Остаточная обработка в CAM для ЧПУ: Определение, стратегии и лучшие практики

В области автоматизированного производства (CAM) для обработки на станках с ЧПУ эффективность и точность имеют первостепенное значение. Одной из самых мощных функций, используемых современным программным обеспечением CAM для достижения этих целей, является остаточная обработка, часто также называемая «обработкой остатков», «обработкой оставшегося материала» или «распознаванием необработанного материала». Эта функция принципиально связана с разумной обработкой материала, который предыдущие, более крупные или грубые режущие инструменты не смогли удалить. Освоение остаточной обработки необходимо для сокращения холостых проходов, продления срока службы инструмента и значительного сокращения общего времени цикла, особенно при обработке сложных деталей или глубоких полостей.

Определение остаточной обработки

Остаточная обработка — это стратегия программирования CAM, при которой программное обеспечение автоматически определяет области модели детали, которые не были полностью обработаны предыдущей операцией, и генерирует траектории движения инструмента только в этих конкретных областях. «Остаток» относится к оставшемуся, или остаточному, материалу, оставшемуся после более крупного, обычно чернового, инструмента.

Этот процесс в значительной степени зависит от способности системы CAM поддерживать цифровую модель заготовки, или обрабатываемой детали (IPW), в режиме реального времени. После расчета черновой или получистовой обработки программное обеспечение CAM сравнивает текущую модель IPW с окончательной желаемой геометрией детали. Любое несоответствие, обычно в виде гребешка материала в углу или на крутой стенке, до которого не смог добраться радиус предыдущего инструмента, помечается как «остаточный материал». Затем последующему, более мелкому инструменту дается указание обрабатывать только эти помеченные области, а не перерабатывать области, которые уже обработаны до требуемого допуска.

Основное определение и преимущество остаточной обработки двояки: эффективность (более мелкий инструмент не тратит время на резку воздуха или уже удаленного материала) и точность (он гарантирует, что более мелкий инструмент будет взаимодействовать только с материалом, для резки которого он предназначен, предотвращая вибрацию и поломку).

Основные стратегии эффективной остаточной обработки

Успешная реализация остаточной обработки требует продуманного планирования и стратегии в среде CAM. Подход обычно последовательный, переходя от больших, агрессивных инструментов к постепенно меньшим, более деликатным.

1. Иерархическая последовательность инструментов

Наиболее распространенной стратегией является нисходящая последовательность размеров инструментов. При первом проходе используется самый большой, наиболее агрессивный инструмент, чтобы быстро удалить основную часть материала. Последующие проходы затем используют остаточную обработку на основе геометрии предыдущего инструмента. Например, распространенная последовательность может выглядеть следующим образом:

• Черновая обработка (большая концевая фреза): Удаляет 90% материала.

• Проход остаточной обработки 1 (средняя концевая фреза): Система CAM вычисляет оставшийся материал, оставленный большим инструментом (например, в углах с радиусами меньше, чем радиус угла большого инструмента), и обрабатывает только эти области.

• Проход остаточной обработки 2 (маленькая шаровая концевая фреза или D-образная фреза): Система CAM вычисляет новый оставшийся материал, оставленный средним инструментом, обычно концентрируясь на очень маленьких радиусах и глубоких, узких областях.

• Чистовая обработка: Затем окончательный инструмент выполняет полный проход, но нагрузка резания распределяется равномерно и легко, потому что операции остаточной обработки удалили весь тяжелый материал, оставляя однородный, минимальный слой материала для окончательной резки.

2. Определение эталонного инструмента

Эффективность остаточной обработки зависит от того, насколько четко программист определяет эталонный инструмент или эталонную операцию для текущего прохода. При настройке операции остаточной обработки система CAM должна знать, геометрию какого предыдущего инструмента использовать для расчета заготовки. Например, если вы используете концевую фрезу 1/4 дюйма, вы должны сообщить программному обеспечению CAM, что предыдущим инструментом была концевая фреза 1/2 дюйма. Это позволяет программному обеспечению точно определять гребешки и карманы, куда не смог поместиться инструмент 1/2 дюйма.

Некоторые передовые системы CAM позволяют остаточной обработке ссылаться на модель заготовки с определенной точки во времени после серии предыдущих операций, предлагая большую гибкость.

3. Распознавание Z-уровня

При 3D-контурной обработке или фрезеровании карманов остаточная обработка также должна учитывать осевые или Z-уровневые ограничения предыдущего инструмента. Если у инструмента было недостаточно длины рабочей части для достижения дна глубокой полости, стратегия остаточной обработки должна распознавать необработанный материал, оставшийся на дне и стенках на недостижимых глубинах. Это особенно важно для сложных 3D-деталей, где материал остается на крутых склонах или в глубоких карманах. Стратегия здесь включает в себя обеспечение того, чтобы более мелкий инструмент был запрограммирован на обработку полной глубины, ранее недоступной.

Лучшие практики для оптимальной остаточной обработки

Чтобы максимизировать преимущества остаточной обработки, необходимо соблюдать несколько лучших практик на этапе программирования CAM:

1. Точная калибровка данных об инструменте и заготовке

Точность остаточной обработки напрямую пропорциональна точности определений инструмента и модели заготовки. Даже небольшие расхождения в диаметре инструмента или радиусе угла между моделью CAM и физическим инструментом могут привести к резке воздуха или, что еще хуже, к пропуску материала, что вызывает чрезмерную нагрузку на окончательный чистовой инструмент. Всегда используйте точные, измеренные размеры ваших режущих инструментов в настройке CAM.

2. Используйте соответствующие стратегии врезания

Поскольку траектории движения инструмента остаточной обработки часто включают в себя взаимодействие инструмента с небольшими, неровными кусками остаточного материала, нагрузки резания могут быть спорадическими и непоследовательными. Чтобы смягчить это:

• Врезание по спирали/по наклонной: Избегайте резких движений врезания. Используйте медленные, спиральные или наклонные врезания, чтобы безопасно войти в остаточный материал.

• Стратегии постоянной нагрузки на инструмент: Используйте принципы динамического или трохоидального фрезерования даже при проходах остаточной обработки, чтобы поддерживать постоянную нагрузку на стружку и предотвращать внезапные высокие нагрузки, когда инструмент неожиданно сталкивается с большим куском оставшегося материала.

3. Управление припуском на остаточный материал

Хотя цель остаточной обработки — удалить остаточный материал, крайне важно оставить постоянное, небольшое количество припуска для последующего инструмента. Не пытайтесь полностью обработать поверхность за один проход остаточной обработки. Типичная стратегия состоит в том, чтобы оставить $0,005''$ до $0,010''$ припуска после черновой обработки, а затем, возможно, $0,001''$ до $0,002''$ после прохода остаточной обработки, обеспечивая легкую, равномерную стружку для окончательной обработки.

4. Оптимизация связей траектории движения инструмента и отводов

Остаточная обработка часто приводит к появлению множества небольших, несвязанных сегментов траектории движения инструмента по всей детали. Чрезмерные быстрые перемещения между этими сегментами (перемещения по воздуху) могут свести на нет экономию времени, полученную за счет избежания больших холостых проходов.

• Минимизация отводов: Используйте настройки перемещения без резания системы CAM, чтобы удерживать инструмент низко над поверхностью детали, когда это возможно, перемещаясь между областями остатка, а не отводя к плоскости большого зазора.

• Плоскости безопасного зазора: Определите плоскость местного зазора непосредственно над самым высоким оставшимся материалом в непосредственной области, чтобы обеспечить безопасность без чрезмерного времени перемещения.

Заключение

Остаточная обработка — незаменимый инструмент в современном программировании CAM для ЧПУ, позволяющий эффективно и безопасно обрабатывать сложные геометрии. Точно определяя модель заготовки, стратегически располагая инструменты от больших к малым и используя способность системы CAM распознавать необработанный материал, такие производители, как Tuofa CNC Machining China, могут достичь более жестких допусков, значительно сократить время цикла и продлить срок службы своих более мелких, более дорогих чистовых инструментов. Освоение определения, иерархических стратегий и лучших практик остаточной обработки является определяющей характеристикой высококлассного, высокоточного производства с ЧПУ.