Badania – metoda CC
Firma GG Tech pracuje nad rozwojem technologii tzw cięcia ciągłego (continuous cutting) na frezarkach. W obecnym stanie rozwoju tej technologii można aplikować ją na odpowiednich obrabiarkach dla szerokiego spektrum rodzaju powierzchni. Metoda ma duży potencjał w wykańczającej obróbce powierzchni oraz wielu nietechnologicznych w procesie frezowania elementach. Poszukujemy partnerów do rozwoju tej metody obróbki powierzchni głównie pod kątem wspomagania programowania w systemach CAM oraz konstrukcji samych obrabiarek.
Wprowadzenie
Wiórową obróbkę skrawaniem można sklasyfikować w następujących zabiegach: wiercenie, powiercanie, rozwiercanie, toczenie, wytaczanie, frezowanie, przeciąganie i przepychanie, struganie i dłutowanie.
Zabiegi te można rozdzielić na dwie grupy ze względu na charakter obróbki:
1. Ciągły – wiercenie, powiercanie, rozwiercanie, toczenie, wytaczanie, przeciąganie i przepychanie, struganie i dłutowanie
2. Nie ciągły – frezowanie
Obróbka ciągła charakteryzuje się tym, że do wykonania żądanej powierzchni ostrze, raz zagłębione w materiał porusza się po trajektorii cięcia do samego końca uzyskując w ten sposób kształt powierzchni. W obecnych obrabiarkach są to trajektorie proste, spiralne lub śrubowe. Ogranicza to uzyskane powierzchni metodą ciągłą do powierzchni płaskich, cylindrycznych, śrubowych, lub o dowolnych kształtach profilowych (dowolny przekrój przeciągnięty najczęściej po linii prostej). Dowolne kształty jak np. powierzchnie krzywokreślne uzyskuje się obecnie w obróbce skrawaniem na frezarkach (najczęściej numerycznych). Metoda takiej obróbki również prowadzi narzędzie po zadanej trajektorii ale jest to narzędzie obrotowe, którego ostrza nieustannie zagłębiają się w materiał i z niego wychodzą kształtując powierzchnię w sposób nieciągły. Ta nieciągłość znacznie pogarsza chropowatość możliwą do uzyskania w procesie skrawania. Można ją poprawić tylko poprzez zmniejszanie posuwu f narzędzia co wydłuża czas obróbki oraz zwiększanie prędkości obrotowej n narzędzia co ma ograniczenia w postaci maksymalnej prędkości obrotowej wrzeciona obrabiarki lub dopuszczalnej prędkości skrawania Vc po przekroczeniu której ostrze narzędzia ulega lawinowemu zużyciu.
Obecne możliwości cięcia ciągłego na frezarkach.
Frezarki w początkowych założeniach były obrabiarkami używającymi narzędzi obrotowych – czyli bazujących na obróbce nieciągłej. Z czasem powstawały najróżniejsze konstrukcje i specjalne oprawki narzędziowe, które umożliwiły mocowanie na frezarkach narzędzi nie obrotowych, jak np. nóż tokarski lub dłuto co umożliwiło wykonywanie na tych obrabiarkach zabiegów z obróbki ciągłej takich jak toczenie, dłutowanie, struganie. Obrabiane w ten sposób powierzchnie mogły być tylko prostymi powierzchniami jak np. płaszczyzna, cylinder, bo jest to niejako aplikowanie na frezarkę istniejących zabiegów obróbki skrawaniem jak toczenie czy dłutowanie. Głównym ograniczeniem wprowadzenia na frezarkę ciągłego cięcia dowolnych powierzchni krzywokreślnych jest geometria ostrza i jego orientacja względem materiału obrabianego. Aby zapewnić najlepsze warunki skrawania dla dowolnie zaprojektowanego ostrza należy je utrzymywać jak najbliżej nominalnej wielkości kąta przyłożenia A. Dlatego do ciągłej obróbki powierzchni krzywokreślnych, kąt ten musi zmieniać się płynnie w czasie obróbki.
Przy zastosowaniu dynamicznych obrabiarek 5-cio osiowych pojawia się szeroki przedział powierzchni możliwych do wykonania standardowymi narzędziami np. tokarskimi. Są to głównie powierzchnie otwarte ze względu na konieczność rozpędzenia i wyhamowania narzędzia związanymi z minimalną prędkością skrawania Vc. Metodę ciągłego cięcia powierzchni krzywokreślnych w najprostszych wariantach uruchomić można stosując standardowe narzędzia oraz techniki programowania w systemie CAM plus drobne korekcje kodu.
Zakres strategii obróbki można dodatkowo powiększyć używając specjalnych trzonków narzędziowych z wykorzystaniem istniejących na rynku płytek skrawających – zarówno tokarskich jak i frezerskich. Narzędzia takie muszą charakteryzować się odpowiednim usytuowaniem krawędzi tnącej względem osi wrzeciona co umożliwi łatwość programowania w istniejących systemach CAM nie wspierających metody CC. Rozwiązania takie wyeliminują jałowe ruchy powrotne na maszynach wyposażonych w sterowaną oś wrzeciona narzędzia (w co najmniej indeksowany sposób) oraz poszerzą przedział możliwych do obróbki powierzchni. Niektóre ze strategii mogą być uruchamiane również na maszynach bez osi S dzięki zastosowaniu odpowiednio usytuowanej krawędzi tnącej.
Najszersze zastosowanie metody ciągłego cięcia uzyska się na maszynach 6-cio osiowych o kinematyce trzech osi liniowych XYZ osi uchylnej np. A, osi obrotowej np. C oraz płynnie sterowanej osi wrzeciona S. Rozwiązanie takie umożliwi uruchamianie na frezarce dowolnych ścieżek narzędziowych z płynnym utrzymaniem stałego kąta przyłożenia, sterowanego osiami A i C, oraz odpowiedniego kierunku płaszczyzny natarcia do wektora prędkości V narzędzia sterowanego osią wrzeciona S.
Przykład kinematyki obrabiarki 6-cio osiowej :
Metoda strugania na frezarkach została obszernie opisana na łamach „Projektowania i Konstrukcji Inżynierskich” w dwóch kolejnych numerach pisma. Materiał w oczach redakcji okazał się na tyle atrakcyjny, że zdobi okładkę grudniowego wydania 2016.
Wykorzystując dostępne i popularne dziś obrabiarki o najróżniejszej kinematyce i ilości osi sterowanych, wzbogacone specjalnym narzędziem i standardową ścieżką z systemu CAM znajdziemy całkiem szerokie spektrum powierzchni możliwych do uzyskania Metodą Cięcia Ciągłego. Należy tylko rozpoznać i umiejętnie wykorzystać dostępne możliwości.
Maszyna i oś S –oś obrotu wrzeciona
Praktyczne zastosowanie Metody Cięcia Ciągłego na frezarce sterowanej numerycznie generalnie sprowadza się do tych samych czynności co proces frezowania z tą różnicą, że narzędzie skrawające musi być unieruchomione. To unieruchomienie sprowadza się do zablokowania lub kontroli położenia osi obrotu narzędzia. Idea frezowania wieloosiowego (z osiami uchylno-obrotowymi) kierowała rozwój konstrukcji frezarek do maksymalnie 5 osi sterowanych. Te coraz popularniejsze w narzędziowniach i na produkcjach „pięcioosiówki” o najróżniejszych kinematykach to urządzenia umożliwiające zupełnie dowolne podejście narzędziem do obrabianego materiału. Ta dowolność jest niczym innym jak realizacją kontroli 6-ciu stopni swobody w przestrzeni. Jako że pracujące narzędzia w postaci frezów lub wierteł są bryłami obrotowymi to bezzasadne były konstrukcje 6-cio osiowe dedykowane do pracy takimi narzędziami. Chęć unieruchomienia narzędzia takiego jak np. nóż tokarski, wytaczak lub dłuto wymusza wprowadzenie kontroli szóstej osi i jest to najczęściej kontrola indeksowana. Płynna kontrola osi wrzeciona jest wykorzystywana w prawie każdej frezarce ale w specjalnych cyklach do gwintowania (zagadnienie dwu- osiowe) lub np. do obwiedniowego frezowania kół zębatych na frezarkach ze stołami obrotowymi – użytkownik do innych operacji z takiej płynnej kontroli skorzystać nie może. W ostatnich latach coraz częściej pojawiają się obrabiarki z płynną kontrolą szóstej osi wykorzystywaną głównie do zabiegów toczenia, wytaczania i profilowania (zagadnienia 4-osiowe). Zaangażowanie wszystkich sześciu osi w trybie symultanicznym umożliwi realizację zabiegu strugania dowolnej powierzchni.
Tą niezbędną szóstą oś mamy dostępną w większości urządzeń w trybie indeksowanym co daje jakiś punkt wyjścia. Zaznaczam, że praca nieruchomym narzędziem na maszynach nie przystosowanych do tego musi odbywać się z małym naddatkiem dlatego taki sposób obróbki dedykowany jest głównie do obróbek wykańczających a użyte narzędzie najlepiej jak by generowało minimalny moment obrotowy bo większość obrabiarek z możliwością indeksacji osi wrzeciona nie jest wyposażona w hamulec.