Les fraises d'angle sont fréquemment utilisées pour l'usinage de petites surfaces inclinées et de composants de précision dans diverses industries. Ils sont particulièrement efficaces pour des tâches telles que le chanfreinage et l'ébavurage de pièces.
L'application des fraises d'angle de formage peut être expliquée par des principes trigonométriques. Ci-dessous, nous présentons plusieurs exemples de programmation pour les systèmes CNC courants.
1. Préface
Dans la fabrication réelle, il est souvent nécessaire de chanfreiner les bords et les coins des produits. Cela peut généralement être accompli en utilisant trois techniques de traitement : la programmation des couches de fraises en bout, la programmation de la surface de la fraise à billes ou la programmation du contour de la fraise d'angle. Avec la programmation des couches de fraises, la pointe de l'outil a tendance à s'user rapidement, entraînant une durée de vie réduite de l'outil [1]. D'un autre côté, la programmation de la surface de la fraise à boule est moins efficace, et les méthodes de fraise en bout et de fraise à bille nécessitent une macro-programmation manuelle, ce qui exige un certain niveau de compétence de la part de l'opérateur.
En revanche, la programmation du contour d'une fraise d'angle nécessite uniquement des ajustements des valeurs de compensation de longueur d'outil et de compensation de rayon au sein du programme de finition de contour. Cela fait de la programmation du contour de la fraise d’angle la méthode la plus efficace parmi les trois. Cependant, les opérateurs s'appuient souvent sur des essais de coupe pour calibrer l'outil. Ils déterminent la longueur de l'outil à l'aide de la méthode de coupe d'essai de la pièce dans la direction Z après avoir pris en compte le diamètre de l'outil. Cette approche n'est applicable qu'à un seul produit, nécessitant un réétalonnage lors du passage à un autre produit. Il existe donc un besoin évident d’améliorations à la fois dans le processus d’étalonnage des outils et dans les méthodes de programmation.
2. Introduction des fraises d'angle de formage couramment utilisées
La figure 1 montre un outil de chanfreinage en carbure intégré, couramment utilisé pour ébavurer et chanfreiner les bords de contour des pièces. Les spécifications courantes sont 60°, 90° et 120°.
Figure 1 : Fraise à chanfreiner en carbure monobloc
La figure 2 montre une fraise angulaire intégrée, qui est souvent utilisée pour traiter de petites surfaces coniques avec des angles fixes dans les parties en contact des pièces. L'angle de pointe de l'outil couramment utilisé est inférieur à 30°.
La figure 3 montre une fraise d'angle de grand diamètre avec des plaquettes indexables, qui est souvent utilisée pour traiter de plus grandes surfaces inclinées de pièces. L'angle de la pointe de l'outil est de 15° à 75° et peut être personnalisé.
3. Déterminer la méthode de réglage de l'outil
Les trois types d'outils mentionnés ci-dessus utilisent la surface inférieure de l'outil comme point de référence pour le réglage. L'axe Z est établi comme point zéro sur la machine-outil. La figure 4 illustre le point de réglage prédéfini de l'outil dans la direction Z.
Cette approche de réglage des outils permet de maintenir une longueur d'outil constante dans la machine, minimisant ainsi la variabilité et les erreurs humaines potentielles associées à l'essai de coupe de la pièce.
4. Analyse des principes
La découpe implique l'élimination du surplus de matière d'une pièce pour créer des copeaux, ce qui donne une pièce avec une forme géométrique, une taille et une finition de surface définies. La première étape du processus d'usinage consiste à garantir que l'outil interagit avec la pièce de la manière prévue, comme illustré sur la figure 5.
Figure 5 Fraise à chanfreiner en contact avec la pièce
La figure 5 illustre que pour permettre à l'outil d'entrer en contact avec la pièce, une position spécifique doit être attribuée à la pointe de l'outil. Cette position est représentée par les coordonnées horizontales et verticales sur le plan, ainsi que par le diamètre de l'outil et la coordonnée de l'axe Z au point de contact.
Le découpage dimensionnel de l'outil de chanfreinage en contact avec la pièce est représenté sur la figure 6. Le point A indique la position souhaitée. La longueur de la ligne BC est désignée par LBC, tandis que la longueur de la ligne AB est appelée LAB. Ici, LAB représente la coordonnée de l'axe Z de l'outil et LBC désigne le rayon de l'outil au point de contact.
Dans l'usinage pratique, le rayon de contact de l'outil ou sa coordonnée Z peuvent être prédéfinis initialement. Étant donné que l'angle de pointe de l'outil est fixe, connaître l'une des valeurs prédéfinies permet de calculer l'autre selon les principes trigonométriques [3]. Les formules sont les suivantes : LBC = LAB * tan(angle de pointe d'outil/2) et LAB = LBC / tan(angle de pointe d'outil/2).
Par exemple, en utilisant une fraise à chanfreiner en carbure monobloc, si nous supposons que la coordonnée Z de l'outil est -2, nous pouvons déterminer les rayons de contact pour trois outils différents : le rayon de contact pour une fraise à chanfreiner à 60° est 2 * tan(30° ) = 1,155 mm, pour une fraise à chanfreiner à 90° c'est 2 * tan(45°) = 2 mm, et pour une fraise à chanfreiner à 120° c'est est 2 * bronzage (60°) = 3,464 mm.
A l'inverse, si l'on suppose que le rayon de contact de l'outil est de 4,5 mm, on peut calculer les coordonnées Z des trois outils : la coordonnée Z pour la fraise à chanfrein à 60° est 4,5 / tan(30°) = 7,794, pour la fraise à chanfrein à 90° fraise c'est 4,5 / tan(45°) = 4,5, et pour la fraise chanfrein 120° c'est 4,5 / bronzage(60°) = 2,598.
La figure 7 illustre la répartition dimensionnelle de la fraise angulaire monobloc en contact avec la pièce. Contrairement à la fraise à chanfrein en carbure monobloc, la fraise angulaire monobloc présente un diamètre plus petit à la pointe et le rayon de contact de l'outil doit être calculé comme suit (LBC + diamètre mineur de l'outil / 2). La méthode de calcul spécifique est détaillée ci-dessous.
La formule pour calculer le rayon de contact de l'outil implique d'utiliser la longueur (L), l'angle (A), la largeur (B) et la tangente de la moitié de l'angle de la pointe de l'outil, additionnée à la moitié du diamètre mineur. À l’inverse, pour obtenir la coordonnée de l’axe Z, il faut soustraire la moitié du petit diamètre du rayon de contact de l’outil et diviser le résultat par la tangente de la moitié de l’angle de la pointe de l’outil. Par exemple, l'utilisation d'une fraise d'angle intégrée avec des dimensions spécifiques, telles qu'une coordonnée sur l'axe Z de -2 et un diamètre mineur de 2 mm, produira des rayons de contact distincts pour les fraises à chanfrein à différents angles : une fraise de 20° donne un rayon de 1,352 mm, une fraise à 15° offre 1,263 mm et une fraise à 10° offre 1,175 mm.
Si nous considérons un scénario dans lequel le rayon de contact de l'outil est fixé à 2,5 mm, les coordonnées correspondantes de l'axe Z pour les fraises à chanfrein de différents degrés peuvent être extrapolées comme suit : pour la fraise à 20°, le calcul est de 8,506, pour la fraise à 15°. cutter à 11.394, et pour le cutter à 10°, un vaste 17.145.
Cette méthodologie est applicable de manière cohérente à travers diverses figures ou exemples, soulignant l'étape initiale consistant à vérifier le diamètre réel de l'outil. Lors de la détermination duUsinage CNCstratégie, la décision entre donner la priorité au rayon d'outil prédéfini ou à l'ajustement de l'axe Z est influencée par lacomposant en aluminiumla conception. Dans les scénarios où le composant présente une fonction étagée, il devient impératif d'éviter toute interférence avec la pièce en ajustant la coordonnée Z. À l’inverse, pour les pièces dépourvues de caractéristiques étagées, opter pour un rayon de contact d’outil plus grand est avantageux, favorisant des états de surface supérieurs ou une efficacité d’usinage améliorée.
Les décisions concernant l'ajustement du rayon de l'outil ou l'augmentation de la vitesse d'avance Z sont basées sur des exigences spécifiques concernant les distances de chanfrein et de biseau indiquées sur le plan de la pièce.
5. Exemples de programmation
De l'analyse des principes de calcul du point de contact de l'outil, il est évident que lors de l'utilisation d'une fraise à angle de formage pour usiner des surfaces inclinées, il suffit d'établir l'angle de la pointe de l'outil, le petit rayon de l'outil et soit l'axe Z. valeur de réglage de l'outil ou le rayon d'outil prédéfini.
La section suivante décrit les affectations de variables pour les systèmes CNC FANUC #1, #2, Siemens R1, R2, Okuma CNC VC1, VC2 et Heidenhain Q1, Q2, Q3. Il montre comment programmer des composants spécifiques à l'aide de la méthode de saisie des paramètres programmables de chaque système CNC. Les formats d'entrée pour les paramètres programmables des systèmes CNC FANUC, Siemens, Okuma et Heidenhain sont détaillés dans les tableaux 1 à 4.
Note:P désigne le numéro de compensation de l'outil, tandis que R indique la valeur de compensation de l'outil en mode commande absolue (G90).
Cet article utilise deux méthodes de programmation : le numéro de séquence 2 et le numéro de séquence 3. La coordonnée de l'axe Z utilise l'approche de compensation de l'usure de la longueur de l'outil, tandis que le rayon de contact de l'outil applique la méthode de compensation géométrique du rayon de l'outil.
Note:Dans le format d'instruction, « 2 » signifie le numéro de l'outil, tandis que « 1 » désigne le numéro du tranchant de l'outil.
Cet article utilise deux méthodes de programmation, en particulier le numéro de série 2 et le numéro de série 3, les méthodes de compensation des coordonnées de l'axe Z et du rayon de contact de l'outil restant cohérentes avec celles mentionnées précédemment.
Le système CNC Heidenhain permet des ajustements directs de la longueur et du rayon de l'outil une fois l'outil sélectionné. DL1 représente la longueur de l'outil augmentée de 1 mm, tandis que DL-1 indique la longueur de l'outil diminuée de 1 mm. Le principe d’utilisation de DR est cohérent avec les méthodes évoquées ci-dessus.
À des fins de démonstration, tous les systèmes CNC utiliseront un cercle de φ40 mm comme exemple pour la programmation des contours. L'exemple de programmation est fourni ci-dessous.
5.1 Exemple de programmation du système CNC Fanuc
Lorsque #1 est réglé sur la valeur prédéfinie dans la direction Z, #2 = #1*tan (angle de pointe de l'outil/2) + (rayon mineur), et le programme est le suivant.
G10L11P (numéro de compensation d'outil de longueur) R-#1
G10L12P (numéro de compensation d'outil de rayon) R#2
G0X25Y10G43H (numéro de compensation d'outil de longueur) Z0G01
G41D (numéro de compensation d'outil de rayon) X20F1000
Y0
G02X20Y0 I-20
G01Y-10
G0Z50
Lorsque #1 est réglé sur le rayon de contact, #2 = [rayon de contact - rayon mineur]/tan (angle de pointe de l'outil/2), et le programme est le suivant.
G10L11P (numéro de compensation d'outil de longueur) R-#2
G10L12P (numéro de compensation d'outil de rayon) R#1
G0X25Y10G43H (numéro de compensation d'outil de longueur) Z0
G01G41D (numéro de compensation d'outil de rayon) X20F1000
Y0
G02X20Y0I-20
G01Y-10
G0Z50
Dans le programme, lorsque la longueur de la surface inclinée de la pièce est marquée dans la direction Z, R dans le segment du programme G10L11 est « -#1-longueur de la surface inclinée dans la direction Z » ; lorsque la longueur de la surface inclinée de la pièce est marquée dans le sens horizontal, R dans le segment de programme G10L12 est « +#1-longueur horizontale de la surface inclinée ».
5.2 Exemple de programmation du système CNC Siemens
Lorsque R1=Z valeur prédéfinie, R2=R1tan(angle de pointe de l'outil/2)+(rayon mineur), le programme est le suivant.
TC_DP12[numéro d'outil, numéro d'arête d'outil]=-R1
TC_DP6[numéro d'outil, numéro d'arête d'outil]=R2
G0X25Y10
Z0
G01G41D (numéro de compensation d'outil de rayon) X20F1000
Y0
G02X20Y0I-20
G01Y-10
G0Z50
Lorsque R1=rayon de contact, R2=[R1-rayon mineur]/tan(angle de pointe de l'outil/2), le programme est le suivant.
TC_DP12[numéro d'outil, numéro de tranchant]=-R2
TC_DP6[numéro d'outil, numéro de tranchant]=R1
G0X25Y10
Z0
G01G41D (numéro de compensation d'outil de rayon) X20F1000Y0
G02X20Y0I-20
G01Y-10
G0Z50
Dans le programme, lorsque la longueur du biseau de la pièce est marquée dans la direction Z, le segment du programme TC_DP12 est « -R1-biseau longueur dans la direction Z » ; lorsque la longueur du biseau de la pièce est marquée dans le sens horizontal, le segment de programme TC_DP6 est « +R1-longueur horizontale du biseau ».
5.3 Exemple de programmation du système CNC Okuma Lorsque VC1 = valeur prédéfinie Z, VC2 = VC1tan (angle de pointe de l'outil / 2) + (rayon mineur), le programme est le suivant.
VTOFH [numéro de compensation d'outil] = -VC1
VTOFD [numéro de compensation d'outil] = VC2
G0X25Y10
G56Z0
G01G41D (numéro de compensation d'outil de rayon) X20F1000
Y0
G02X20Y0I-20
G01Y-10
G0Z50
Lorsque VC1 = rayon de contact, VC2 = (VC1-petit rayon) / tan (angle de pointe d'outil / 2), le programme est le suivant.
VTOFH (numéro de compensation d'outil) = -VC2
VTOFD (numéro de compensation d'outil) = VC1
G0X25Y10
G56Z0
G01G41D (numéro de compensation d'outil de rayon) X20F1000
Y0
G02X20Y0I-20
G01Y-10
G0Z50
Dans le programme, lorsque la longueur du biseau de la pièce est marquée dans la direction Z, le segment du programme VTOFH est « -VC1-biseau longueur dans la direction Z » ; lorsque la longueur du biseau de la pièce est marquée dans le sens horizontal, le segment du programme VTOFD est « +VC1-longueur horizontale du biseau ».
5.4 Exemple de programmation du système CNC Heidenhain
Lorsque Q1 = valeur prédéfinie Z, Q2 = Q1tan (angle de pointe de l'outil/2) + (rayon mineur), Q3 = rayon de l'outil Q2, le programme est le suivant.
OUTIL « Numéro d'outil/nom de l'outil »DL-Q1 DR Q3
L X25Y10 FMAX
L Z0 FMAXL X20 R
L F1000
L Y0
CC X0Y0
C X20Y0R
L Y-10
L Z50 FMAX
Lorsque Q1=rayon de contact, Q2=(VC1-rayon mineur)/tan(angle de pointe de l'outil/2), Q3=Q1-rayon de l'outil, le programme est le suivant.
OUTIL « Numéro d'outil/nom de l'outil » DL-Q2 DR Q3
L X25Y10 FMAX
L Z0 FMAX
L X20 RL F1000
L Y0
CC X0Y0
C X20Y0R
L Y-10
L Z50 FMAX
Dans le programme, lorsque la longueur du biseau de la pièce est marquée dans la direction Z, DL est « longueur dans la direction Z du biseau -Q1 » ; lorsque la longueur du biseau de la pièce est marquée dans le sens horizontal, DR est « longueur horizontale du biseau +Q3 ».
6. Comparaison des délais de traitement
Les diagrammes de trajectoire et les comparaisons de paramètres des trois méthodes de traitement sont présentés dans le tableau 5. On peut voir que l'utilisation de la fraise d'angle de formage pour la programmation des contours entraîne un temps de traitement plus court et une meilleure qualité de surface.
L'utilisation de fraises d'angle de formage répond aux défis rencontrés dans la programmation des couches de fraises en bout et de la programmation des surfaces de fraises à billes, notamment le besoin d'opérateurs hautement qualifiés, la durée de vie réduite des outils et la faible efficacité de traitement. En mettant en œuvre des techniques efficaces de réglage et de programmation des outils, le temps de préparation de la production est minimisé, conduisant à une efficacité de production améliorée.
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Heure de publication : 23 octobre 2024