一, Технический принцип: совместная работа много-осной связи и интерполяции в- реальном времени.
Геометрически нелинейные поверхности составляют сложные поверхности. Их кривизна и скручивание все время меняются в зависимости от того, где они находятся в пространстве. Поскольку ось инструмента фиксирована, традиционная трех-осевая обработка затрудняет предотвращение проблем, связанных с натягами и перерезками. Пяти-осевая рычажная обработка добавляет двойную ось вращения A/C (или B) к трем-осям X/Y/Z. Это позволяет изменять ось инструмента в реальном времени с помощью вектора нормали к поверхности, что называется «динамическим управлением вектором оси инструмента». Например, при обработке лопаток авиационного двигателя угол поворота оси инструмента должен постоянно поддерживаться в пределах ± 60 градусов. Стандартный подход к калибровке TCP (центральной точки инструмента) дает погрешность положения 0,02 мм. Алгоритм RTCP (центральная точка вращающегося инструмента), с другой стороны, использует преобразование координат, чтобы исправить ошибку движения станка и сделать позиционирование более точным с точностью до 0,005 мм.
Пяти-осевая обработка основана на технологии интерполяции-в реальном времени. Традиционная автономная линейная интерполяция требует разбиения поверхности на множество крошечных сегментов линий. Это делает файлы программ ЧПУ слишком большими и скорость обработки слишком низкой. Алгоритм интерполяции кривой NURBS (Non Uniform Rational B-Spline) используется современными системами ЧПУ для непосредственной оценки поверхностей параметров в моделях САПР и создания непрерывных траекторий инструмента. Например, система ЧПУ Siemens 840D использует интерполяцию NURBS в реальном-времени, чтобы сократить цикл интерполяции с 2 мс до 0,5 мс, что и требуется для высокоскоростной-обработки. Алгоритм адаптивного междурядья был использован для обработки внутренней панели средней стойки нового энергетического автомобиля. Этот алгоритм изменил размер шага в зависимости от кривизны, что снизило остаточные колебания высоты с 0,03 мм до 0,005 мм, улучшило значение Ra шероховатости поверхности с 0,8 мкм до 0,4 мкм, снизило коэффициент лобового сопротивления на 0,02 и сэкономило около 50 л топлива на транспортное средство в год.
2. Основная процедура представляет собой замкнутый-цикл управления от планирования пути до оптимизации параметров.
1. Планирование траектории инструмента
При обработке сложных поверхностей необходимо выбирать методы траектории в зависимости от формы поверхности.
Метод изометрического смещения лучше всего работает на базовой местности. Это гарантирует, что все траектории инструмента находятся на одинаковом расстоянии друг от друга, хотя это может привести к остаточным изменениям высоты в крутых местах.
Адаптивная обработка: изменение плотности траектории инструмента в зависимости от кривизны поверхности. Например, при работе с лопатками компрессора высокого-давления для определенного типа авиационного двигателя адаптивный алгоритм автоматически изменяет межстрочный интервал с 0,5 мм до 0,2 мм в градиентной области радиуса кривизны от R12 мм до R3 мм. Благодаря этому резка не зайдет слишком далеко и не вызовет проблем.
Контурная обработка: прокладывайте маршруты вдоль линий контура поверхности, подходящие для крутых поверхностей. Контурная техника была использована для ускорения обработки шагового подшипника лопасти ветряной турбины с 8 до 5 часов, а срок службы инструмента был увеличен на 30%.
2. Выбор правильных инструментов и настройка правильных параметров.
На качество обработки напрямую влияют геометрические параметры режущего инструмента:
Фреза со сферическим концом: хороша для точной обработки поверхностей-свободной формы, но режет медленно и может накапливаться стружка. При обработке конкретного блока цилиндров двигателя из алюминиевого сплава используется твердосплавная фреза со сферическим концом. Скорость резания установлена на уровне 1500 м/мин, скорость подачи установлена на 0,1 мм/зуб, а значение шероховатости поверхности Ra установлено на 0,2 мкм.
Фреза с плоским концом хороша для черновой обработки обычных поверхностей, поскольку она режет быстро, но может оставлять заусенцы на кромках. При обработке определенной шестерни коробки передач использовались керамические фрезы с плоским концом, а скорость резания была увеличена до 2000 м/мин. Это позволило увеличить скорость съема материала на 40%.
Коническая фреза отлично подходит для резки поверхностей с глубокими полостями, поскольку вы можете изменить угол конуса для лучшего удаления стружки. Фреза с конусом 15 градусов используется для обработки определенной полости формы, а глубина резания увеличивается с 5 мм до 8 мм. Это делает обработку на 25% более эффективной.
Чтобы получить наилучшие настройки резки, необходимо найти баланс между качеством и эффективностью:
Скорость резания. При работе с жаропрочными-сплавами слишком быстрая резка может привести к быстрому износу инструментов. При фрезеровании диска турбины из сплава Inconel 718 использовались режущие инструменты с покрытием AlTiN-, а скорость резания поддерживалась на уровне 60 м/мин. Благодаря этому срок службы инструмента увеличился: с 15 минут до 2 часов.
Скорость подачи. Если скорость подачи слишком высокая при работе с алюминиевыми сплавами, это может легко привести к появлению дефектов окалины. Скорость подачи при изготовлении лотка для аккумуляторной батареи нового энергетического автомобиля была изменена с 1000 мм/мин до 800 мм/мин с использованием параметров оптимизации методологии поверхности отклика. Значение шероховатости поверхности Ra также было снижено с 0,8 мкм до 0,4 мкм.
Глубина резания: при обработке титанового сплава слишком глубокая резка может легко вызвать наклеп. Для изготовления определенной искусственной вертлужной чаши использовался метод послойной резки. Каждый слой был срезан на глубину 0,2 мм, а общая глубина резания была изменена с 1 мм до 0,8 мм, что сделало поверхность на 10% тверже.
3. Выбор оборудования: вся цепочка, от точности станка до системы обнаружения.
1. Очень жесткий пяти-осевой обрабатывающий центр.
Для сложной обработки поверхностей станки должны иметь возможность быстро реагировать и быть стабильными, когда они нагреваются. Например, пятиосевой станок DMG MORI DMU 125 P имеет корпус из минерального литья, благодаря чему он на 50 % лучше поглощает удары. Скорость шпинделя может достигать 20 000 об/мин, что достаточно для удовлетворения-требований в высокоточной обработке лопаток авиационных двигателей. После того, как это оборудование появилось у одной компании, занимающейся изготовлением форм для автомобилей, время обработки полости формы сократилось со 120 часов до 48 часов, а стоимость инструментов снизилась на 35%.
2. Система измерения и компенсации онлайн
Чтобы быть уверенным в точности обработки, важно следить за происходящим в режиме реального времени и исправлять любые ошибки. Пятиосевой измерительный датчик Renishaw REVO- используется для обнаружения проблем с профилем зубьев на станке при обработке конкретной шестерни коробки передач. Технология ЧПУ автоматически компенсирует износ инструмента и термическую деформацию, что делает профиль зуба более точным (от IT7 до IT6) и снижает шум передачи на 3 дБ.
3. Хорошая система охлаждения и смазки.
При резке сложных поверхностей температура в месте соприкосновения инструмента и заготовки может быстро превысить 800 градусов, поэтому необходимо использовать микросмазку (MQL) или технологию низкотемпературной подачи холодного воздуха. Система MQL использовалась для обработки блока цилиндров двигателя из алюминиевого сплава. Это позволило снизить количество необходимой смазочно-охлаждающей жидкости с 20 л/ч до 0,5 л/ч, удвоить срок службы инструмента и сократить затраты на механическую обработку на 40%.
4. Промышленное применение: использование знаний из многих областей во всем: от аэрокосмической отрасли до транспортных средств на новых источниках энергии.
1. Лопатки авиационных двигателей.
Обработка пятиосного-рычажного механизма используется на лопатках компрессора высокого-давления определенного типа авиационного двигателя. Благодаря NURBS-интерполяции и адаптивному планированию траектории точность поверхности повышается с ± 0,02 мм до ± 0,005 мм, тяга двигателя увеличивается на 3 %, а расход топлива снижается на 1,5 %.
2. Аккумуляторный отсек для транспортных средств на новых источниках энергии.
Специальный аккумуляторный отсек изготовлен из алюминиевого сплава 6061. Высокоскоростное-фрезерование и обработка старением Т6 повышают прочность на разрыв с 280 МПа до 380 МПа, что отвечает требованиям как по безопасности, так и по легкому весу.
3. Кронштейн интеллектуального датчика движения.
Некоторые кронштейны для лазерных радаров изготовлены из титанового сплава. Понизить значение шероховатости поверхности Ra с 0,8 мкм до 0,1 мкм можно с помощью пятиосной обработки и электрохимической полировки. Это также снижает потери при передаче сигнала на 5% и повышает точность позиционирования на 0,01 градуса.
