As fresas angulares são frequentemente empregadas na usinagem de pequenas superfícies inclinadas e componentes de precisão em vários setores. Eles são particularmente eficazes para tarefas como chanfrar e rebarbar peças.
A aplicação de fresas angulares de conformação pode ser explicada através de princípios trigonométricos. Abaixo apresentamos vários exemplos de programação para sistemas CNC comuns.
1. Prefácio
Na fabricação real, muitas vezes é necessário chanfrar as bordas e cantos dos produtos. Isso normalmente pode ser realizado usando três técnicas de processamento: programação da camada da fresa de topo, programação da superfície da fresa esférica ou programação do contorno da fresa angular. Com a programação de camadas da fresa de topo, a ponta da ferramenta tende a se desgastar rapidamente, levando a uma vida útil reduzida da ferramenta [1]. Por outro lado, a programação da superfície do cortador de esferas é menos eficiente, e ambos os métodos de fresa de topo e cortador de esferas requerem programação macro manual, o que exige um certo nível de habilidade do operador.
Por outro lado, a programação do contorno da fresa angular requer apenas ajustes na compensação do comprimento da ferramenta e nos valores de compensação do raio dentro do programa de acabamento de contorno. Isso torna a programação do contorno da fresa angular o método mais eficiente entre os três. No entanto, os operadores muitas vezes dependem de cortes experimentais para calibrar a ferramenta. Eles determinam o comprimento da ferramenta usando o método de corte de teste da peça na direção Z, após assumir o diâmetro da ferramenta. Esta abordagem só é aplicável a um único produto, necessitando de recalibração ao mudar para um produto diferente. Assim, há uma clara necessidade de melhorias tanto no processo de calibração de ferramentas quanto nos métodos de programação.
2. Introdução de fresas angulares de formação comumente usadas
A Figura 1 mostra uma ferramenta de chanframento de metal duro integrada, que é comumente usada para rebarbar e chanfrar as bordas de contorno das peças. As especificações comuns são 60°, 90° e 120°.
Figura 1: Fresa de chanfrar de metal duro de peça única
A Figura 2 mostra uma fresa de topo angular integrada, que é frequentemente usada para processar pequenas superfícies cônicas com ângulos fixos nas partes correspondentes das peças. O ângulo da ponta da ferramenta comumente usado é inferior a 30°.
A Figura 3 mostra uma fresa angular de grande diâmetro com pastilhas intercambiáveis, que é frequentemente usada para processar superfícies inclinadas maiores de peças. O ângulo da ponta da ferramenta é de 15° a 75° e pode ser personalizado.
3. Determine o método de configuração da ferramenta
Os três tipos de ferramentas mencionados acima utilizam a superfície inferior da ferramenta como ponto de referência para ajuste. O eixo Z é estabelecido como ponto zero na máquina-ferramenta. A Figura 4 ilustra o ponto de ajuste da ferramenta predefinido na direção Z.
Essa abordagem de configuração de ferramenta ajuda a manter o comprimento consistente da ferramenta dentro da máquina, minimizando a variabilidade e possíveis erros humanos associados ao corte experimental da peça de trabalho.
4. Análise de Princípios
O corte envolve a remoção do excesso de material de uma peça para criar cavacos, resultando em uma peça com forma geométrica, tamanho e acabamento superficial definidos. A etapa inicial do processo de usinagem é garantir que a ferramenta interaja com a peça da maneira pretendida, conforme ilustrado na Figura 5.
Figura 5 Fresa chanfradora em contato com a peça
A Figura 5 ilustra que para permitir que a ferramenta entre em contato com a peça, uma posição específica deve ser atribuída à ponta da ferramenta. Esta posição é representada pelas coordenadas horizontais e verticais no plano, bem como pelo diâmetro da ferramenta e pela coordenada do eixo Z no ponto de contato.
A divisão dimensional da ferramenta de chanframento em contato com a peça está representada na Figura 6. O ponto A indica a posição necessária. O comprimento da linha BC é designado como LBC, enquanto o comprimento da linha AB é referido como LAB. Aqui, LAB representa a coordenada do eixo Z da ferramenta e LBC denota o raio da ferramenta no ponto de contato.
Na usinagem prática, o raio de contato da ferramenta ou a sua coordenada Z podem ser predefinidos inicialmente. Dado que o ângulo da ponta da ferramenta é fixo, conhecer um dos valores predefinidos permite o cálculo do outro utilizando princípios trigonométricos [3]. As fórmulas são as seguintes: LBC = LAB * tan(ângulo da ponta da ferramenta/2) e LAB = LBC / tan(ângulo da ponta da ferramenta/2).
Por exemplo, usando uma fresa de chanfrar de metal duro de peça única, se assumirmos que a coordenada Z da ferramenta é -2, podemos determinar os raios de contato para três ferramentas diferentes: o raio de contato para uma fresa de chanfrar de 60° é 2 * tan(30° ) = 1,155 mm, para uma fresa de chanfrar de 90° é 2 * tan(45°) = 2 mm, e para uma fresa de chanfrar de 120° é 2 * tan(60°) = 3,464 mm.
Por outro lado, se assumirmos que o raio de contato da ferramenta é 4,5 mm, podemos calcular as coordenadas Z para as três ferramentas: a coordenada Z para a fresa com chanfro de 60° é 4,5 / tan(30°) = 7,794, para a fresa com chanfro de 90° fresa é 4,5 / tan(45°) = 4,5, e para a fresa chanfrada de 120° é 4,5 / bronzeado(60°) = 2,598.
A Figura 7 ilustra a divisão dimensional da fresa de topo angular inteiriça em contato com a peça. Ao contrário da fresa de chanfro de metal duro inteiriça, a fresa de topo angular inteiriça apresenta um diâmetro menor na ponta e o raio de contato da ferramenta deve ser calculado como (LBC + diâmetro menor da ferramenta / 2). O método de cálculo específico é detalhado abaixo.
A fórmula para calcular o raio de contato da ferramenta envolve usar o comprimento (L), o ângulo (A), a largura (B) e a tangente da metade do ângulo da ponta da ferramenta, somada à metade do diâmetro menor. Por outro lado, obter a coordenada do eixo Z implica subtrair metade do diâmetro menor do raio de contato da ferramenta e dividir o resultado pela tangente da metade do ângulo da ponta da ferramenta. Por exemplo, usar uma fresa de topo angular integrada com dimensões específicas, como uma coordenada do eixo Z de -2 e um diâmetro menor de 2 mm, produzirá raios de contato distintos para fresas de chanfro em vários ângulos: uma fresa de 20° produz um raio de 1,352 mm, uma fresa de 15° oferece 1,263 mm e uma fresa de 10° oferece 1,175 mm.
Se considerarmos um cenário onde o raio de contato da ferramenta é definido em 2,5 mm, as coordenadas do eixo Z correspondentes para fresas de chanfro de diferentes graus podem ser extrapoladas da seguinte forma: para a fresa de 20°, calcula-se para 8,506, para a fresa de 15° cortador para 11.394, e para o cortador de 10°, um extenso 17.145.
Esta metodologia é consistentemente aplicável em diversas figuras ou exemplos, ressaltando a etapa inicial de determinação do diâmetro real da ferramenta. Ao determinar oUsinagem CNCestratégia, a decisão entre priorizar o raio da ferramenta predefinido ou o ajuste do eixo Z é influenciada pelacomponente de alumínioprojeto. Em cenários onde o componente apresenta uma característica escalonada, torna-se imperativo evitar interferência com a peça de trabalho ajustando a coordenada Z. Por outro lado, para peças desprovidas de recursos escalonados, optar por um raio de contato da ferramenta maior é vantajoso, promovendo acabamentos superficiais superiores ou maior eficiência de usinagem.
As decisões relativas ao ajuste do raio da ferramenta versus o aumento da taxa de avanço Z são baseadas em requisitos específicos para as distâncias de chanfro e chanfro indicadas no projeto da peça.
5. Exemplos de programação
A partir da análise dos princípios de cálculo do ponto de contato da ferramenta, fica evidente que ao utilizar uma fresa angular de conformação para usinar superfícies inclinadas, é suficiente estabelecer o ângulo da ponta da ferramenta, o raio menor da ferramenta e o eixo Z. valor de configuração da ferramenta ou o raio da ferramenta predefinido.
A secção seguinte descreve as atribuições de variáveis para o FANUC #1, #2, sistema CNC Siemens R1, R2, sistema CNC Okuma VC1, VC2 e sistema Heidenhain Q1, Q2, Q3. Ele demonstra como programar componentes específicos usando o método de entrada de parâmetros programáveis de cada sistema CNC. Os formatos de entrada para os parâmetros programáveis dos sistemas CNC FANUC, Siemens, Okuma e Heidenhain estão detalhados nas Tabelas 1 a 4.
Observação:P indica o número de compensação da ferramenta, enquanto R indica o valor de compensação da ferramenta no modo de comando absoluto (G90).
Este artigo emprega dois métodos de programação: número de sequência 2 e número de sequência 3. A coordenada do eixo Z utiliza a abordagem de compensação de desgaste do comprimento da ferramenta, enquanto o raio de contato da ferramenta aplica o método de compensação da geometria do raio da ferramenta.
Observação:No formato da instrução, “2” significa o número da ferramenta, enquanto “1” denota o número da aresta da ferramenta.
Este artigo emprega dois métodos de programação, especificamente o número de série 2 e o número de série 3, com a coordenada do eixo Z e os métodos de compensação do raio de contato da ferramenta permanecendo consistentes com aqueles mencionados anteriormente.
O sistema CNC da Heidenhain permite ajustes diretos no comprimento e raio da ferramenta após a ferramenta ter sido selecionada. DL1 representa o comprimento da ferramenta aumentado em 1mm, enquanto DL-1 indica o comprimento da ferramenta diminuído em 1mm. O princípio de utilização da DR é consistente com os métodos acima mencionados.
Para fins de demonstração, todos os sistemas CNC utilizarão um círculo de φ40mm como exemplo para programação de contornos. O exemplo de programação é fornecido abaixo.
5.1 Exemplo de programação do sistema CNC Fanuc
Quando #1 é definido para o valor predefinido na direção Z, #2 = #1*tan (ângulo da ponta da ferramenta/2) + (raio menor), e o programa é o seguinte.
G10L11P (número de compensação de comprimento da ferramenta) R-#1
G10L12P (número de compensação do raio da ferramenta) R#2
G0X25Y10G43H (número de compensação de comprimento da ferramenta) Z0G01
G41D (número de compensação do raio da ferramenta) X20F1000
Y0
G02X20Y0 I-20
G01Y-10
G0Z50
Quando #1 é definido como raio de contato, #2 = [raio de contato - raio menor]/tan (ângulo da ponta da ferramenta/2), e o programa é o seguinte.
G10L11P (número de compensação de comprimento da ferramenta) R-#2
G10L12P (número de compensação do raio da ferramenta) R#1
G0X25Y10G43H (número de compensação de comprimento da ferramenta) Z0
G01G41D (número de compensação do raio da ferramenta) X20F1000
Y0
G02X20Y0I-20
G01Y-10
G0Z50
No programa, quando o comprimento da superfície inclinada da peça é marcado na direção Z, R no segmento do programa G10L11 é “-#1-comprimento da direção Z da superfície inclinada”; quando o comprimento da superfície inclinada da peça é marcado na direção horizontal, R no segmento do programa G10L12 é “+#1-comprimento horizontal da superfície inclinada”.
5.2 Exemplo de programação de sistema CNC Siemens
Quando R1=Z valor predefinido, R2=R1tan(ângulo da ponta da ferramenta/2)+(raio menor), o programa é o seguinte.
TC_DP12[número da ferramenta, número da aresta da ferramenta]=-R1
TC_DP6[número da ferramenta, número da aresta da ferramenta]=R2
G0X25Y10
Z0
G01G41D(número de compensação da ferramenta de raio)X20F1000
Y0
G02X20Y0I-20
G01Y-10
G0Z50
Quando R1=raio de contato, R2=[R1-raio menor]/tan(ângulo da ponta da ferramenta/2), o programa é o seguinte.
TC_DP12[número da ferramenta, número da aresta de corte]=-R2
TC_DP6[número da ferramenta, número da aresta de corte]=R1
G0X25Y10
Z0
G01G41D (número de compensação do raio da ferramenta) X20F1000Y0
G02X20Y0I-20
G01Y-10
G0Z50
No programa, quando o comprimento do chanfro da peça é marcado na direção Z, o segmento do programa TC_DP12 é “-R1-chanfro na direção Z”; quando o comprimento do chanfro da peça é marcado na direção horizontal, o segmento do programa TC_DP6 é “+R1-comprimento horizontal do chanfro”.
5.3 Exemplo de programação do sistema Okuma CNC Quando VC1 = valor predefinido Z, VC2 = VC1tan (ângulo da ponta da ferramenta / 2) + (raio menor), o programa é o seguinte.
VTOFH [número de compensação da ferramenta] = -VC1
VTOFD [número de compensação da ferramenta] = VC2
G0X25Y10
G56Z0
G01G41D (número de compensação do raio da ferramenta) X20F1000
Y0
G02X20Y0I-20
G01Y-10
G0Z50
Quando VC1 = raio de contato, VC2 = (VC1-raio menor) / tan (ângulo da ponta da ferramenta / 2), o programa é o seguinte.
VTOFH (número de compensação da ferramenta) = -VC2
VTOFD (número de compensação da ferramenta) = VC1
G0X25Y10
G56Z0
G01G41D (número de compensação do raio da ferramenta) X20F1000
Y0
G02X20Y0I-20
G01Y-10
G0Z50
No programa, quando o comprimento do chanfro da peça é marcado na direção Z, o segmento do programa VTOFH é “-VC1-chanfro na direção Z”; quando o comprimento do chanfro da peça é marcado na direção horizontal, o segmento do programa VTOFD é “+VC1-comprimento horizontal do chanfro”.
5.4 Exemplo de programação do sistema CNC Heidenhain
Quando Q1=valor predefinido Z, Q2=Q1tan(ângulo da ponta da ferramenta/2)+(raio menor), Q3=raio da ferramenta Q2, o programa é o seguinte.
FERRAMENTA “Número/nome da ferramenta”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
Quando Q1=raio de contato, Q2=(VC1-raio menor)/tan(ângulo da ponta da ferramenta/2), Q3=Q1-raio da ferramenta, o programa é o seguinte.
FERRAMENTA “Número/nome da ferramenta” 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
No programa, quando o comprimento do chanfro da peça é marcado na direção Z, DL é “comprimento da direção Z do chanfro-Q1”; quando o comprimento do chanfro da peça é marcado na direção horizontal, DR é “+Q3-comprimento horizontal do chanfro”.
6. Comparação do tempo de processamento
Os diagramas de trajetória e comparações de parâmetros dos três métodos de processamento são mostrados na Tabela 5. Pode-se observar que o uso da fresa angular de conformação para programação de contorno resulta em menor tempo de processamento e melhor qualidade superficial.
O uso de fresas angulares de conformação aborda os desafios enfrentados na programação de camadas de fresas de topo e na programação de superfícies de fresas esféricas, incluindo a necessidade de operadores altamente qualificados, vida útil reduzida da ferramenta e baixa eficiência de processamento. Ao implementar técnicas eficazes de configuração e programação de ferramentas, o tempo de preparação da produção é minimizado, levando a uma maior eficiência da produção.
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Horário da postagem: 23 de outubro de 2024