9.4Виды обработки

В практике ЧПУ принято классифицировать виды обработки по количеству сте­пеней свободы инструмента: 2D, 2.5D, 3D и 5D, а также по типу обработки: то­карная, фрезерная, электроэрозионная и т. п.

Наиболее простыми являются станки с ЧПУ, которые используют для обра­ботки только две координаты: токарные, эрозионные проволочные, газовой и плазменной резки, даже существуют фрезерные станки, управляемые только по координатам X и Υ. Эти станки выполняют 2D-обработку. Например, на Рис. 9 .45 показан эскиз раскроя листового материала, на основании которого создается программа для станка плазменной резки металла.

Рис. 9.45 Карта 2D-траекторий для раскроя листового материала на станке с ЧПУ

Особым случаем токарной обработки является токарно-фрезерная, когда вмес­то жесткого резца на токарном станке используется вращающаяся фреза. В случае токарно-фрезерной обработки CAM-система отображает на экране траекторию, развернутую в пространстве таким образом, как если бы не деталь позициониро­валась определенным образом при неподвижном инструменте, а, наоборот, фреза или сверло вращались вокруг зафиксированной детали. Такой подход позволяет достичь большей наглядности, избежав наложения множества траекторий возле инструмента, ограниченного в перемещениях двумя координатами (составляю­щая по третьей координате достигается за счет поворота заготовки).

При выполнении токарно-фрезерных переходов может быть выбран один из следующих способов управления осью вращения в УП:

1. Поворот заготовки для обработки в фиксированных положениях (координа­ты X,Υ,Ζ – непрерывно, при постоянной С). Плоская траектория инструмента, как в обычной фрезерной обработке, но ориентированная опреде­ленным образом по отношению к цилиндрической заготовке.

2. Обработка за счет непрерывного вращения заготовки (координаты X,Υ,С – непрерывно при постоянной Z). Проецирование плоской траектории на ци­линдрическую поверхность. В частности, запрограммированное в таком ре­жиме перемещение по отрезку порождает радиальный или винтовой паз. Заданием поперечного смещения для оси инструмента можно добиться того, чтобы стенки паза не сходились к центру, а были параллельны. Программная имитация такой обработки показана на Рис. 9 .46.

3. Обработка за счет непрерывного перемещения инструмента (координаты Χ,Υ,Z,С непрерывно). Отличается от предыдущего способом представления в УП: в данном случае в УП программируется плоская траектория в режиме «на­матывания» на цилиндр.

В отношении ориентации оси инструмента при обработке проще всего дело об­стоит с геометрией для позиционных переходов. Наиболее распространенный слу­чай – сверление радиальных отверстий или сверление отверстий по торцу детали. И в том, и в другом случае достаточно указать точки выполнения обработки, не строя вспомогательных систем координат и вычисляя углы поворота заготовки.

Рис. 9.46 Симуляция токарно-фрезерной обработки

Особо стоит оговорить станки для 2.5D-обработки. Станки этой группы могут перемещать инструмент только по двум координатам одновременно. К примеру, могут выполнить обработку сложного контура в плоскости XY, но чтобы перемес­тить инструмент по Ζ, необходимо полностью остановиться по другим координа­там. Популярность этого подхода вызвана тем, что около половины управляющих программ основного производства выполняются в стиле 2.5D-обработки. Они ко­роткие, понятные и практически всегда применяются с использованием контур­ной коррекции, что, в свою очередь, позволяет удешевить производство и повы­сить качество изготавливаемых деталей. В простейшем случае общая глубина обработки может быть разбита по слоям, для каждого из которых будет произве­дена обработка по индивидуальному алгоритму.

Пример подобной обработки показан на Рис. 9 .47 .

При построении траектории происходит автоматическое переключение пода­чи в зависимости от типа участка. Уровни обработки могут задаваться либо в аб­солютных значениях, либо относительно обрабатываемого слоя.

Наиболее популярны в настоящее время фрезерные станки, выполняющие полноценную ЗD-обработку. Эти станки могут перемещать инструмент по трем координатам одновременно. Пример такой обработки показан на Рис. 9 .48.

Станки с возможностью пятикоординатной обработки могут управлять не только линейными координатами инструмента ΧΥΖ, но также и его наклоном в двух плоскостях, та­ким образом, появляются еще две степени свободы. Подобные станки дают возможность точно обрабатывать сложные криволинейные поверхности. Пятикоординатные станки, в свою очередь, делятся по типу обработки на позиционные и непрерывные.

В позиционной схеме обработки, которую еще называют 3D+2D, повороты ин­струмента выполняются вне процесса резания. Это как бы набор трехосевых тра­екторий, выполняемых для разного положения оси инструмента. В этом случае жесткость технологической системы существенно выше, а управляющие про­граммы проще. Пример обработки показан на Рис. 9 .49.

В пятикоординатных системах непрерывного типа изменение наклона инстру­мента производится непосредственно в процессе обработки.

Наиболее часто используемая стратегия непрерывной пятиосевой обработки основана на отслеживании нормали к обрабатываемой поверхности. Однако в ряде случаев при описании оси инструмента необходимо задание двух углов относитель­но нормали: угла опережения, измеряемого в направлении движения, и угла откло­нения, измеряемого в перпендикулярной этому направлению плоскости.

Угол опережения создает лучшие условия резания, а угол отклонения обычно служит для лучшего доступа к обрабатываемым поверхностям вблизи выступов. Использование угла опережения позволяет обрабатывать, в частности, лопатки турбин скругленным инструментом, когда обработка по нормали просто невоз­можна (см. Рис. 9 .50).

Рис. 9.47 Фрезерная обработка в режиме 2.5D

Рис. 9.48 Фрезерная обработка в режиме 3D

Рис. 9.49 Позиционная 3D+2D-фрезерная обработка

Рис. 9.50 Пятикоординатная фрезерная обработка сложной криволинейной поверхности

Отдельным случаем является многоосевая обработка тонким инструментом, например проволочная электроэрозионная. При такой технологии управление углом опережения не имеет смысла, и в этом случае говорят о четырехкоординатной обработке (см. Рис. 9 .51).

Рис. 9.51 Четырехкоординатная обработка на электроэрозионном оборудовании