Чи знаєте ви процес високошвидкісної обробки прецизійних деталей на обробному центрі?

Аналіз потоку обробки високошвидкісних прецизійних деталей в обробних центрах

I. Вступ
Обробні центри відіграють вирішальну роль у сфері високошвидкісної прецизійної обробки деталей. Вони керують верстатами за допомогою цифрової інформації, що дозволяє верстатам автоматично виконувати задані завдання обробки. Цей метод обробки може забезпечити надзвичайно високу точність обробки та стабільну якість, легко реалізується в автоматизованому режимі та має переваги високої продуктивності та короткого виробничого циклу. Водночас він може зменшити обсяг використання технологічного обладнання, задовольнити потреби швидкого оновлення та заміни продукції, а також тісно пов'язаний з САПР для досягнення переходу від проектування до готової продукції. Для учнів, які вивчають процес обробки високошвидкісних прецизійних деталей на обробних центрах, дуже важливо розуміти зв'язки між кожним процесом та значення кожного кроку. У цій статті буде детально розглянуто весь процес обробки від аналізу продукту до контролю та продемонстровано його на конкретних випадках. Матеріалами корпусу є двоколірні плити або плексиглас.

 

II. Аналіз продукту
(A) Отримання інформації про склад
Аналіз продукту є відправною точкою всього процесу обробки. На цьому етапі нам потрібно отримати достатньо інформації про склад. Для різних типів деталей джерела інформації про склад є великими. Наприклад, якщо це деталь механічної конструкції, нам потрібно розуміти її форму та розміри, включаючи дані про геометричні розміри, такі як довжина, ширина, висота, діаметр отвору та діаметр вала. Ці дані визначатимуть основну структуру подальшої обробки. Якщо це деталь зі складними криволінійними поверхнями, такою як лопатка авіаційного двигуна, потрібні точні дані про контур криволінійної поверхні, які можна отримати за допомогою передових технологій, таких як 3D-сканування. Крім того, вимоги до допусків деталей також є ключовою частиною інформації про склад, яка визначає діапазон точності обробки, такі як допуск на розміри, допуск на форму (округлість, прямолінійність тощо) та допуск на положення (паралельність, перпендикулярність тощо).

 

(B) Визначення вимог до обробки
Окрім інформації про склад, вимоги до обробки також є предметом аналізу продукту. Це включає характеристики матеріалів деталей. Властивості різних матеріалів, такі як твердість, в'язкість та пластичність, впливатимуть на вибір технології обробки. Наприклад, обробка деталей з високотвердої легованої сталі може вимагати використання спеціальних ріжучих інструментів та параметрів різання. Вимоги до якості поверхні також є важливим аспектом. Наприклад, вимога до шорсткості поверхні така, що для деяких високоточних оптичних деталей шорсткість поверхні може досягати нанометрового рівня. Крім того, існують також деякі спеціальні вимоги, такі як корозійна стійкість та зносостійкість деталей. Ці вимоги можуть вимагати додаткових процесів обробки після обробки.

 

III. Графічний дизайн
(A) Основа проектування на основі аналізу продукту
Графічний дизайн базується на детальному аналізі продукту. Візьмемо, наприклад, обробку печаток. Спочатку шрифт слід визначити відповідно до вимог обробки. Якщо це офіційна печатка, можна використовувати стандартний шрифт Song або імітацію шрифту Song; якщо це художня печатка, вибір шрифтів є більш різноманітним, і це може бути шрифт печатки, канцелярський шрифт тощо, що має художнє значення. Розмір тексту слід визначати відповідно до загального розміру та призначення печатки. Наприклад, розмір тексту невеликої особистої печатки відносно невеликий, тоді як розмір тексту офіційної печатки великої компанії відносно великий. Тип печатки також має вирішальне значення. Існують різні форми, такі як кругла, квадратна та овальна. Дизайн кожної форми повинен враховувати розташування внутрішнього тексту та візерунків.

 

(B) Створення графіки за допомогою професійного програмного забезпечення
Після визначення цих основних елементів, для створення графіки необхідно використовувати професійне програмне забезпечення для графічного дизайну. Для простої двовимірної графіки можна використовувати таке програмне забезпечення, як AutoCAD. У цьому програмному забезпеченні можна точно намалювати контур деталі, а також встановити товщину, колір тощо ліній. Для складної тривимірної графіки необхідно використовувати програмне забезпечення для тривимірного моделювання, таке як SolidWorks та UG. Це програмне забезпечення може створювати моделі деталей зі складними криволінійними поверхнями та твердотільними структурами, а також виконувати параметричне проектування, що полегшує модифікацію та оптимізацію графіки. Під час процесу графічного дизайну також необхідно враховувати вимоги подальшої технології обробки. Наприклад, для полегшення генерації траєкторій інструменту, графіка повинна бути достатньо нашарована та розділена.

 

IV. Планування процесів
(A) Планування етапів обробки з глобальної точки зору
Планування процесу полягає в обґрунтованому встановленні кожного етапу обробки з глобальної точки зору на основі поглибленого аналізу зовнішнього вигляду та вимог до обробки заготовки. Це вимагає врахування послідовності обробки, методів обробки, а також ріжучих інструментів та пристосувань, що будуть використовуватися. Для деталей з кількома елементами необхідно визначити, який елемент обробляти першим, а який пізніше. Наприклад, для деталі з отворами та площинами зазвичай спочатку обробляється площина, щоб забезпечити стабільну опорну поверхню для подальшої обробки отвору. Вибір методу обробки залежить від матеріалу та форми деталі. Наприклад, для обробки зовнішньої круглої поверхні можна вибрати токарство, шліфування тощо; для обробки внутрішнього отвору можна застосувати свердління, розточування тощо.

 

(B) Вибір відповідних ріжучих інструментів та пристосувань
Вибір ріжучих інструментів та пристосувань є важливою частиною планування процесу. Існують різні типи ріжучих інструментів, включаючи токарні інструменти, фрезерні інструменти, свердла, розточувальні інструменти тощо, і кожен тип ріжучого інструменту має різні моделі та параметри. Під час вибору ріжучих інструментів необхідно враховувати такі фактори, як матеріал деталі, точність обробки та якість оброблюваної поверхні. Наприклад, для обробки деталей з алюмінієвих сплавів можна використовувати ріжучі інструменти з швидкорізальної сталі, тоді як для обробки деталей із загартованої сталі потрібні твердосплавні або керамічні ріжучі інструменти. Функція пристосувань полягає в фіксації заготовки для забезпечення стабільності та точності під час процесу обробки. До поширених типів пристосувань належать трикулачкові патрони, чотирикулачкові патрони та плоскогубці. Для деталей неправильної форми може знадобитися розробити спеціальні пристосування. Під час планування процесу необхідно вибрати відповідні пристосування відповідно до форми та вимог до обробки деталі, щоб гарантувати, що заготовка не буде зміщена або деформована під час процесу обробки.

 

V. Генерація шляху
(A) Впровадження планування процесів за допомогою програмного забезпечення
Генерація траєкторій – це процес цілеспрямованого планування процесу за допомогою програмного забезпечення. У цьому процесі розроблену графіку та заплановані параметри процесу необхідно ввести в програмне забезпечення для числового програмування, таке як MasterCAM та Cimatron. Це програмне забезпечення генеруватиме траєкторії інструменту відповідно до вхідної інформації. Під час генерації траєкторій інструменту необхідно враховувати такі фактори, як тип, розмір та параметри різання ріжучих інструментів. Наприклад, для фрезерування необхідно встановити діаметр, швидкість обертання, швидкість подачі та глибину різання фрезерного інструменту. Програмне забезпечення розрахує траєкторію руху ріжучого інструменту на заготовці відповідно до цих параметрів та згенерує відповідні G-коди та M-коди. Ці коди спрямовуватимуть верстат до обробки.

 

(B) Оптимізація параметрів траєкторії інструменту
Водночас, параметри траєкторії інструменту оптимізуються шляхом налаштування параметрів. Оптимізація траєкторії інструменту може підвищити ефективність обробки, зменшити витрати на обробку та покращити якість обробки. Наприклад, час обробки можна скоротити, регулюючи параметри різання, забезпечуючи при цьому точність обробки. Розумна траєкторія інструменту повинна мінімізувати холостий хід та підтримувати ріжучий інструмент у безперервному русі різання під час процесу обробки. Крім того, знос ріжучого інструменту можна зменшити, оптимізувавши траєкторію інструменту, а термін служби ріжучого інструменту можна подовжити. Наприклад, дотримуючись розумної послідовності різання та напрямку різання, можна запобігти частому врізанню та вирізанню ріжучого інструменту під час процесу обробки, зменшуючи вплив на ріжучий інструмент.

 

VI. Моделювання шляху
(A) Перевірка на наявність можливих проблем
Після генерації траєкторії ми зазвичай не маємо інтуїтивного уявлення про її кінцеву продуктивність на верстаті. Моделювання траєкторії призначене для перевірки можливих проблем, щоб зменшити коефіцієнт браку під час фактичної обробки. Під час процесу моделювання траєкторії зазвичай перевіряється вплив зовнішнього вигляду заготовки. За допомогою моделювання можна побачити, чи гладка поверхня обробленої деталі, чи є сліди інструменту, подряпини та інші дефекти. Водночас необхідно перевірити, чи є переріз або недоріз. Переріз призведе до зменшення розміру деталі за проектний розмір, що вплине на продуктивність деталі; недоріз збільшить розмір деталі та може вимагати вторинної обробки.

 

(B) Оцінка раціональності планування процесів
Крім того, необхідно оцінити, чи є планування траєкторії процесу обґрунтованим. Наприклад, необхідно перевірити, чи є на траєкторії інструменту необґрунтовані повороти, різкі зупинки тощо. Ці ситуації можуть призвести до пошкодження ріжучого інструменту та зниження точності обробки. За допомогою моделювання траєкторії можна додатково оптимізувати планування процесу, а траєкторію інструменту та параметри обробки можна скоригувати, щоб забезпечити успішну обробку деталі під час фактичного процесу обробки та забезпечити якість обробки.

 

VII. Вихідний шлях
(A) Зв'язок між програмним забезпеченням та верстатним обладнанням
Виведення шляху є необхідним кроком для реалізації програмування проектування програмного забезпечення на верстаті. Він встановлює зв'язок між програмним забезпеченням та верстатом. Під час процесу виведення шляху згенеровані G-коди та M-коди необхідно передати до системи керування верстатом за допомогою спеціальних методів передачі. Загальні методи передачі включають зв'язок через послідовний порт RS232, зв'язок Ethernet та передачу через інтерфейс USB. Під час процесу передачі необхідно забезпечити точність та цілісність кодів, щоб уникнути втрати коду або помилок.

 

(B) Розуміння постобробки траєкторії інструменту
Для стажерів з професійним досвідом у галузі числового керування вихідний траєкторій можна розуміти як постобробку траєкторії інструменту. Метою постобробки є перетворення кодів, згенерованих загальним програмним забезпеченням для числового керування, на коди, які може розпізнавати система керування конкретного верстата. Різні типи систем керування верстатами мають різні вимоги до формату та інструкцій кодів, тому постобробка необхідна. Під час процесу постобробки необхідно налаштувати параметри відповідно до таких факторів, як модель верстата та тип системи керування, щоб забезпечити правильне керування верстатом під час обробки вихідними кодами.

 

VIII. Обробка
(A) Підготовка верстата та налаштування параметрів
Після завершення виведення траєкторії переходить до етапу обробки. Спочатку необхідно підготувати верстат, включаючи перевірку нормального стану кожної його частини, наприклад, плавного обертання шпинделя, напрямної рейки та гвинтового штока. Потім необхідно встановити параметри верстата відповідно до вимог обробки, такі як швидкість обертання шпинделя, швидкість подачі та глибина різання. Ці параметри повинні узгоджуватися з тими, що були встановлені під час процесу генерації траєкторії, щоб забезпечити точність позиціонування заготовки. Водночас заготовка повинна бути правильно встановлена ​​на пристосуванні, щоб забезпечити точність її позиціонування.

 

(B) Моніторинг та коригування процесу обробки
Під час процесу обробки необхідно контролювати робочий стан верстата. На екрані верстата можна спостерігати зміни параметрів обробки, таких як навантаження на шпиндель та сила різання, у режимі реального часу. Якщо виявлено аномальний параметр, такий як надмірне навантаження на шпиндель, це може бути спричинено такими факторами, як знос інструменту та невідповідні параметри різання, і його необхідно негайно скоригувати. Водночас слід звертати увагу на шум та вібрацію процесу обробки. Аномальні звуки та вібрація можуть свідчити про наявність проблеми з верстатом або ріжучим інструментом. Під час процесу обробки також необхідно проводити вибірку та перевірку якості обробки, наприклад, використовувати вимірювальні інструменти для вимірювання розміру обробки та спостерігати за якістю обробленої поверхні, а також своєчасно виявляти проблеми та вживати заходів для покращення.

 

IX. Інспекція
(A) Використання кількох засобів інспекції
Перевірка є останнім етапом усього технологічного процесу, а також важливим кроком для забезпечення якості продукції. Під час процесу перевірки необхідно використовувати різні засоби перевірки. Для перевірки точності розмірів можна використовувати вимірювальні інструменти, такі як штангенциркулі, мікрометри та трикоординатні вимірювальні прилади. Штангенциркулі та мікрометри підходять для вимірювання простих лінійних розмірів, тоді як трикоординатні вимірювальні прилади можуть точно вимірювати тривимірні розміри та похибки форми складних деталей. Для перевірки якості поверхні можна використовувати вимірювач шорсткості поверхні, а оптичний або електронний мікроскоп — для спостереження за мікроскопічною морфологією поверхні, перевірки наявності тріщин, пор та інших дефектів.

 

(B) Оцінка якості та зворотний зв'язок
Згідно з результатами перевірки, оцінюється якість продукції. Якщо якість продукції відповідає проектним вимогам, вона може бути передана на наступний етап обробки або упакована та зберігатися. Якщо якість продукції не відповідає вимогам, необхідно проаналізувати причини. Це може бути пов'язано з проблемами процесу, інструментами, верстатами тощо під час процесу обробки. Необхідно вжити заходів для покращення, таких як коригування параметрів процесу, заміна інструментів, ремонт верстатів тощо, а потім деталь повторно обробляється, доки якість продукції не буде кваліфікована. Водночас результати перевірки необхідно враховувати в попередньому процесі обробки, щоб забезпечити основу для оптимізації процесу та покращення якості.

 

X. Короткий зміст
Процес обробки високошвидкісних прецизійних деталей у обробних центрах є складною та ретельною системою. Кожен етап, від аналізу виробу до контролю, взаємопов'язаний та взаємовпливає один на одного. Тільки глибоке розуміння значення та методів роботи кожного етапу, а також увага до зв'язку між етапами, дозволяє ефективно та якісно обробляти високошвидкісні прецизійні деталі. Стажери повинні накопичувати досвід та вдосконалювати навички обробки, поєднуючи теоретичні знання та практичну роботу під час навчального процесу, щоб задовольнити потреби сучасного виробництва у високошвидкісній прецизійній обробці деталей. Тим часом, з постійним розвитком науки і техніки, технології обробних центрів постійно оновлюються, а процес обробки також потребує постійної оптимізації та вдосконалення для підвищення ефективності та якості обробки, зниження витрат та сприяння розвитку обробної промисловості.