Параметрическое управление подачей при фрезеровании сложных поверхностей на станках с ЧПУ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.914

ПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПОДАЧЕЙ ПРИ ФРЕЗЕРОВАНИИ СЛОЖНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НА СТАНКАХ С ЧПУ

А.М. Козлов, Г.Е. Малютин

Рассматривается проблема повышения производительности чистового фрезерования на станках с ЧПУ. При обработке на фрезерных станках с ЧПУ, при измене- нии траектории движения инструмента постоянно меняются геометрические пара- метры зоны резания, что приводит к изменениям сил резания. С целью компенсации этих изменений и приведения сил резания к оптимальным значениям необходимо корректировать подачу, в зависимости от изменения траектории движения инструмента.

Ключевые слова: объемное фрезерование, необработанные зоны, производительность.

На современных фрезерных станках с ЧПУ можно обрабатывать детали, как простой, так и сложной пространственной формы. Характерными представителями подобных деталей являются матрицы пресс-форм и штампов, технологический процесс изготовления которых можно разделить на два этапа, первый - послойная обработка концевыми фрезами, и второй - чистовая обработка фрезами со сферическим торцом. Разработка управляющих программ в настоящее время производится в САМ-системах (англ. Computer-aided manufacturing - автоматизированная система, предназначенная для подготовки управляющих программ). Но имеющиеся системы только определяют траекторию инструмента, не учитывая геометрических изменений зоны стружкообразования, что приводит к неоправданному увеличению времени механической обработки, ухудшению точности и качества обработки, снижению стойкости инструмента, а в некоторых случаях к аварийным ситуациям. Только в последних версиях САМ- систем разработчики частично начали решать эту проблему. Так, например в САМ-системе NX изменение подачи производится по наиболее низкому участку траектории (рис.1).

Но при данном способе регулирования не учитывается основные составляющие, влияющие на изменение силы резания, такие как изменение глубины резания, изменение кривизны обрабатываемой поверхности, изменение скорости.

При фрезеровании расчет изменения сил резания в зависимости от условий стружкообразования определяется по выражениям [7]

. , i

15,87 S Зуб„—-+ ~ '

dPS= 0,252^Кфу ф-фн)

1

2 Rфр.

80 +1 - 2arcsin

K

, (1)

Р = 0,252а,-Яфр.(фв -фн)ео8ф

ару = 0,252^Яфр. (фв

5,248Зуб

2Я

фр.

( 1 + 13Щ 80 + 1- 2агс8т—

ч К

, (2)

(

Фн)зш ф

5,245

зуб..

2 Я,

фр.

+ ¡^ (80 + 1 - 2 агсБт-!

. (3)

где г - количество зубьев фрезы; ог- - интенсивность напряжений при резании, Па; Г - глубина резания на произвольном участке [1]; ф - угол профиля фрезы; Яфр - радиус фрезы, мм; ¡з - степень износа зуба, мм; фв - угол между осью фрезы и верхней точкой пересечения лезвия с заготовкой; фн -угол между осью фрезы и нижней точкой пересечения лезвия с заготовкой [2, 5]; К - коэффициент утолщения стружки [3, 4]; Бзуб,, - подача на зуб.

Рис.1. Оптимизация подачи при чистовой обработке

Изменение силы резания на произвольных участках обрабатываемой поверхности формирует изменение погрешности механической обработки, которое определяется по выражению [6] А^С1 = ((0,252 о Яфр. (ф в -ф н)

х

15,87 5 з

зуб. х (ф в - ф н )

2 Я

фр.

+ I з

80 + 1 - 2 агс8т — К

у - 0,252 о ¡Яфр.

5,24 5

зуб.

2Я

фр.

+ I з Ъ

80 + 1 - 2 агггат — К у

С08 У )--+

г

г

г

г

(

+ (0,252оiRфр (j

в Тн А

15,87 S

зуб.

i

2 Rфр.

х cos y + 0,252оiRфр. (j

+ I3tgI 80 +1

2 . 1 ^ 2 arcsin —

K ,

х

(

х

5,24 S

зуб.

jн )х

2R

фр.

+ I3 tg I 80 +1 - 2 arcsin

K

• Zч sin y )—)

ЭГ 2,4ER4

х

фр.

X

1

^Z ^ 2 r ЭZ +

ЭХ

у

\2

(4)

v

Э7

+1

Формирование погрешности необходимо учитывать при разработке управляющей программы, при этом формирование траектории инструмента САМ-системы производят по ЭБ-моделям, которые строятся с номинальными размерами, а искажение траектории с учетом погрешности можно осуществить изменением программируемых размеров режущего инструмента по выражению

ДT

(5)

D..

D

фак.

■2-д N

2

где Бфак. - фактически используемый диаметр инструмента; Отех. - диаметр инструмента, используемый при проектировании программы в САМ-системе; ЛТ - допуск.

Но при этом необходимо учитывать, что при постоянной подаче резания параметры погрешности будут иметь не постоянные значения. По этой причине с целью обеспечения постоянства значений погрешности обработки, на протяжении всего обрабатываемого контура необходимо производить корректировку подачи инструмента.

Расчет подачи инструмента на произвольном участке обрабатываемой поверхности с учетом постоянства погрешности (из выражения (4)) определяется по выражению [6]

4,76 ER L А N V2 cos a2 + 1

фр.

о i (j в - j н )13 cos a

S

зуб .

- Iзtg (80 +1)+ 91з

(6)

15,87

2 R

фр .

+ 30 Iз sin

V 2,23

Данное выражение позволяет определять подачу на любом произвольном участке обрабатываемой поверхности, включая зоны с нарастающим припуском [1]. Но ее применение из-за громоздкости неприемлемо при автоматической разработке управляющих программ в САМ-системах, кроме того, в данном выражении заложен радиус обрабатываемой поверхности (в параметрах ? и в ф), который САМ-системы определяют в плоскостях ХУ, XI, У2, но объемная обработка производится не только в этих плоскостях.

t

в

3

l

1

t

t

Современные системы управления станками позволяют не только управлять траекторией инструмента, а так же производить математические расчеты, и для стабилизации процесса стружкообразования необходимо в управляющую программу дополнительно прописать расчетные блоки по определению режимов резания, при этом управление подачей производить не по выражению (6), а по коэффициенту коррекции

5

К. =

зуб . н . т

5

зуб .1

(7)

где 5зубнт - подача на наиболее низком участке; Бзубл - подача на произвольном участке.

Из данного выражения следует:

- на участке стенка коррекция подачи определяется по выражению

Км » 0,18««:^Ьп(Кдд + Я,,), (8)

- на участке дно

Кш »(0,006N + 4)ЯЙ31п(Яйд + Я,,). (9)

Выражения (8), (9) позволяют определять коррекцию подачи инструмента на протяжении всего обрабатываемого контура, а их структура приемлема для применения на станках с ЧПУ.

Выше было сказано, что системы САМ не могут определить кривизну траектории инструмента, поэтому эта задача может решаться системой ЧПУ станка следующем образом (рис. 2, 3):

1) система ЧПУ станка производит расчет кривизны траектории;

2) система ЧПУ станка определяет угол врезания инструмента;

3) система ЧПУ станка определяет положение инструмента на обрабатываемой траектории;

4) если инструмент находится на участке стенка, система ЧПУ производит обработку с подачей выражения (7);

5) иначе с подачей выражения (8).

Е5 = | Е6= | Е7= | Е(= |

Е9=ЕЗ | Е10=Е | ЕИ=А Е1£ = 9 Е13=( | Е14=А | Расчет радиуса траектории

Е15=Е Е16=й Е17=Т Е1Й = ( Е19=( | Его=й Определение угла врезания

1Г Е6 Определение положения инструмента

НМ: Е!1= Егг= ( Е£3 = Е£4= Е Б Обработка

вИ С9» I X I У 2 Г=Е£4 | стенки

1 В!1= | Е££ =( Е£з= | кг 4= Е Обработка

^ | С9» I X 1 V I 2 | Г=Е£7 | дна

Е1= Е3 = | Е4=

Рис. 2. Формирование события перемещения

62

Рис. 3. Обработка вогнутого контура

Проверка работоспособности разработанного программного обеспечения производилась на ЭБ-кинематической модели станка с системой ЧПУ 81КиМБЯ1К (ссылка на видео https://youtu.be/lNRDt6_ipf8). Проведенные эксперименты подтвердили работоспособность разработанного программного обеспечения, система ЧПУ с высокой точностью определяет участки с нарастающим припуском, регулирует режимы резания на всей траектории движения инструмента.

Список литературы

1. Козлов А.М., Малютин Г.Е. Повышение производительности объемного фрезерования необработанных зон // Сб. науч. статей V Меж-дунар. науч.-техн. конф. «Машиностроение - основа технологического развития России». Курск, 22 - 24 мая 201Э г. 201Э. С. Э07 - Э10.

2. Козлов А.М., Малютин Г.Е. Повышение производительности чистового объемного фрезерования на станках с ЧПУ // Наукоемкие технологии в машиностроении. 201Э. №11. С. 14 - 18.

3. Козлов А.М., Малютин Г.Е. Расчет коэффициента усадки стружки при чистовой обработке сферическими фрезами // Материалы III Международной научно-практической конференции «XXI век: фундаментальная наука и технологии. Москва, 23 - 24 января 2014 г. С. 89 - 94.

4. Козлов А.М., Малютин Г.Е. Повышение эффективности чистового объемного 3D фрезерования на станках с ЧПУ // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2014. №6. С. 39 - 43.

5. Козлов А.М., Малютин Г.Е. Повышение производительности фрезерования вогнутых поверхностей сложной формы на станках с ЧПУ // Вестник машиностроения. 2014. №12. С.71 - 75.

6. Козлов А.М., Малютин Г.Е. Расчет подачи при чистовом фрезеровании вогнутых поверхностей на станках с ЧПУ // Современные направления и перспективы развития технологий обработки и оборудования в машиностроении: материалы международной научно-технической конференции 14-15 сентября 2015 г. Севастополь: Севастопольский государственный университет, 2015. С. 40 - 45

7. Малютин Г.Е. Определение усилий резания при чистовой объемной обработке вогнутых поверхностей сложной формы сферическими фрезами на станках с ЧПУ // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2014. №4(306).С. 74 - 81.

Козлов Александр Михайлович, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, [email protected], Россия, Липецк, Липецкий государственный технический университет,

Малютин Геннадий Евгеньевич, асп., malgenaaramhler.ru, Россия, Липецк, Липецкий государственный технический университет

PARAMETRIC CONTROL OF FEEDINGS MILLING COMPLEX SURFACES ON CNC

MACHINES

A.M. Kozlov, E. G. Malyutin

The problem of improving the performance of fine milling on CNC machines. Is considered. When machining on milling machines with CNC when you change the tool path, constantly changing geometric parameters of the cutting zone, which leads to changes of cutting forces. To compensate for these changes and bring the forces to optimal values, it is necessary to adjust the flow depending on change of a trajectory of movement of the tool.

Key words: three-dimensional milling, zone, raw, performance.

Kozlov Alexander Mikhailovich, doctor of technical sciences, professor, head of chair, kam-48'a yandex. ru, Russia, Lipetsk, Lipetsk State Technical University,

Malyutin Gennady Evgenievich, postgraduate, malgenaaramhler. ru, Russia, Lipetsk, Lipetsk State Technical University