Efektywne zastosowanie frezów kątowych do obróbki skrawaniem

Frezy kątowe są często stosowane w obróbce małych nachylonych powierzchni i precyzyjnych elementów w różnych gałęziach przemysłu. Są szczególnie skuteczne przy zadaniach takich jak fazowanie i gratowanie detali.

Zastosowanie frezów kątowych do formowania można wyjaśnić za pomocą zasad trygonometrycznych. Poniżej prezentujemy kilka przykładów programowania dla popularnych systemów CNC.

1. Przedmowa

W rzeczywistej produkcji często konieczne jest fazowanie krawędzi i narożników produktów. Można to zazwyczaj osiągnąć za pomocą trzech technik przetwarzania: programowanie warstwy frezu walcowo-czołowego, programowanie powierzchni frezu kulowego lub programowanie konturu frezu kątowego. W przypadku programowania warstwy frezu palcowego końcówka narzędzia ma tendencję do szybkiego zużywania się, co prowadzi do zmniejszenia trwałości narzędzia [1]. Z drugiej strony programowanie powierzchni frezu kulowego jest mniej wydajne, a zarówno metody frezowania walcowo-czołowego, jak i frezu kulowego wymagają ręcznego programowania makr, co wymaga pewnego poziomu umiejętności od operatora.

Natomiast programowanie konturu frezu kątowego wymaga jedynie dopasowania wartości kompensacji długości narzędzia i kompensacji promienia w programie obróbki wykańczającej konturu. To sprawia, że ​​programowanie konturu frezu kątowego jest najbardziej efektywną metodą spośród trzech. Jednak operatorzy często polegają na cięciu próbnym w celu kalibracji narzędzia. Określają długość narzędzia metodą próbnego skrawania przedmiotu w kierunku Z po przyjęciu średnicy narzędzia. To podejście ma zastosowanie tylko do pojedynczego produktu i wymaga ponownej kalibracji w przypadku zmiany na inny produkt. Zatem istnieje wyraźna potrzeba udoskonalenia zarówno procesu kalibracji narzędzi, jak i metod programowania.

2. Wprowadzenie powszechnie stosowanych frezów kątowych do obróbki plastycznej

Rysunek 1 przedstawia zintegrowane narzędzie do fazowania z węglików spiekanych, które jest powszechnie używane do usuwania zadziorów i fazowania krawędzi konturowych części. Typowe specyfikacje to 60°, 90° i 120°.

Rysunek 1: Jednoczęściowy frez do fazowania z węglików spiekanych

Rysunek 2 przedstawia zintegrowany frez kątowy, który jest często używany do obróbki małych powierzchni stożkowych o stałych kątach w współpracujących częściach części. Powszechnie stosowany kąt wierzchołka narzędzia jest mniejszy niż 30°.

Rysunek 3 przedstawia frez kątowy o dużej średnicy z płytkami wymiennymi, który jest często używany do obróbki większych nachylonych powierzchni części. Kąt wierzchołka narzędzia wynosi od 15° do 75° i można go dostosować.

3. Określ sposób ustawiania narzędzia

Trzy wymienione powyżej typy narzędzi wykorzystują dolną powierzchnię narzędzia jako punkt odniesienia do ustawiania. Oś Z ustalana jest jako punkt zerowy na obrabiarce. Rysunek 4 przedstawia zadany punkt ustawienia narzędzia w kierunku Z.

Takie podejście do ustawiania narzędzi pomaga utrzymać stałą długość narzędzia w maszynie, minimalizując zmienność i potencjalne błędy ludzkie związane z próbnym skrawaniem przedmiotu obrabianego.

4. Analiza zasad

Cięcie polega na usunięciu nadmiaru materiału z przedmiotu obrabianego w celu utworzenia wiórów, w wyniku czego powstaje przedmiot o określonym kształcie geometrycznym, rozmiarze i wykończeniu powierzchni. Początkowym krokiem w procesie obróbki jest zapewnienie interakcji narzędzia z przedmiotem obrabianym w zamierzony sposób, jak pokazano na rysunku 5.

Rysunek 5 Frez do fazowania w kontakcie z przedmiotem obrabianym

Rysunek 5 pokazuje, że aby umożliwić kontakt narzędzia z przedmiotem obrabianym, końcówce narzędzia należy przypisać określone położenie. Położenie to jest reprezentowane zarówno przez współrzędne poziome, jak i pionowe na płaszczyźnie, a także średnicę narzędzia i współrzędną osi Z w punkcie styku.

Rozkład wymiarowy narzędzia fazującego stykającego się z częścią przedstawiono na rysunku 6. Punkt A wskazuje wymagane położenie. Długość linii BC oznaczono jako LBC, natomiast długość linii AB jako LAB. Tutaj LAB reprezentuje współrzędną osi Z narzędzia, a LBC oznacza promień narzędzia w punkcie styku.

W praktyce obróbki można wstępnie ustawić promień styku narzędzia lub jego współrzędną Z. Biorąc pod uwagę, że kąt ostrza narzędzia jest stały, znajomość jednej z zadanych wartości pozwala na obliczenie drugiej z wykorzystaniem zasad trygonometrycznych [3]. Wzory są następujące: LBC = LAB * tan (kąt ostrza narzędzia/2) i LAB = LBC / tan (kąt wierzchołka narzędzia/2).

Na przykład, używając jednoczęściowego frezu do fazowania z węglików spiekanych, jeśli założymy, że współrzędna Z narzędzia wynosi -2, możemy określić promienie styku dla trzech różnych narzędzi: promień styku dla frezu do fazowania 60° wynosi 2 * tan(30° ) = 1,155 mm, dla frezu do fazowania 90° jest to 2 * tan(45°) = 2 mm, a dla frezu do fazowania 120° jest to 2 * tan(60°) = 3,464 mm.

I odwrotnie, jeśli przyjmiemy, że promień styku narzędzia wynosi 4,5 mm, możemy obliczyć współrzędne Z dla trzech narzędzi: współrzędna Z dla frezu do fazowania 60° wynosi 4,5 / tan(30°) = 7,794, dla fazowania 90° freza wynosi 4,5 / tan(45°) = 4,5, a dla frezu do fazowania 120° wynosi 4,5 / tan(60°) = 2,598.

Rysunek 7 ilustruje rozkład wymiarowy jednoczęściowego frezu kątowego stykającego się z częścią. W przeciwieństwie do jednoczęściowego frezu do fazowania z węglików spiekanych, jednoczęściowy kątowy frez palcowy ma mniejszą średnicę na czubku, a promień styku narzędzia należy obliczać jako (LBC + mniejsza średnica narzędzia / 2). Konkretną metodę obliczeń opisano szczegółowo poniżej.

Wzór na obliczenie promienia styku narzędzia obejmuje długość (L), kąt (A), szerokość (B) i tangens połowy kąta wierzchołka narzędzia, zsumowane przez połowę mniejszej średnicy. I odwrotnie, uzyskanie współrzędnej osi Z polega na odjęciu połowy mniejszej średnicy od promienia styku narzędzia i podzieleniu wyniku przez tangens połowy kąta wierzchołka narzędzia. Na przykład, użycie zintegrowanego frezu kątowego o określonych wymiarach, takich jak współrzędna osi Z wynosząca -2 i mniejsza średnica 2 mm, zapewni różne promienie styku dla frezów do fazowania pod różnymi kątami: frez 20° daje promień 1,352 mm, frez 15° zapewnia 1,263 mm, a frez 10° zapewnia 1,175 mm.

Jeśli weźmiemy pod uwagę scenariusz, w którym promień styku narzędzia jest ustawiony na 2,5 mm, odpowiednie współrzędne osi Z dla frezów do fazowania o różnym stopniu można ekstrapolować w następujący sposób: dla frezu 20° oblicza się to na 8,506, dla frezu 15° frez do 11.394, a dla frezu 10° rozbudowany 17.145.

Metodologię tę można konsekwentnie zastosować na różnych rysunkach i przykładach, co podkreśla początkowy etap polegający na ustaleniu rzeczywistej średnicy narzędzia. Przy ustalaniuObróbka CNCstrategii, na decyzję pomiędzy priorytetem ustawionego promienia narzędzia a regulacją osi Z ma wpływelement aluminiowyprojekt. W scenariuszach, w których komponent wykazuje cechę schodkową, konieczne staje się unikanie kolizji z przedmiotem obrabianym poprzez dostosowanie współrzędnej Z. I odwrotnie, w przypadku części pozbawionych elementów stopniowanych korzystny jest wybór większego promienia styku narzędzia, co zapewnia doskonałe wykończenie powierzchni lub zwiększoną wydajność obróbki.

Decyzje dotyczące dostosowania promienia narzędzia w porównaniu ze zwiększeniem szybkości posuwu Z opierają się na konkretnych wymaganiach dotyczących odległości fazowania i ukosowania wskazanych na planie części.

5. Przykłady programowania

Z analizy zasad obliczania punktu styku narzędzia wynika, że ​​w przypadku zastosowania frezu kątowego do obróbki powierzchni pochyłych wystarczy ustalić kąt wierzchołkowy narzędzia, promień mniejszy narzędzia oraz albo oś Z wartość ustawienia narzędzia lub zadany promień narzędzia.

W poniższej sekcji omówiono przypisania zmiennych dla systemów FANUC #1, #2, systemów CNC firmy Siemens R1, R2, systemów CNC Okuma VC1, VC2 i systemów Heidenhain Q1, Q2, Q3. Pokazuje, jak programować określone komponenty przy użyciu metody wprowadzania programowalnych parametrów każdego systemu CNC. Formaty wejściowe programowalnych parametrów systemów CNC FANUC, Siemens, Okuma i Heidenhain są szczegółowo opisane w tabelach od 1 do 4.

Notatka:P oznacza numer kompensacji narzędzia, natomiast R wskazuje wartość kompensacji narzędzia w trybie poleceń bezwzględnych (G90).

W artykule zastosowano dwie metody programowania: numer kolejny 2 i numer kolejny 3. Współrzędna osi Z wykorzystuje metodę kompensacji zużycia długości narzędzia, natomiast promień styku narzędzia stosuje metodę kompensacji geometrii promienia narzędzia.

Notatka:W formacie instrukcji „2” oznacza numer narzędzia, natomiast „1” oznacza numer ostrza narzędzia.

W tym artykule zastosowano dwie metody programowania, w szczególności numer seryjny 2 i numer seryjny 3, przy czym metody kompensacji współrzędnej osi Z i promienia styku narzędzia pozostają spójne z metodami wspomnianymi wcześniej.

System CNC Heidenhain pozwala na bezpośrednie dostosowanie długości i promienia narzędzia po jego wybraniu. DL1 oznacza długość narzędzia zwiększoną o 1 mm, natomiast DL-1 oznacza długość narzędzia zmniejszoną o 1 mm. Zasada stosowania DR jest zgodna z powyższymi metodami.

W celach demonstracyjnych wszystkie systemy CNC będą wykorzystywać okrąg o średnicy φ40 mm jako przykład do programowania konturów. Przykład programowania znajduje się poniżej.

5.1 Przykład programowania systemu CNC Fanuc

Gdy #1 jest ustawiony na wstępnie ustawioną wartość w kierunku Z, #2 = #1*tan (kąt wierzchołka narzędzia/2) + (mniejszy promień), a program wygląda następująco.
G10L11P (numer kompensacji długości narzędzia) R-#1
G10L12P (numer kompensacji narzędzia promienia) R#2
G0X25Y10G43H (numer kompensacji długości narzędzia) Z0G01
G41D (numer kompensacji narzędzia promieniowego) X20F1000
Y0
G02X20Y0 I-20
G01Y-10
G0Z50
Gdy #1 jest ustawiony na promień styku, #2 = [promień styku - mniejszy promień]/tg (kąt wierzchołka narzędzia/2), a program wygląda następująco.
G10L11P (numer kompensacji długości narzędzia) R-#2
G10L12P (numer kompensacji narzędzia promienia) R#1
G0X25Y10G43H (numer kompensacji długości narzędzia) Z0
G01G41D (numer kompensacji narzędzia promieniowego) X20F1000
Y0
G02X20Y0I-20
G01Y-10
G0Z50

W programie, gdy długość nachylonej powierzchni części jest oznaczona w kierunku Z, R w segmencie programu G10L11 to „-#1-długość powierzchni nachylonej w kierunku Z”; gdy długość nachylonej powierzchni części jest zaznaczona w kierunku poziomym, R w segmencie programu G10L12 to „+#1-długość pozioma powierzchni nachylonej”.

5.2 Przykład programowania systemu CNC firmy Siemens

Gdy R1=wartość zadana Z, R2=R1tan(kąt wierzchołka narzędzia/2)+(mały promień), program wygląda następująco.
TC_DP12[numer narzędzia, numer ostrza narzędzia]=-R1
TC_DP6[numer narzędzia, numer ostrza narzędzia]=R2
G0X25Y10
Z0
G01G41D (numer kompensacji narzędzia promienia) X20F1000
Y0
G02X20Y0I-20
G01Y-10
G0Z50
Gdy R1=promień styku, R2=[R1-mniejszy promień]/tan(kąt wierzchołka narzędzia/2), program wygląda następująco.
TC_DP12[numer narzędzia, numer ostrza]=-R2
TC_DP6[numer narzędzia, numer ostrza]=R1
G0X25Y10
Z0
G01G41D (numer kompensacji narzędzia promieniowego) X20F1000Y0
G02X20Y0I-20
G01Y-10
G0Z50
W programie, gdy długość skosu części jest zaznaczona w kierunku Z, segment programu TC_DP12 to „Długość -R1-skosu w kierunku Z”; gdy długość skosu części jest zaznaczona w kierunku poziomym, segment programu TC_DP6 ma wartość „+R1-długość pozioma skosu”.

5.3 Przykład programowania systemu Okuma CNC Gdy VC1 = wartość zadana Z, VC2 = VC1tan (kąt wierzchołka narzędzia / 2) + (mniejszy promień), program wygląda następująco.

VTOFH [numer kompensacji narzędzia] = -VC1
VTOFD [numer kompensacji narzędzia] = VC2
G0X25Y10
G56Z0
G01G41D (numer kompensacji narzędzia promieniowego) X20F1000
Y0
G02X20Y0I-20
G01Y-10
G0Z50
Gdy VC1 = promień styku, VC2 = (VC1-mniejszy promień) / tan (kąt wierzchołka narzędzia / 2), program wygląda następująco.
VTOFH (numer kompensacji narzędzia) = -VC2
VTOFD (numer kompensacji narzędzia) = VC1
G0X25Y10
G56Z0
G01G41D (numer kompensacji narzędzia promieniowego) X20F1000
Y0
G02X20Y0I-20
G01Y-10
G0Z50
W programie, gdy długość skosu części jest zaznaczona w kierunku Z, segment programu VTOFH to „-VC1-długość skosu w kierunku Z”; gdy długość skosu części jest zaznaczona w kierunku poziomym, segment programu VTOFD to „+VC1-długość pozioma skosu”.

5.4 Przykład programowania systemu CNC firmy Heidenhain

Gdy Q1=wartość zadana Z, Q2=Q1tan(kąt wierzchołka narzędzia/2)+(mały promień), Q3=Q2-promień narzędzia, program wygląda następująco.
NARZĘDZIE „Numer narzędzia/nazwa narzędzia”DL-Q1 DR Q3
L X25Y10 FMAX
L Z0 FMAXL X20 R
L F1000
L Y0
CC X0Y0
C X20Y0 R
L Y-10
L Z50 FMAX
Gdy Q1=promień styku, Q2=(VC1-mniejszy promień)/tan(kąt wierzchołka narzędzia/2), Q3=Q1-promień narzędzia, program wygląda następująco.
NARZĘDZIE „Numer narzędzia/nazwa narzędzia” DL-Q2 DR Q3
L X25Y10 FMAX
L Z0 FMAX
L X20 RL F1000
L Y0
CC X0Y0
C X20Y0 R
L Y-10
L Z50 FMAX
W programie, gdy długość skosu części jest zaznaczona w kierunku Z, DL to „długość -Q1-skosu w kierunku Z”; gdy długość skosu części jest zaznaczona w kierunku poziomym, DR wynosi „+Q3-długość pozioma skosu”.

6. Porównanie czasu przetwarzania

Wykresy trajektorii i porównania parametrów trzech metod obróbki przedstawiono w tabeli 5. Można zauważyć, że zastosowanie frezu kątowego do programowania konturu skutkuje krótszym czasem obróbki i lepszą jakością powierzchni.

Zastosowanie frezów kątowych do formowania rozwiązuje wyzwania stojące przed programowaniem warstw frezów walcowo-czołowych i programowaniem powierzchni frezów kulowych, w tym zapotrzebowanie na wysoko wykwalifikowanych operatorów, zmniejszoną żywotność narzędzia i niską wydajność przetwarzania. Wdrażając efektywne techniki ustawiania narzędzi i programowania, czas przygotowania produkcji jest minimalizowany, co prowadzi do zwiększenia wydajności produkcji.

Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej, zapraszamy do kontaktu info@anebon.com

Głównym celem Anebon będzie zaoferowanie naszym klientom poważnych i odpowiedzialnych relacji biznesowych, zapewniając im wszystkim spersonalizowaną uwagę w zakresie nowego projektowania mody dla OEM Shenzhen Precision Hardware Factory Custom FabricationProces produkcyjny CNC, precyzjaczęści odlewane ciśnieniowo z aluminium, usługa prototypowania. Tutaj możesz odkryć najniższą cenę. Otrzymasz tutaj także produkty i rozwiązania dobrej jakości oraz fantastyczną obsługę! Nie powinieneś wahać się przed skontaktowaniem się z Anebonem!