Le frese angolari vengono spesso utilizzate nella lavorazione di piccole superfici inclinate e componenti di precisione in vari settori. Sono particolarmente efficaci per compiti come la smussatura e la sbavatura di pezzi.
L'applicazione delle frese angolari per deformazione può essere spiegata attraverso principi trigonometrici. Di seguito presentiamo diversi esempi di programmazione per i comuni sistemi CNC.
1. Prefazione
Nella produzione vera e propria è spesso necessario smussare i bordi e gli angoli dei prodotti. Ciò può essere generalmente ottenuto utilizzando tre tecniche di lavorazione: programmazione dello strato della fresa frontale, programmazione della superficie della fresa a sfera o programmazione del contorno della fresa angolare. Con la programmazione dello strato della fresa, la punta dell'utensile tende a consumarsi rapidamente, riducendo la durata dell'utensile [1]. D'altro canto, la programmazione della superficie della fresa a sfera è meno efficiente e sia il metodo della fresa a candela che quello della fresa a sfera richiedono una programmazione macro manuale, che richiede un certo livello di abilità da parte dell'operatore.
La programmazione del profilo della fresa angolare, invece, richiede solo l'adattamento dei valori di compensazione della lunghezza utensile e della compensazione del raggio all'interno del programma di finitura del profilo. Ciò rende la programmazione del contorno della fresa angolare il metodo più efficiente tra i tre. Tuttavia, gli operatori spesso si affidano al taglio di prova per calibrare l'utensile. Determinano la lunghezza dell'utensile utilizzando il metodo di taglio di prova del pezzo in direzione Z dopo aver assunto il diametro dell'utensile. Questo approccio è applicabile solo a un singolo prodotto e richiede una ricalibrazione quando si passa a un prodotto diverso. Pertanto, esiste una chiara necessità di miglioramenti sia nel processo di calibrazione dello strumento che nei metodi di programmazione.
2. Introduzione delle frese angolari di deformazione comunemente utilizzate
La Figura 1 mostra un utensile per smussatura in metallo duro integrato, comunemente utilizzato per sbavare e smussare i bordi del contorno delle parti. Le specifiche comuni sono 60°, 90° e 120°.
Figura 1: Fresa per smussatura in metallo duro monopezzo
La Figura 2 mostra una fresa angolare integrata, che viene spesso utilizzata per lavorare piccole superfici coniche con angoli fissi nelle parti accoppiate delle parti. L'angolo della punta dell'utensile comunemente utilizzato è inferiore a 30°.
La Figura 3 mostra una fresa angolare di grande diametro con inserti indicizzabili, che viene spesso utilizzata per lavorare superfici inclinate più grandi di pezzi. L'angolo della punta dell'utensile è compreso tra 15° e 75° e può essere personalizzato.
3. Determinare il metodo di presetting utensile
I tre tipi di strumenti sopra menzionati utilizzano la superficie inferiore dello strumento come punto di riferimento per l'impostazione. L'asse Z viene stabilito come punto zero sulla macchina utensile. La Figura 4 illustra il punto di presetting utensile nella direzione Z.
Questo approccio di impostazione dell'utensile aiuta a mantenere una lunghezza dell'utensile costante all'interno della macchina, riducendo al minimo la variabilità e i potenziali errori umani associati al taglio di prova del pezzo.
4. Analisi dei principi
Il taglio comporta la rimozione del materiale in eccesso da un pezzo per creare trucioli, risultando in un pezzo con forma geometrica, dimensione e finitura superficiale definite. La fase iniziale del processo di lavorazione consiste nel garantire che l'utensile interagisca con il pezzo nel modo previsto, come illustrato nella Figura 5.
Figura 5 Fresa per smussare a contatto con il pezzo
La Figura 5 illustra che per consentire all'utensile di entrare in contatto con il pezzo da lavorare, è necessario assegnare una posizione specifica alla punta dell'utensile. Questa posizione è rappresentata sia dalle coordinate orizzontali che verticali sul piano, nonché dal diametro dell'utensile e dalla coordinata dell'asse Z nel punto di contatto.
La ripartizione dimensionale dell'utensile per smussare a contatto con il pezzo è illustrata in Figura 6. Il punto A indica la posizione richiesta. La lunghezza della linea BC è denominata LBC, mentre la lunghezza della linea AB è denominata LAB. Qui, LAB rappresenta la coordinata dell'asse Z dell'utensile e LBC indica il raggio dell'utensile nel punto di contatto.
Nella lavorazione pratica è possibile preimpostare inizialmente il raggio di contatto dell'utensile o la sua coordinata Z. Dato che l'angolo della punta dell'utensile è fisso, conoscere uno dei valori preimpostati consente di calcolare l'altro utilizzando i principi trigonometrici [3]. Le formule sono le seguenti: LBC = LAB * tan(angolo della punta dell'utensile/2) e LAB = LBC / tan(angolo della punta dell'utensile/2).
Ad esempio, utilizzando una fresa per smussatura in metallo duro monopezzo, se assumiamo che la coordinata Z dell'utensile sia -2, possiamo determinare i raggi di contatto per tre diversi utensili: il raggio di contatto per una fresa per smussatura da 60° è 2 * tan(30° ) = 1.155 mm, per una fresa per smussatura a 90° è 2 * tan(45°) = 2 mm, e per una fresa per smussatura a 120° è 2 * marrone chiaro(60°) = 3,464 mm.
Viceversa, se assumiamo che il raggio di contatto dell'utensile sia 4,5 mm, possiamo calcolare le coordinate Z dei tre utensili: la coordinata Z per la fresa per smusso a 60° è 4,5 / tan(30°) = 7,794, per la fresa per smusso a 90° per la fresa è 4,5 / tan(45°) = 4,5, e per la fresa per smusso da 120° è 4,5 / tan(60°) = 2.598.
La Figura 7 illustra la ripartizione dimensionale della fresa angolare monopezzo a contatto con il pezzo. A differenza della fresa per smussatura in metallo duro monopezzo, la fresa angolare monopezzo presenta un diametro inferiore sulla punta e il raggio di contatto dell'utensile deve essere calcolato come (LBC + diametro minore dell'utensile / 2). Il metodo di calcolo specifico è dettagliato di seguito.
La formula per calcolare il raggio di contatto dell'utensile prevede l'utilizzo della lunghezza (L), dell'angolo (A), della larghezza (B) e della tangente di metà dell'angolo della punta dell'utensile, sommata alla metà del diametro minore. Al contrario, ottenere la coordinata dell'asse Z comporta sottrarre metà del diametro minore dal raggio di contatto dell'utensile e dividere il risultato per la tangente di metà dell'angolo della punta dell'utensile. Ad esempio, utilizzando una fresa angolare integrata con dimensioni specifiche, come una coordinata dell'asse Z di -2 e un diametro minore di 2 mm, si otterranno raggi di contatto distinti per frese per smusso a vari angoli: una fresa da 20° produce un raggio di 1.352 mm, una fresa da 15° offre 1.263 mm e una fresa da 10° fornisce 1.175 mm.
Se consideriamo uno scenario in cui il raggio di contatto dell'utensile è impostato a 2,5 mm, le corrispondenti coordinate dell'asse Z per frese per smussi di diverso grado possono essere estrapolate come segue: per la fresa da 20°, si calcola a 8,506, per la fresa da 15° taglierina a 11.394, e per la taglierina da 10°, un ampio 17.145.
Questa metodologia è applicabile in modo coerente a varie figure o esempi, sottolineando la fase iniziale di accertamento del diametro effettivo dell'utensile. Nel determinare ilLavorazione CNCstrategia, la decisione tra dare priorità al raggio utensile preimpostato o alla regolazione dell'asse Z è influenzata dallacomponente in alluminioil design di. Negli scenari in cui il componente presenta una caratteristica a gradini, diventa fondamentale evitare interferenze con il pezzo regolando la coordinata Z. Al contrario, per le parti prive di caratteristiche a gradini, optare per un raggio di contatto dell’utensile più ampio è vantaggioso, promuovendo finiture superficiali superiori o una maggiore efficienza di lavorazione.
Le decisioni relative alla regolazione del raggio dell'utensile rispetto all'aumento della velocità di avanzamento Z si basano su requisiti specifici per le distanze di smusso e smusso indicate sul progetto della parte.
5. Esempi di programmazione
Dall'analisi dei principi di calcolo del punto di contatto dell'utensile, è evidente che quando si utilizza una fresa ad angolo di deformazione per la lavorazione di superfici inclinate, è sufficiente stabilire l'angolo della punta dell'utensile, il raggio minore dell'utensile e l'asse Z valore di impostazione dell'utensile o il raggio dell'utensile preimpostato.
La sezione seguente descrive le assegnazioni delle variabili per FANUC #1, #2, sistema CNC Siemens R1, R2, sistema CNC Okuma VC1, VC2 e sistema Heidenhain Q1, Q2, Q3. Dimostra come programmare componenti specifici utilizzando il metodo di immissione dei parametri programmabili di ciascun sistema CNC. I formati di input per i parametri programmabili dei sistemi CNC FANUC, Siemens, Okuma e Heidenhain sono dettagliati nelle tabelle da 1 a 4.
Nota:P indica il numero di compensazione utensile, mentre R indica il valore di compensazione utensile in modalità comando assoluto (G90).
Questo articolo utilizza due metodi di programmazione: numero di sequenza 2 e numero di sequenza 3. La coordinata dell'asse Z utilizza l'approccio di compensazione dell'usura della lunghezza dell'utensile, mentre il raggio di contatto dell'utensile applica il metodo di compensazione della geometria del raggio dell'utensile.
Nota:Nel formato dell'istruzione, "2" indica il numero dell'utensile, mentre "1" indica il numero del tagliente dell'utensile.
Questo articolo utilizza due metodi di programmazione, in particolare il numero di serie 2 e il numero di serie 3, con i metodi di compensazione della coordinata dell'asse Z e del raggio di contatto dell'utensile che rimangono coerenti con quelli menzionati in precedenza.
Il sistema CNC Heidenhain consente la regolazione diretta della lunghezza e del raggio dell'utensile dopo aver selezionato l'utensile. DL1 rappresenta la lunghezza dell'utensile aumentata di 1 mm, mentre DL-1 indica la lunghezza dell'utensile diminuita di 1 mm. Il principio per l'utilizzo del DR è coerente con i metodi sopra menzionati.
A scopo dimostrativo, tutti i sistemi CNC utilizzeranno un cerchio di φ40 mm come esempio per la programmazione del contorno. Di seguito è riportato l'esempio di programmazione.
5.1 Esempio di programmazione del sistema CNC Fanuc
Quando #1 è impostato sul valore preimpostato nella direzione Z, #2 = #1*tan (angolo della punta dell'utensile/2) + (raggio minore) e il programma è il seguente.
G10L11P (numero compensazione lunghezza utensile) R-#1
G10L12P (numero compensazione utensile raggio) R#2
G0X25Y10G43H (numero compensazione lunghezza utensile) Z0G01
G41D (numero compensazione utensile raggio) X20F1000
Y0
G02X20Y0 I-20
G01Y-10
G0Z50
Quando #1 è impostato sul raggio di contatto, #2 = [raggio di contatto - raggio minore]/tan (angolo della punta dell'utensile/2) e il programma è il seguente.
G10L11P (numero compensazione lunghezza utensile) R-#2
G10L12P (numero compensazione utensile raggio) R#1
G0X25Y10G43H (numero compensazione lunghezza utensile) Z0
G01G41D (numero compensazione utensile raggio) X20F1000
Y0
G02X20Y0I-20
G01Y-10
G0Z50
Nel programma, quando la lunghezza della superficie inclinata della parte è contrassegnata nella direzione Z, R nel segmento del programma G10L11 è "-#1-lunghezza direzione Z della superficie inclinata"; quando la lunghezza della superficie inclinata della parte è contrassegnata nella direzione orizzontale, R nel segmento del programma G10L12 è "+#1-lunghezza orizzontale superficie inclinata".
5.2 Esempio di programmazione del sistema CNC Siemens
Quando R1=valore preimpostato Z, R2=R1tan(angolo della punta dell'utensile/2)+(raggio minore), il programma è il seguente.
TC_DP12[numero utensile, numero tagliente]=-R1
TC_DP6[numero utensile, numero tagliente]=R2
G0X25Y10
Z0
G01G41D(numero compensazione utensile raggio)X20F1000
Y0
G02X20Y0I-20
G01Y-10
G0Z50
Quando R1=raggio di contatto, R2=[R1-raggio minore]/tan(angolo della punta dell'utensile/2), il programma è il seguente.
TC_DP12[numero utensile, numero tagliente]=-R2
TC_DP6[numero utensile, numero tagliente]=R1
G0X25Y10
Z0
G01G41D (numero compensazione utensile raggio) X20F1000Y0
G02X20Y0I-20
G01Y-10
G0Z50
Nel programma, quando la lunghezza dello smusso della parte è contrassegnata nella direzione Z, il segmento del programma TC_DP12 è "-R1-bevel Z-direction length"; quando la lunghezza dello smusso della parte è contrassegnata in direzione orizzontale, il segmento del programma TC_DP6 è "+R1-lunghezza orizzontale smusso".
5.3 Esempio di programmazione del sistema CNC Okuma Quando VC1 = valore preimpostato Z, VC2 = VC1tan (angolo della punta dell'utensile / 2) + (raggio minore), il programma è il seguente.
VTOFH [numero compensazione utensile] = -VC1
VTOFD [numero compensazione utensile] = VC2
G0X25Y10
G56Z0
G01G41D (numero compensazione utensile raggio) X20F1000
Y0
G02X20Y0I-20
G01Y-10
G0Z50
Quando VC1 = raggio di contatto, VC2 = (VC1-raggio minore) / tan (angolo della punta dell'utensile / 2), il programma è il seguente.
VTOFH (numero di compensazione utensile) = -VC2
VTOFD (numero compensazione utensile) = VC1
G0X25Y10
G56Z0
G01G41D (numero compensazione utensile raggio) X20F1000
Y0
G02X20Y0I-20
G01Y-10
G0Z50
Nel programma, quando la lunghezza della parte inclinata è contrassegnata nella direzione Z, il segmento del programma VTOFH è "-VC1-bevel Z-direction length"; quando la lunghezza dello smusso della parte è contrassegnata in direzione orizzontale, il segmento del programma VTOFD è “+VC1-lunghezza orizzontale smusso”.
5.4 Esempio di programmazione del sistema CNC Heidenhain
Quando Q1=valore preimpostato Z, Q2=Q1tan(angolo punta utensile/2)+(raggio minore), Q3=Q2-raggio utensile, il programma è il seguente.
TOOL “Numero utensile/nome utensile”DL-Q1 DR Q3
LX25Y10 FMAX
L Z0 FMAXL X20 Dx
LF1000
LY0
CCX0Y0
C X20Y0 R
LY-10
L Z50 FMAX
Quando Q1=raggio di contatto, Q2=(VC1-raggio minore)/tan(angolo della punta dell'utensile/2), Q3=Q1-raggio dell'utensile, il programma è il seguente.
UTENSILE “Numero utensile/nome utensile” DL-Q2 DR Q3
LX25Y10 FMAX
L Z0 FMAX
LX20RL F1000
LY0
CCX0Y0
C X20Y0 R
LY-10
L Z50 FMAX
Nel programma, quando la lunghezza dello smusso della parte è contrassegnata nella direzione Z, DL è "-Q1-lunghezza direzione Z dello smusso"; quando la lunghezza della smussatura della parte è contrassegnata nella direzione orizzontale, DR è “+Q3-lunghezza orizzontale smusso”.
6. Confronto dei tempi di elaborazione
I diagrammi delle traiettorie e i confronti dei parametri dei tre metodi di lavorazione sono mostrati nella Tabella 5. Si può vedere che l'uso della fresa per angoli di deformazione per la programmazione del contorno comporta tempi di lavorazione più brevi e una migliore qualità della superficie.
L'uso di frese angolari per deformazione risolve le sfide affrontate nella programmazione degli strati delle frese a candela e nella programmazione della superficie delle frese a sfera, inclusa la necessità di operatori altamente qualificati, una durata ridotta dell'utensile e una bassa efficienza di lavorazione. Implementando tecniche efficaci di impostazione e programmazione degli utensili, i tempi di preparazione della produzione vengono ridotti al minimo, con conseguente miglioramento dell'efficienza produttiva.
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Orario di pubblicazione: 23 ottobre 2024