Programiści z SURFWARE zwrócili uwagę na znaczenie kąta opasania narzędzia w procesie frezowania. Odrzuciwszy niektóre zasady obowiązujące od początku technik CAM, postanowili stworzyć strategię generowania obróbki, która będzie oparta na nowych założeniach. Efektem ich pracy jest TrueMill – technologia dająca niespotykaną wcześniej wydajność i optymalne wykorzystanie możliwości centrów CNC
Tradycyjna obróbka CAM
Tadycyjną metodę obróbki kieszeni ilustruje rys. 1. Ścieżki narzędzia powstają przez odsunięcie zewnętrznego konturu kieszeni o stały odstęp równy szerokości skra
wania. Ta metoda jest stosowana od lat w programach CAM jako podstawowa, ponieważ zapewnia najkrótszą drogę skrawania. Natomiast jej wadą jest zmienne obciążenie narzędzia w czasie obróbki.
RYS. 1. Tradycyjne ścieżki narzędzia
Można to wyjaśnić badając kąt opasania narzędzia (KON). Na rys. 2 pokazane jest narzędzie obrabiające po linii prostej przy założonej szerokości skrawania równej 40% średnicy freza. Kąt opasania narzędzia – odnoszacy się do części obwodu narzędzia, która jest faktycznie zaangażowana w usuwanie materiału – ma wartość 78,5°. Warunki pracy w takim przypadku są stałe. Niezmienne wartości szerokość warstwy skrawanej i kąta opasania narzędzia oraz posuwu sprawiają, że obciążenie narzędzia jest również niezmienne. Natomiast sytuacja zmienia się w momencie dojścia do naroża, gdzie występuje chwilowy wzrost kąta opasania narzędzia do 168,5° (wzrost aż o 114%) . Ilość u
suwanego w jednostce czasu materiału nagle zwiększa się i dochodzi do gwałtownego przyrostu obciążenia narzędzia. Po wyjściu z naroża i obróbce po linii prostej warunki skrawania ponownie stają się łagodniejsze. Ostre naroża są krytycznymi miejscami obróbki, w których narzędzie jest chwilowo przeciążone i może dojść… do jego zniszczenia.
RYS. 2. KON przy obróbce po linii prostej
Rozważmy obróbkę kieszeni z rys. 1 pod kątem wydajności. Aby uzyskać dużą wydajność należy zastosować największą dopuszczalną wartość posuwu, czyli taką, która nie spowoduje przeciążenia i zniszczenia narzędzia w narożach. Jeśli taki posuw został użyty to można powiedzieć, że obróbka w narożach jest optymalna, natomiast przy przejściach po linii prostej – kiedy frez jest mało obciążony – w
ystępuje spadek wydajności. Na drodze narzędzia można znaleźć ponad 50 „ostrych naroży”, zatem narzędzie 50 razy przez krótki czas będzie pracowało optymalnie, natomiast na przejazdach liniowych – których jest zdecydowanie więcej – dochodzi do spadku wydajności. Taki rodzaj obróbki oczywiście nie jest optymalny.
RYS. 3. KON przy obróbce naroża
Nowe podejście – TrueMill
Powstało wiele rozwiązań CAM (optymalizowanie posuwu, modyfikacje tradycyjnej obróbki, strategie HSM), w większym lub mniejszym stopniu minimalizujące skutki opisanych zjawisk bądź próbujące je ominąć. Rozwiązaniem, które wydaje się być najbardziej optymalnym, jest technologia TrueMill opracowana w 2005 roku przez SURFWARE.
Jej twórcy uczynili kąt opasania narzędzia głównym czynnikiem wpływającym na kształt ścieżek. Obliczenia są wykonywane według następujących zasad:
-
kąt opasania narzędzia nie przekracza zadanej wartości,
-
utrzymywanie stałej wartości KON (zamiast stałej szerokości skrawania).
Efektem jest obróbka całkowicie pozbawiona ostrych naroży, w której wszystkie przejazdy są płynne (rys. 4).
RYS. 4. Ścieżki narzędzia technologii TrueMill
Na wykresach (rys. 5) pokazano zmiany kąta opasania narzędzia podczas obróbki. W metodzie tradycyjnej KON zmienia się od wartości odpowiadającej frezowaniu po linii prostej (poziom oznaczony linią czerwoną) do maksymalnej wartości 180° w narożach. W obróbce TrueMill określona maksymalna wartość KON – w tym przypadku 120° – nie jest przekroczona w żadnym miejscu. Można powiedzieć, że obciążenie narzędzia w metodzie tradycyjnej jest zawsze „powyżej” określonego poziomu, natomiast w TrueMill jesteśmy w stanie je ograniczyć „poniżej” zadanej wartości.
RYS. 5. Porównanie obróbki TrueMill i tradycyjnej
TrueMill w praktyce
Mając KON pod kontrolą (nigdy nie dochodzi do najbardziej niekorzystnej wartości 180°) próbowano zmieniać poszczególne nastawy obróbki. Okazało się, że w technologii TrueMill możliwe jest stosowanie znacznie większych od dotychczas używanych wartości parametrów technologicznych bez ryzyka zniszczenia narzędzia. Uzyskano kilkukrotne zwiększenie posuwu, większe szerokości i głębokości skrawania. Jak to możliwe? Producenci narzędzi skrawających oczywiście zdają sobie sprawę z tego, że podczas pracy ich frezy będą cyklicznie przeciążane i dlatego rekomendowane przez nich parametry skrawania są takie, aby frez „wytrzymał” krótkotrwałą pracę przy najbardziej niekorzystnej wartości KON 180°. Ponieważ w TrueMill narzędzie nigdy nie pracuje w warunkach krytycznych, to można stosować bardziej agresywne nastawy. Dzięki temu uzyskano niespotykaną wcześniej wydajność. Przykładowo, tec
hnologia TrueMill pozwoliła na zmniejszenie czasu obróbki zgrubnej stołu aluminiowego z 17 do 3 min. w porównaniu do wcześniej stosowanych metod CAM (materiał 20 × 22 × 4 cm, posuw zwiększono z 4500 do 16500 mm/min, szerokość skrawania zwiększono 2-krotnie, głębokość skrawania zwiększono 3-krotnie; dane pochodzą z www. surfcam.com).
RYS. 6. Przykład TrueMill
Pomimo stosowania agresywnych parametrów skrawania, TrueMill nie spowodował szybszego zużywania narzędzia, a nawet… wydłużył okres trwałości jego ostrza. To zjawisko tłumaczy wykres z rys. 5. W technologii tradycyjnej KON zmienia się w dużym zakresie w sposób dynamiczny. Przebieg TrueMill jest bardziej jednorodny i takie obciążenie jest mniej szkodliwe dla narzędzi. Dodatkowo, frez nigdy nie znajduje się w najbardziej niekorzystnych warunkach.
Technologia TrueMill została udostępniona w progamie SURFCAM Velocity w drugiej połowie 2005 roku. Od tego czasu zdobyła liczne nagrody na targach maszyn i wzbudziła ogromne zainteresowanie w magazynach branżowych. Być może uczynienie kąta opasania narzędzia centralnym czynnikiem obróbki wywoła małą rewolucję w świecie obróbki CNC.
Adam Seremak – CNS Solutions
Autor: TEKST I RYSUNKI: ADAM SEREMAK
