Выбор стратегии черновой обработки заготовки на фрезерном станке с ЧПУ является весомым фактором, определяющим эффективность производственного цикла и ряд других аспектов эксплуатации оборудования. Так, для примера, выбор оптимальной стратегии подобных процессов позволяет в разы (4-7) сократить время на выполнение тех или иных задач. Кроме того, от нее помимо времени работы зависят также ресурсы инструмента и непосредственно станка.

Именно поэтому не стоит недооценивать важность правильного выбора стратегии черновой обработки ЧПУ-фрезером и правильного подбора инструмента.

Детальнее разберем совокупные факторы, определяющие постоянство режимов обработки.

 

Черновая обработка ЧПУ и ее зависимость от различных факторов

Рассмотрим более внимательно факторы, влияющие на постоянство режимов резания.

Принимая при постоянном диаметре фрезы (D) скорость вращения шпинделя (S) за константу, получаем, что фактическая скорость резания (Vc) будет зависеть только от направления резания. Для обработки на малых подачах разница между встречным и попутным резанием невелика, но с ростом подачи она увеличивается.

 

Исходя из этого можно сделать первый вывод: чтобы не подвергнуться влиянию такого драматичного совпадения, следует, по возможности, производить обработку таким образом, чтобы резание осуществлялось в одном направлении.

 

Следующим фактором, который имеет влияние на изменение режима фрезерования, является изменчивость скорости фрезы в процессе реза.  Чтобы не допустить динамические зарезы заготовки, автоматика станка в точках изменения траектории несколько замедляет движение инструмента.

То есть, при сложной траектории привод может не выйти на заданное значение скорости. Именно поэтому многие современные аппараты (в том числе, фрезерные ЧПУ-станки «Миртелс») имеют встроенную функцию предварительного просмотра режима обработки. В рамках этой функции у интеллектуальной автоматики есть возможность оценить, как меняется траектория движения инструмента. По его итогам ЧПУ может снизить торможение до минимальных значений, тем самым оптимизируя циклы черновой обработки заготовки.

Исходя из этого можно сделать второй вывод: траектория перемещения фрезы должна быть как можно более гладкой и исключающей резкие повороты.

Третий фактор, во многом определяющий ресурс используемой фрезы – ее перегрузка в ходе резания. Каждый инструмент имеет критические значения радиального и осевого шагов обработки, обозначаемых соответственно Ae и Aр. Эти значения указаны в каталогах. При значительных отклонениях выше критических значений резко меняется теплоотвод и инструмент интенсивно изнашивается.

То есть, траектория перемещения фрезы должна учитывать его перегрузку в ходе эксплуатации. В большинстве случае это имеет место при резании полным диаметром фрезы.

Виды черновой обработки на ЧПУ

Пришло время от важных аспектов фрезерования на станке с ЧПУ перейти к вариантам стратегий черновой обработки. Таковых существует три основных:

  • Растр (змейка);
  • Спираль;
  • Офсет (эквидистанта, петля).

Разберем каждый из них.

 

Растровая траектория при черновой обработке на ЧПУ-фрезере

Растровая траектория – классический вариант проходов, выполняемых под постоянным углом в плоскости XY. При реализации «змейки» направление резания меняется при каждом последующем переходе на новый проход. Этого можно избежать, осуществляя подобный переход на некоторой высоте, которая снимает при этом риски контакта инструмента с поверхностью заготовки. Но в таком случае, растет длительность цикла обработки и возникают сложности с врезанием в тело заготовки в начале каждого прохода. Это придется делать под наклоном на малых значениях подачи. Таким образом, растровая траектория далека от оптимальной, если речь идет об интенсивной эксплуатации фрезерного оборудования при высокой загрузке производства.

Вторая сложность при резке «змейкой» возникает при превышении шагом обработки величины в четверть диаметры фрезы. В таком случае на профиле готового изделия после резания остаются визуально различимые «гребешки». Они ликвидируются в ходе чистовой обработки за счет дополнительного обхода. Но это также приводит к росту длительности общего цикла производства изделия.

Гладкость траектории – второй момент, на который обращает внимание заказчик. Растровый вариант не оптимален и в этом аспекте из-за двукратной смены направления движения фрезы в конце каждого прохода. Кроме роста времени резания из-за торможения это приводит еще и к повышенному износу режущих кромок фрезы.

Третий критерий – отсутствие перегрузок фрезы при работе. «Змейка» и тут не оптимальна. При каждой смене направления движения перегрузка инструмента мгновенно возрастает. Это даже слышно оператору станка при каждом переходе на новую строку резания.

Исходя из всего вышесказанного, растровый вариант обработки заготовки имеет довольно узкую область применения. Черновое фрезерование такого типа стоит выбирать при малых подачах, если при этом процент линейных перемещений и длинных переходов будет значителен.

 

Спиральная траектория при черновой обработке на ЧПУ-фрезере

Спиральная траектория при черновой обработки выигрывает у растра прежде всего относительно постоянным направлением реза. Обработка осуществляется вдоль профиля детали, тем самым ликвидируя саму необходимость дополнительного прохода.

Гладкость траектории при резе детали по спирали довольно неоднозначна. Вроде бы и отсутствуют переходы между витками, но при этом форма траектории определяется геометрией фрезеруемого изделия.
Перегрузка фрезы же отсутствует практически полностью. Даже наоборот, возникает противоположная проблема – объем снимаемого инструментом материала заготовки может быть недостаточным. Особенно это характерно для высокоскоростной обработки, когда интенсивное тепло вместо недостаточных объемов стружки передается самому инструменту. Соответственно, при длительном процессе фрезеровки это негативно сказывается на стойкости и ресурсе фрезы.

Таким образом, циклы черновой обработки по спиральной траектории можно эффективно применять как для обычного, так и для высокоскоростного фрезерования изделий, если рабочая область представляет собой округлый карман без островов.

Черновая обработка смещением

Обработка смещение вобрала в себя некие достоинства от спиральной (постоянное направление фрезеровки) и растровой (постоянный шаг реза). Кроме того, такой метод исключает необходимость дополнительного обхода по профилю фрезеруемого изделия и отсутствие траектории приближения.

Но, тем не менее, вариант также неидеален. Для него характерны резкие изменения траектории при переходе на новый виток (как у растра) и клонирование изломов (как у спирального фрезерования). Впрочем, это вполне решаемые трудности. Например, изломы на переходах ликвидируются путем замены прямоугольных переходов на такие, что сформированы касательными дугами.

Таким образом, применяя комплексный подход к генерации траектории перемещения фрезы, можно сформировать оптимальную стратегию обработки заготовок при черновой обработке изделия. В ней будут учтены преимущества и ликвидированы недостатки различных методик фрезерования.

Все эти задачи и стратегии по формированию оптимальных траекторий фрезерования при черновой обработке деталей уже включены в те или иные модули специализированного программного обеспечения CAM, предлагаемого различными производителями. Используя соответствующее ПО, можно эффективно решить многие сложности в автоматизированном режиме. Это положительным образом отразится на качестве продукции и себестоимости производства изделий в целом.

×