При обработке на станках с ЧПУ операторы полагаются на точные инструкции, чтобы превратить сырой металл или пластик в готовые детали. Точность каждой детали зависит от качества ее траектории. В этой статье мы объясним, что такое траектория инструмента, почему она важна и как можно планировать и оптимизировать траектории инструмента для достижения более быстрого производства, более длительного срока службы инструмента и более качественной обработки поверхности.
Определение траектории инструмента при обработке на станках с ЧПУ
Траектория инструмента ЧПУ — это запрограммированный маршрут, по которому следует режущий инструмент для удаления материала с заготовки. Траектория инструмента сообщает машине, когда двигаться, с какой скоростью и насколько глубоко резать. Данные траектории инструмента обычно хранятся как G-код, которые считывает контроллер ЧПУ для выполнения каждого перемещения.
Каждая траектория инструмента имеет:
- Отправная точка.
- Движения входа и выхода.
- Скорости подачи (скорости движения).
- Глубина резания (сколько материала снимается за проход).
- Определенная последовательность движений, соответствующая геометрии детали.
Рабочий процесс генерации траектории инструмента
Типичный рабочий процесс в программном обеспечении CAM включает в себя:
- Постобработка в G-код
- Импорт модели САПР
- Определить геометрию запаса
- Выберите режущие инструменты
- Выберите стратегии траектории инструмента
- Задайте параметры (скорости, подачи, шаг)
- Моделировать траектории движения инструмента
- Проверка зазоров и столкновений
Роль CAD и CAM в создании траектории инструмента
Системы автоматизированного проектирования (CAD) и Автоматическое производство (CAM) программное обеспечение работает совместно для создания траекторий инструмента:
- Стадия САПР: Инженер или конструктор создает цифровую модель детали. Эта модель определяет все формы, отверстия и контуры.
- Стадия CAM: CAM программное обеспечение импортирует модель CAD и преобразует ее характеристики в стратегии траектории инструмента. Программное обеспечение моделирует эти траектории, проверяет наличие столкновений и позволяет пользователю настраивать параметры.
Благодаря интеграции CAD и CAM операторы станков могут предварительно просматривать траектории движения инструмента, точно настраивать параметры резки и избегать дорогостоящих ошибок перед запуском реального станка.
При проектировании траектории движения инструмента помните о следующих принципах:
- Контролируйте размер и форму стружки, чтобы избежать износа инструмента. Правильный отвод стружки предотвращает повреждения.
- Баланс скорости и подачи позволяет оптимизировать качество обработки поверхности и срок службы инструмента.
- Поддерживайте постоянный контакт между инструментом и материалом. Избегайте резких изменений, которые могут привести к поломке инструмента.
- Планируйте плавные подходы и отходы, чтобы снизить нагрузку на инструмент и заготовку.
Типы траекторий обработки на станках с ЧПУ
Область обработки с ЧПУ использует различные типы траекторий инструмента для размещения различных геометрий и операций обработки. Две основные категории — это 2D и 3D траектории инструмента.
2D-траектории
2D-траектории инструмента предназначены для работы в основном в плоскости XY. Несмотря на то, что ось Z используется для установки глубины реза, движение инструмента сосредоточено в двух измерениях. Операторы используют 2D-траектории инструмента для многих стандартных операций.
Характеристики 2D-траекторий:
- Плоскостное движение: Инструмент движется в плоской плоскости.
- Постоянное значение Z: Глубина остается постоянной во время резки.
- Более простое моделирование: Программное обеспечение быстро моделирует эти траектории, делая их пригодными для простых деталей.
| Тип траектории 2D | Кейсы | Главные преимущества |
|---|---|---|
| Контур | Обработка кромок деталей | Фиксированный уровень Z, резак следует границе |
| карманный | Удаление материала внутри закрытого помещения | Зигзагообразные, спиральные или смещенные проходы |
| Бурение | Создание отверстий | Циклы вертикального погружения, высверливания или глубокого сверления |
| Облицовочные | Выравнивание верхней поверхности | Фрезы большого диаметра, высокая производительность съема материала |
| Гравированные | Добавление текста или логотипов | Тонкие концевые фрезы, контроль малой глубины |
| Фрезерование пазов | Резка линейных пазов или прорезей | Инструмент меньше ширины паза для удаления стружки |
3D-траектории
3D-траектории включают движение по оси Z во время процесса резки. Инструмент движется по траектории, которая изгибается и меняет глубину по мере необходимости. Эти траектории необходимы для обработки сложных геометрий, таких как литьевые формы, штампы и органические формы. Программное обеспечение CAM создает треугольную сетку заготовки для генерации 3D-траектории инструмента.
Характеристики 3D-траекторий:
- Разнонаправленное движение: Инструмент движется по сложной траектории, включающей три оси.
- Переменная глубина: Траектория инструмента предусматривает изменение глубины для обработки сложных форм.
- Более высокая сложность моделирования: Моделирование занимает больше времени, поскольку программное обеспечение должно постоянно проверять наличие помех в заготовке.
| Тип траектории 3D | Пример траектории инструмента | Цель |
|---|---|---|
| черновая обработка | Адаптивная очистка | Удалить сыпучий материал, поддерживать постоянное взаимодействие |
| Получистовая обработка | Ступенчатая или постоянная Z | Уточните форму, оставьте равномерный припуск для отделки |
| Отделка | Параллельный, Контурный, Спиральный | Достижение окончательной отделки поверхности и жестких допусков |
| Остальная обработка | Маленький инструмент, целевые проходы | Уберите оставшийся материал в труднодоступных местах. |
| Резьбовое фрезерование | Винтовая интерполяция | Создавайте внутренние или внешние потоки |
| Спиральный и радиальный | Спиральная, радиальная отделка | Гладкая поверхность на круглых или радиальных деталях |
Расширенные траектории инструмента: 4-осевая и 5-осевая обработка
Современные станки с ЧПУ используют дополнительные оси для дальнейшего совершенствования движений инструмента. Операторы ЧПУ Используйте 4- и 5-осевые траектории инструмента при работе со сложными деталями, требующими вращения вокруг одной или нескольких осей. Эти траектории инструмента позволяют обрабатывать поднутрения и сложные кривые, которые невозможно получить с помощью более простых 2D или 3D траекторий.
- Адаптивная очистка: Поддерживайте постоянную нагрузку на инструмент при черновой обработке.
- HSM: Высокая скорость подачи и пониженное тепловыделение.
- Трохоидальный: Петлевые траектории для узких пазов или глубоких разрезов.
- Спиральный/Радиальный: Плавное зацепление для цилиндрических элементов.
Выбор правильной траектории движения инструмента для вашего проекта
Станочники с ЧПУ При выборе траектории движения инструмента необходимо учитывать множество факторов.
| фактор | 2D-путь | 3D-путь | Продвинутый путь |
|---|---|---|---|
| Геометрия детали | Плоские черты, карманы | Поверхности свободной формы, формы | Сложные формы, глубокие пазы |
| Тип материала | Мягкие металлы, пластмассы | Твердые сплавы, композиты | Труднообрабатываемые сплавы |
| Возможности машины | 3-х осевые фрезерные станки | 3+ осевые или 5-осевые фрезерные станки | Высокоскоростные шпиндели |
| Требуется отделка поверхности | От умеренного до грубого | Высокая точность | Высокая точность на скорости |
| Объем производства | От низкого до среднего | От среднего до высокого | Большие объемы, автоматизированные |
Чтобы выбрать траекторию инструмента, выполните следующие действия:
- Оценить геометрию детали: Определите простые и сложные особенности.
- Определить отделку поверхности: Определите требования к допускам и отделке.
- Обзор материала: Сопоставьте параметры резки со свойствами материала.
- Проверить возможности машины: Убедитесь, что машина поддерживает требуемые движения осей и скорости.
- План последовательности операций: Начните с торцевания, затем черновая, получистовая и чистовая обработка.
- Оптимизация для повышения эффективности: Используйте передовые стратегии там, где они дают явные преимущества.
Пример рабочего процесса: Для обработки изогнутого алюминиевого кронштейна пользователь может выполнить черновую обработку с помощью адаптивной зачистки, получистовую обработку с помощью 3D-контура и окончательную обработку с помощью параллельной чистовой обработки.
Ключевые параметры траектории инструмента ЧПУ
Успешная обработка зависит от настройки следующих параметров:
| Параметр | Что это значит | Почему это имеет значение |
|---|---|---|
| Скорость резания | Как быстро вращается инструмент (об/мин или SFM) | Влияет на нагрев, износ и отделку |
| Скорость подачи | Насколько быстро инструмент перемещается по материалу | Баланс времени и срока службы инструмента |
| Глубина резания | Насколько глубок каждый проход? | Контролирует размер стружки и нагрузку на инструмент |
| Переступить | Движение из стороны в сторону между проходами | Влияет на гладкость поверхности |
| Шаг вниз | Вертикальное перемещение между проходами | Влияет на время цикла и нагрузку на инструмент |
| Стратегия входа/выхода | Как инструмент начинает и заканчивает резку | Влияет на срок службы инструмента и следы на поверхности |
| Угол захвата инструмента | Насколько кромка инструмента касается материала? | Помогает поддерживать постоянную нагрузку на инструмент |
Влияние свойств материала на проектирование траектории инструмента
Разные материалы требуют разных стратегий:
- Алюминий: Мягкий, допускает высокую скорость и более глубокие разрезы.
- Сталь: Тверже, требует более медленной подачи и более неглубоких резов, чтобы избежать износа инструмента.
- Титан: Низкая теплопроводность, требует тщательного управления теплом и умеренных скоростей.
- композиты: склонен к расслоению, используйте специальные резаки и приемы ввода.
- пластики: Используйте более медленную скорость вращения шпинделя, чтобы избежать плавления.
Оптимизация траекторий движения инструмента для повышения эффективности и качества
- Использовать адаптивную очистку: Поддерживайте постоянную подачу стружки для ускорения черновой обработки.
- Применить остаточную обработку: Ориентируйтесь только на остатки товара, чтобы сэкономить время.
- Упростить пути: Устраните ненужные движения, чтобы сократить время цикла.
- Вход и выход из настройки: Наклонные или спиральные движения продлевают срок службы инструмента.
- Управление потоком стружки: Планируйте размеры инструментов так, чтобы было легче удалять стружку.
- Контроль тепла: Используйте охлаждающую жидкость и правильные материалы, чтобы избежать термического повреждения.
Лучшие практики и советы
- Оставляйте постоянный запас для финишных проходов.
- Включите компенсацию резака перед деталью.
- Всегда запускайте полное моделирование.
- Документируйте успешные настройки для повторного использования.
- Проверяйте износ инструментов и своевременно заменяйте их.
Заключение
Хорошо спроектированные траектории инструмента являются основой эффективной и точной обработки с ЧПУ. Понимая типы траекторий инструмента, ключевые параметры и стратегии оптимизации, вы можете сократить время цикла, продлить срок службы инструмента и добиться превосходной отделки поверхности. Независимо от того, вырезаете ли вы простые карманы или создаете сложные 3D-формы, четкий план и правильные программные инструменты приведут вас к успеху.
BOYI: Ваш партнер по обработке на станках с ЧПУ
БОЙИ ТЕХНОЛОГИИ предлагает эксперт Обработка с ЧПУ и расширенная поддержка программирования CAM. Наша команда помогает клиентам превращать проекты в высококачественные детали с точностью и скоростью. Связаться с нами чтобы начать работу над следующим проектом по обработке.
Готовы к своему проекту?
Попробуйте BOYI TECHNOLOGY прямо сейчас!
Загрузите свои 3D-модели или 2D-чертежи, чтобы получить индивидуальную поддержку
Статья написана инженерами из команды BOYI TECHNOLOGY. Фуцюань Чен — профессиональный инженер и технический эксперт с 20-летним опытом работы в сфере быстрого прототипирования, производства металлических и пластиковых деталей.
