一,Technisch principe: samenwerking tussen multi--assige koppeling en real-time-interpolatie
Geometrisch niet-lineaire oppervlakken vormen complexe oppervlakken. Hun kromming en torsie veranderen voortdurend, afhankelijk van waar ze zich in de ruimte bevinden. Omdat de gereedschapsas vast is, maakt traditionele bewerking met drie- assen het moeilijk om problemen met interferentie en oversnijden te voorkomen. Bij bewerking met vijf--assen wordt een dubbele A/C- (of B)-rotatie-as toegevoegd aan de X/Y/Z-drie--assen. Hierdoor kunt u de gereedschapsas in realtime wijzigen met de normaalvector van het oppervlak, wat 'dynamische vectorbesturing van de gereedschapsas' wordt genoemd. Bij het bewerken van bladen van vliegtuigmotoren moet de zwenkhoek van de gereedschapsas bijvoorbeeld altijd binnen ± 60 graden worden gehouden. De standaard TCP-kalibratie (Tool Center Point) geeft u een positie-onnauwkeurigheid van 0,02 mm. Het RTCP-algoritme (rotating tool center point) daarentegen maakt gebruik van coördinatentransformatie om de bewegingsfout van de machine te corrigeren en de positionering nauwkeuriger te maken tot op 0,005 mm.
Bewerking met vijf- assen is gebaseerd op realtime- interpolatietechnologie. Traditionele offline lineaire interpolatie moet het oppervlak opdelen in een heleboel kleine lijnsegmenten. Dit maakt de NC-programmabestanden te groot en de bewerkingssnelheden te laag. Het NURBS-algoritme (Non Uniform Rational B-Spline) voor curve-interpolatie wordt door moderne CNC-systemen gebruikt om parameteroppervlakken in CAD-modellen direct te evalueren en doorlopende gereedschapspaden te maken. Het Siemens 840D CNC-systeem maakt bijvoorbeeld gebruik van NURBS real-time-interpolatie om de interpolatiecyclus terug te brengen van 2 ms naar 0,5 ms, wat precies is wat bewerking met hoge- snelheid nodig heeft. Er werd een adaptief algoritme voor de rijafstand gebruikt om het binnenpaneel van de B-stijl van een nieuw energievoertuig te verwerken. Dit algoritme veranderde de stapgrootte op basis van de kromming, waardoor de fluctuatie van de resterende hoogte werd verlaagd van 0,03 mm naar 0,005 mm, de Ra-waarde van de oppervlakteruwheid werd verbeterd van 0,8 μm naar 0,4 μm, de luchtweerstandscoëfficiënt met 0,02 werd verlaagd en ongeveer 50 liter brandstof per voertuig per jaar werd bespaard.
2. De hoofdprocedure is een gesloten-luscontrole, van het plannen van het pad tot het optimaliseren van de parameters.
1. Plannen van het gereedschapspad
Bij het bewerken van complexe oppervlakken moet u padmethoden kiezen op basis van de vorm van het oppervlak.
De isometrische offsetbenadering werkt het beste op basisterrein. Het zorgt ervoor dat de gereedschapspaden allemaal op dezelfde afstand van elkaar liggen, hoewel dit op steile plaatsen resthoogteveranderingen kan veroorzaken.
Adaptief bewerken: het veranderen van de dichtheid van het gereedschapspad afhankelijk van hoe gebogen het oppervlak is. Bij het werken aan hogedrukcompressorbladen voor een bepaald type luchtvaartmotor verandert een adaptief algoritme bijvoorbeeld automatisch de lijnafstand van 0,5 mm naar 0,2 mm in het gradiëntgebied met de kromtestraal R12 mm naar R3 mm. Dit voorkomt dat het maaien te ver gaat en problemen veroorzaakt.
Contourbewerking: Maak routes langs de lijnen van de oppervlaktecontour die goed zijn voor steile oppervlakken. De contourtechniek werd gebruikt om de bewerking van de spoed van een windturbinebladlager sneller te maken, van 8 uur naar 5 uur, en de standtijd werd met 30% verlengd.
2. Het kiezen van de juiste tools en het instellen van de juiste parameters
De bewerkingskwaliteit wordt rechtstreeks beïnvloed door de geometrische parameters van het snijgereedschap:
Kogelkopfrees: goed voor nauwkeurige bewerking van vrije-vormoppervlakken, maar snijdt langzaam en spanen kunnen zich ophopen. Bij het bewerken van een bepaald motorcilinderblok van een aluminiumlegering wordt een hardmetalen frees met kogelkop gebruikt. De snijsnelheid is ingesteld op 1500 m/min, de voedingssnelheid is ingesteld op 0,1 mm/tand en de oppervlakteruwheid Ra-waarde is ingesteld op 0,2 μm.
Een frees met platte kop is goed voor het ruw bewerken van gewone oppervlakken, omdat deze snel snijdt, maar bramen op de randen kan achterlaten. Bij het bewerken van een bepaald versnellingsbaktandwiel werden keramische frezen met platte kop gebruikt en werd de snijsnelheid verhoogd tot 2000 m/min. Hierdoor werd de materiaalafname 40% sneller.
De conische frees is ideaal voor het frezen van diepe holle oppervlakken, omdat u de hoek van de kegel kunt veranderen om de beste spaanafvoer te verkrijgen. Er wordt een conische frees van 15 graden gebruikt om een specifieke vormholte te bewerken, en de snijdiepte wordt verhoogd van 5 mm naar 8 mm. Hierdoor wordt de bewerking 25% efficiënter.
Om de beste snij-instellingen te krijgen, moet u een balans vinden tussen kwaliteit en efficiëntie:
Snijsnelheid: bij het werken met hoge--temperatuurlegeringen kan te snel snijden gereedschap snel doen verslijten. Bij het frezen van een turbineschijf van een Inconel 718-legering werden snijgereedschappen met AlTiN--coating gebruikt en werd de snijsnelheid op 60 m/min gehouden. Hierdoor ging de tool langer mee, van 15 minuten tot 2 uur.
Voedingssnelheid: Als de voedingssnelheid te hoog is bij het werken met aluminiumlegeringen, kan dit gemakkelijk kalkaanslag veroorzaken. De voedingssnelheid voor het maken van een nieuwe accubak voor energievoertuigen werd gewijzigd van 1000 mm/min naar 800 mm/min met behulp van optimalisatieparameters voor de responsoppervlaktemethodologie. De oppervlakteruwheid Ra-waarde werd ook verlaagd van 0,8 μm naar 0,4 μm.
Snijdiepte: Bij het bewerken van titaniumlegeringen kan te diep snijden gemakkelijk verharding van het werk veroorzaken. Voor het maken van een bepaalde kunstmatige heupkom werd een gelaagde snijaanpak gebruikt. Elke laag werd gesneden tot een diepte van 0,2 mm en de totale snijdiepte werd gewijzigd van 1 mm naar 0,8 mm, waardoor het oppervlak 10% harder werd.
3, Apparatuur kiezen: de hele keten, van de nauwkeurigheid van de werktuigmachine tot het detectiesysteem
1. Zeer stijf vijf--assig bewerkingscentrum
Voor het snijden van complexe oppervlakken moeten werktuigmachines snel kunnen reageren en stabiel zijn als ze heet worden. De DMG MORI DMU 125 P vijf--assige werktuigmachine heeft bijvoorbeeld een mineraal gietbedlichaam waardoor deze 50% beter is in het absorberen van schokken. Het spiltoerental kan 20.000 tpm bereiken, wat snel genoeg is om te voldoen aan de hoge-precieze bewerkingsbehoeften van vliegtuigmotorbladen. Nadat een bepaald bedrijf dat mallen voor auto's maakt deze apparatuur kreeg, ging de tijd die nodig was om de malholte te verwerken van 120 uur naar 48 uur, en daalden de kosten van het gereedschap met 35%.
2. Een systeem voor online meten en compenseren
Om er zeker van te zijn dat de bewerking nauwkeurig is, is het belangrijk om de zaken realtime in de gaten te houden en eventuele fouten te herstellen. De Renishaw REVO vijf--assige meettaster wordt gebruikt om tandprofielproblemen op de machine te vinden bij het bewerken van een bepaald tandwiel. De CNC-technologie compenseert automatisch gereedschapslijtage en thermische vervorming, waardoor het tandprofiel nauwkeuriger wordt (van IT7 tot IT6) en het transmissiegeluid met 3dB wordt verminderd.
3. Een goed systeem voor koeling en smering
Bij het snijden van ingewikkelde oppervlakken kan de temperatuur waarbij het gereedschap en het werkstuk elkaar raken snel boven de 800 graden komen. Daarom moet microsmering (MQL) of koudeluchttechnologie bij lage- temperatuur worden gebruikt. Het MQL-systeem werd gebruikt om een motorcilinderblok van aluminiumlegering te bewerken. Dit verlaagde de benodigde hoeveelheid snijvloeistof van 20 l/u naar 0,5 l/u, verdubbelde de standtijd en verlaagde de bewerkingskosten met 40%.
4, Industrietoepassing: gebruik van kennis uit vele vakgebieden, van de lucht- en ruimtevaart tot nieuwe energievoertuigen
1. Messen voor vliegtuigmotoren
Er wordt bewerking met vijf- assen gebruikt op het hogedrukcompressorblad van een bepaald type vliegtuigmotor. Met behulp van NURBS-interpolatie en adaptieve padplanning gaat de oppervlaktenauwkeurigheid van ± 0,02 mm naar ± 0,005 mm, gaat de motorstuwkracht met 3% omhoog en daalt het brandstofverbruik met 1,5%.
2. Accubak voor nieuwe energievoertuigen
Een specifieke batterijbak is gemaakt van een 6061 aluminiumlegering. Frezen op hoge-snelheid en T6-verouderingsbehandeling verhogen de treksterkte van 280 MPa naar 380 MPa, wat voldoet aan de behoeften op het gebied van zowel veiligheid als een laag gewicht.
3. Beugel voor de intelligente rijsensor
Sommige laserradarbeugels zijn gemaakt van een titaniumlegering. Het is mogelijk om de Ra-waarde van de oppervlakteruwheid te verlagen van 0,8 μm naar 0,1 μm door middel van vijf--assige bewerking en elektrochemisch polijsten. Dit verlaagt ook het signaaloverdrachtsverlies met 5% en verbetert de positioneringsnauwkeurigheid met 0,01 graad.
