУ возможен широкийконтроль, диагностика неисправностей и, посредством своевременного техническогообслуживания, предотвращение аварий и минимизация простоев. Замечание: Длятяжелых шпинделей датчики встраиваются в шпиндель, для малых шпинделей возможнотолько внешнее позиционирование.
4, Контроль системыкрепления инструмента
Для избежания поврежденийпри смене инструмента HF- шпиндели оснащаются по выбору пользователя цифровымиили аналоговыми датчиками в системе крепления инструмента. При этомраспознается качество зажима и отсутствие инструмента. Тем самым обеспечиваетсянадежная автоматическая смена инструмента в системах HSK, BT и BBT.
Замечание: регулируемыецифровые датчики стыкуются практически со всеми системами ЧПУ и PLC. Имеются вналичии аналоговые датчики с устанавливаемой пользователем обратной реакциейдля тяжелых шпинделей.
/>
Рис. 3. Надежностьавтоматической смены инструмента обеспечивается специальным сенсором
Моторныетехнологии IBAGиспользует самые современные и лучшие моторные технологии: переменный ток длявысокой мощности на средних и высоких скоростях, постоянный ток длямаксимального вращающего момента специально для низких скоростей вращения иминимальной передачи тепла от мотора к шпиндельному валу.
5. Обеспечение жесткости,точности и долгого срока шпинделя в широком диапазоне скоростей вращения
Подшипники шпинделей IBAGустанавливаются в различной конфигурации. Смазка масляным туманом или маслянаясмазка на весь срок службы. Тандем (ТД) — конфигурация подшипников являетсястандартной для малых и средних шпинделей. Она обеспечивает высочайшие скоростивращения шпинделей. «O»- конфигурация возможна для всех шпинделей.При использовании «O»- конфигурации максимальные скорости вращенияшпинделей слегка снижаются, зато обеспечивается одинаковая жесткость шпинделя вобоих аксиальных направлениях и меньшее динамическое смещение шпинделя.Типичным применением «O»- конфигурации является сверление.
O-ТД- конфигурацияприменяется, как правило, для тяжелых шпинделей и высоких вращающих моментовпри снятии больших объемов материала и использовании длинных инструментов.
Смазка масляным туманом висполнении IBAG означает подачу точно рассчитанного количествавоздушно-масляной смеси непосредственно на гибридные керамические подшипники.Смесь подготавливается к подаче в специальном механическом смесителе.
Некоторые шпинделиснабжены AI-смазкой. Минимальное количество масла подается через три отверстиямалых размеров в наружном кольце подшипника напрямую в область вращенияшариков. Этим оптимизируется смазка подшипников и снижается их нагрев. Рисуноксправа поясняет механизм AI-смазки. Воздушная прокладка защищает шпиндель отвнешних загрязнений.
6. Определяемый скоростьювращения предварительный натяг подшипников увеличивает срок службы шпинделя
Некоторые шпинделиоснащаются интегрированной гидравлической системой переменного зависимого отскорости вращения предварительного натяга подшипников. Эта система позволяетосуществлять точно контролируемый предварительный натяг шарикоподшипниковсмешанного типа с керамическими шариками. Так, для больших инструментов принизких скоростях вращения необходим высокий предварительный натяг дляобеспечения высокой жесткости и стабильности. При высоких оборотах и малыхинструментах правильным выбором будет низкий высокий предварительный натяг.Дополнительным эффектом правильно выбранного натяга является определяемоескоростью вращения демпфирование колебаний. Тем самым обеспечиваетсяоптимальное использование мощности шпинделя, длинный срок службы и болеевысокое качество обрабатываемой поверхности.
/>
Рис. 4. Оптимальноеиспользование мощности шпинделя, длинный срок службы и более высокое качествообрабатываемой поверхности обеспечивается управляемым гидравлическимпредварительного натяга подшипников зависимым от скорости вращения шпинделя
7. Опции охлажденияинструмента и заготовки
Для оптимальногоохлаждения инструмента и заготовки пользователь имеет возможность выбора междутремя вариантами подвода воздуха, масла и смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) вобласть резания.
Подвод охлаждающейжидкости TCW1
Оснащение шпинделя TCW1включает в себя от 4-х до 6-ти регулируемых форсунок на передней поверхностикорпуса шпинделя. СОЖ поступает на специальную муфту, расположенную на заднейповерхности шпинделя и движется через корпус шпинделя в область резания. Такоерешение подходит для подачи СОЖ для охлаждения инструмента и смыва стружки, атакже для подачи воздуха для обдува детали.
Дополнительный подводохлаждающей жидкости TCW2
TCW2 представляет собойдополнительную гибкую насадку на шпиндельной головке. Она используется, какправило, для подачи дополнительного охлаждающего средства, например, воздухаили масла для сверлильных операций, включая нарезание резьбы. TCW2 поставляетсяпрактически для всех средних и тяжелых шпинделей.
Подача СОЖ под давлениемчерез центр шпинделя: Опция W
Подвод СОЖ через центршпинделя и инструмент обеспечивает оптимальные условия резания. Охлаждение исмыв стружки происходит непосредственно в области режущих кромок инструмента,что предотвращает «обработку» стружки и поломку режущих кромок иулучшает качество обработанной поверхности. Данная опция особенно необходимапри сверлении глубоких отверстий и фрезеровании пазов и карманов. Опция Wпоставляется для давлений до 80 бар и скоростей вращения до 30 000 об/мин.
Оптимальныйвыбор параметров обработки:
Одним из наиболеетрудоемких моментов практического применения HSC является выбор оптимальных дляконкретного материала параметров обработки. Любая новая комбинация инструмент –заготовка требует огромного количества пробных проходов. Желаемый оптимум –минимальное время обработки при высочайшей точности, – связан с выборомоптимальной комбинации параметров обработки и инструмента для конкретногоматериала заготовки и формы обрабатываемой детали. При этом дажеудовлетворительный результат часто бывает далек от оптимального.
Для решения этойтрудоемкой задачи IBAG также предлагает свое решение — специально разработанноепрограммное обеспечение P-Calc, базирующееся на обширной базе данных,характеризующих материал заготовки, режущий инструмент и HSC-шпиндель. Расчетрежимов резания происходит по следующей схеме:
Задается материал заготовки из базыданных P-Calc. База данных содержит все необходимые для расчета характеризующиематериал константы.
Задается желаемый инструмент из базыданных P-Calc. База данных также содержит все необходимые для расчета данные,как, например, допускаемые и рекомендуемые скорости резания и подачи.
Задается геометрия обрабатываемойповерхности.
На основанииперечисленных исходных данных и базы данных P-Calc рассчитываются необходимыемощности и моменты шпинделя. Дополнительно рассчитываются радиальные иаксиальные силы резания, действующие на инструмент и HF-шпиндель. Следующимшагом является расчет оптимальных режимов резания и планирование наиболееподходящего для каждого конкретного приложения технологического процесса.
Кроме того, применениепрограммного обеспечения P-Calc позволяет избежать выбор недопустимых режимоврезания, ведущий к перегрузкам и, как следствие, к поломке шпинделя.
Применениетяжелых HF-шпинделей в авиакосмической и автомобильной промышленности
HSC-шпиндели IBAG широкоиспользуются в мировом станко, автомобиле- и авиастроении. В числе основныхклиентов IBAG Switzerland AG из числа мировых автомобильных гигантов можноупомянуть:
BMW, Германия, где на обрабатывающихцентрах, оснащенных шпинделями IBAG, изготовляются из алюминиевых отливокзадние оси для лимузина среднего класса 5-й серии
PSA (Peugeot — Пежо), Франция, где спомощью IBAG-шпинделей изготавливаются моторные блоки из алюминия. Шпинделивстроены в манипуляторы фирмы TRICEPT, которые в свою очередь являются частьюинновативных обрабатывающих центров. На этих уникальных станках производитсячистовая обработка поверхностей с параллельной работой шести шпинделей, которыевысверливают отверстия в головке цилиндров и коленчатом валу двигателя
Многочисленные детали длямеханического и электрического оснащения автомобилей изготавливаются с помощьюIBAG-шпинделей на предприятиях Delphi Automotive в США
Мировая авиационнаяпромышленность также пользуется преимуществами HSC-шпинделей IBAG:
На предприятиях Pratt&Whitney иLockheed шпиндели IBAG обрабатывают детали турбин и агрегатов
NASA использует шпиндели IBAG приизготовлении воздушно-космических аппаратов
Boeing в США и Airbus А380 в Европетакже являются заказчиками IBAG. На их предприятиях шпиндели IBAG встроены вобрабатывающие центры Ingersol для обработки большого спектра деталей изалюминия. Так, например, шпангоуты и стрингеры корпуса Airbus А380 полностьювыфрезеровываются из цельного металла. При этом высокие скорости вращенияшпинделей – до 60 000 об/мин при больших мощностях обеспечивают максимальныескорости резания и подачи. Этим минимизируется время обработки, ипредставляется возможность экономичного изготовления сложных деталей большихразмеров из цельного металла.
Мощность шпинделейпроизводства IBAG Switzerland AG достигает 195 кВт, скорости вращения до 100000 об/мин. Они оснащаются керамическими гибридными подшипниками в расположении«О» или «тандем». Опционально они оснащаются датчикамитемпературы и колебаний для контроля работоспособности. Активноепредварительное напряжение подшипников и демпфирование обеспечивает высочайшуюточность и качество обработанной поверхности. Подача охлаждающей жидкости черезцентр шпинделя позволяет возможность эффективного смыва стружки с режущихкромок инструмента, что особенно важно при снятии больших объемов алюминия.Этим обеспечивается высокая надежность процесса обработки. Таким образом,швейцарские шпиндели для HSC-обработки работают особенно надежно ипроизводительно в автомобильной и авиационной промышленности.
Высокоскоростнаяобработка HSC (High Speed Cutting) является залогом повышения точностиобработки и сокращения времени производственного цикла. Такая обработканемыслима без высококачественного шпинделя и соответствующего программногообеспечения. Этим обуславливается совместное участие швейцарского производителяHSC-шпинделей IBAG Switzerland AG и завоевавшего широкое признание в Россиипроизводителя программного обеспечения для высокоскоростной обработки DELCAM.
/>
Рис. 5. Фрезерная исверлильная обработка моторных блоков из чугуна и алюминия. IBAG-моторшпинделиперемещаются по линейным направляющим.
/>
Рис. 6. Обработкавысококачественной цельной детали из алюминия для Боинга и Аэробуса
/>
Рис. 7. Обработкастального литья для коленчатого вала и пресс-форм для корпуса автомобиля натяжелом обрабатывающем центре со встроенным IBAG-моторным шпинделем
Российский опыт
Описываемые в даннойстатье методы ВСО не являются фантастическими технологиями отдаленногобудущего, их можно реализовать на обычном предприятии уже сегодня! Так, навыставке «Металлообработка 2008» в Москве Ступинское предприятие ОАО «НПП«Аэросила» показало примеры получения алюминиевых деталей из цельной заготовки(рис. 23). В качестве примера мы покажем результаты обработки двух деталей изалюминиевого сплава: корпуса регулятора (табл. 2) и корпуса преобразователя(табл. 3). Обе детали обрабатывались на станке MAZAK Variaxes 630-5x при помощиинструментов фирм Sandvick, Seco и Horn. Как видно из таблиц, трудоемкость ивремя изготовления деталей снизилась даже не на десятки процентов, а внесколько раз! При этом потребное количество специальной технологическойоснастки сократилось с 10-20 единиц до нуля! Сопоставление показателейэффективности свидетельствует также о значительном снижении себестоимостипродукции.
Таблица 2. Корпусрегулятора
Показатель эффективности
Было
Стало Цикл изготовления (ч) 480 80 Трудоемкость (н.-ч) 180 10 Количество типов применяемого обрудования (шт.) 15 2 Количество технологов для разработки технологического процесса (чел.) 4 1 Трудоемкость разработки технологического процесса (чел.-ч) 320 80 Количество специальной оснастки для закрепления оснастки (ед.) 20
Таблица 3. Корпуспреобразователя
Показатель эффективности
Было
Стало Цикл изготовления (ч) 120 32 Трудоемкость (н.-ч) 37 5 Количество типов применяемого оборудования (шт.) 5 2 Количество технологов для разработки технологического процесса (чел.) 3 1 Трудоемкость разработки технологического процесса (чел.-ч) 80 30 Количество специальной оснастки для закрепления оснастки (ед.) 10
Вывод
Высокоскоростнаяобработка (ВСО) — это мощный метод механической обработки, который сочетаетвысокую подачу с высокими оборотами, специфическими инструментами испецифическими перемещениями инструмента. ВСО может сделать цикл производствабыстрее и получить превосходное качество обработки.
Повышениеэффективности высокоскоростной механической обработки требует углубленногоизучения физических явлений, протекающих при резании. Основными отличиями ВСОот традиционной механической обработки с физической точки зрения являются — преобладание быстротекущих динамических процессов, как в зоне резания, так и вупругой системе станка (УСС) и ярко выраженная нелинейность законов развитияэтих процессов.
Дляобеспечения надежных результатов и достижения максимального эффекта от ВСОнеобходимо пересмотреть подходы к исследованию, диагностике и управлениюпроцессами обработки, а также методов повышения эффективности механическойобработки.
Предложенынаилучший выбор режущих и вспомогательных инструментов; выбор станка длявысокоскоростной обработки, требования к нему; требования к CAM-системе, определению стратегии обработки, характера построения иредактирования траекторий, предотвращению врезаний; разновидности шпинделей иих эффективность.
Можноутверждать, что для успешного перехода от получения сложных деталей литьем крезанию необходимо очень серьезно отнестись ко всем трем составляющим успеха:станку, инструменту и CAM-системе. Только их правильная комбинация обеспечитвысокую производительность, точность и эффективность обработки, а ошибочнаяприведет к бесполезной трате времени и денег.