Построение траекторий

Обработка поверхности на фрезеровальном станке с тремя или пятью степенями свободы и контурным регулированием может потребовать построения нескольких траекторий. Если требуется снять толстый слой материала, обычно рассчитываются траектории двух типов: вначале делается черновой проход и снимается основная часть материала, а затем осуществляется завершающая тонкая обработка (доводка), дающая деталь желаемой формы. В некоторых случаях приходится делать еще и третий, промежуточный, проход.

 

Траектории при черновом проходе

Черновой проход может осуществляться по-разному. Первый подход используется в том случае, если форма заготовки изначально близка к форме готовой детали (рис. 11.29). Это бывает, если заготовка получается в результате отливки. Обрабатываемая поверхность получается отступом от конечной поверхности на некоторое расстояние, а расчет для этой поверхности производится точно так же как и для конечной. Расчет траекторий обработки при чистовом проходе будет описан ниже.  

 

Построение траекторий

Второй подход применяется, если заготовка имеет форму бруска, и часто используется для получения таких деталей, как формы и штампы. В этом случае при черновом проходе осуществляется послойное снятие материала в несколько заходов (рис. 11.30). Для каждого слоя рассчитывается своя траектория движения как и для глубоких выемок (см. рис. 11.28). Граничная кривая для каждого я получается пересечением обрабатываемой поверхности с горизонтальной плоскостью, соответствующей слою. После определения граничной кривой траектория обработки выемки получается отступом от внешней границы внутрь (рис 11 28 а) Альтернативный вариант состоит в использовании параллельных прямолинейных траекторий, каждая из которых лежит внутри границ выемки (рис. 11.28, б). Подробное описание процедуры расчетов дается в работе [65].

 

Построение траекторий

 

Траектории при чистовом проходе

Чистовой проход требует аппроксимации кривых, образующих поверхность детали, отрезками прямых, вдоль которых будет перемещаться режущий инструмент. Точность обработки определяется точностью линейной аппроксимации. Она контролируется заданием допуска — максимального отклонения отрезков от соответствующих сегментов кривых. Этот допуск эквивалентен аргументам операторов OUTTOL и INTOL в языке APT.

Существует множество способов выбирать криволинейные образующие. Резец может двигаться вдоль поверхности в разных направлениях. Возможные траектории демонстрирует рис. 11.31. Кривые могут быть получены из уравнения поверхности путем присваивания одному из параметров постоянных значении из некоторого набора. Если обработка идет как в прямом направлении, так и в обратном, это называется шнуровкой (lace cutting). Если же рабочий проход делается только в одном направлении, это называется обычным фрезерованием (nonlace cutting). Режущий инструмент может также двигаться вдоль контуров поверхности или траекторий, полученных пересечением поверхности параллельными плоскостями.

Пользователь чаще всего имеет возможность выбрать один из трех режимов обработки в процессе планирования траекторий. Интервалы между кривыми рассчитываются программой исходя из требуемой точности. Интервал между траекториями определяет высоту  зубца, остающегося после обработки (рис. Высокие зубцы сильно снижают общую производительность, поскольку их приходится удалять шлифованием, а на это может уйти значительная доля о общих временных затрат на изготовление детали.

Построение траекторий Построение траекторий

После выбора аппроксимируемых кривых производится вычисление координат точек на этих кривых. Максимальное расстояние между любыми отрезками, соединяющими две соседние точки, и соответствующими сегментами кривой должно быть меньше заданного допуска. Эти точки называются контактными (cutter-contact points -CC points), поскольку именно в них режущий инструмент входит в контакт с поверхностью. Отклонение отрезка от истинной кривой возрастает при увеличении расстояния между СС-точками, которе называется длиной шага (step  length) (рис 11 33). Хотя уменьшение длины шага повышает точность, этот параметр обычно делают таким, чтобы аппроксимация удовлетворяла установленному допуску, но не меньшим иначе размеры CL-файла сильно возрастают. Процедура расчета длины шага в произвольной СС-точке кривой дается в работе [32].


Построение траекторий

Альтернативный метод состоит в использовании методики вычисления кривых Безье, предложенной в приложении И. Кривая обрабатываемой поверхности представляется в виде кривой Безье, которая делится на сегменты до тех пор, пока все выпуклые оболочки (показаны на рис. 11.34 заливкой) не будут иметь толщину меньше установленного допуска. Точки кривой (D4 и D7 на рис. 11 34) сохраняются как контактные.

Построение траекторий
 

После определения СС-точек программа переходит к расчету соответствующих им координат режущего инструмента (CL-точек). CL точки нужны для работы контроллера ЧПУ. CL-точку для концевой сферической фрезы вычислить довольно просто (рис. 11.35). Для этого используется формула:

Построение траекторий
где rсl и rсс — радиус-векторы CL- и СС-точки соответственно; R — радиус концевой сферической фрезы; n(u,v) единичный вектор внешней нормали к поверхности детали в СС-точке, соответствующей значениям параметров и и v, а — единичный вектор, направленный вдоль оси инструмента. У трехосевого станка этот вектор обычно имеет координаты (0, 0. 1), тогда как у пятиосевого он может быть направлен произвольно. Трехосевые станки не позволяют поворачивать режущий инструмент относительно детали. В них он всегда закреплен под фиксированным углом, чаще всего — направлен вдоль оси z.
 

Для резцов других типов могут быть получены аналогичные соотношения между СС- и CL-точками. В станках с пятью степенями свободы направление режущего инструмента может изменяйся. В принципе, его можно было бы совмещать с нормалью к поверхности детали для минимизации высоты зубца, но на практике резец чаще всего наклоняют, чтобы достичь максимального радиуса обработки или максимальной скорости фрезерования. Поэтому расчет траектории для станка с пятью степенями свободы включает сложные вычисления, связанные с ориентацией оси режущего инструмента. В этой книге мы не будем вдаваться в подробности.

Построение траекторий

Выше мы говорили о том, как рассчитать CL-точки по СС-точкам. Возможно однако, непосредственное вычисление координат CL-точек путем сдвига поверхности детали. Особенно это эффективно для концевой сферической фрезы. И так, поверхность детали сдвигается на величину радиуса фрезы, а кривые на этой поверхности рассчитываются тем же методом, что и на рис. 11.31. Точки кривых будут соответствовать координатам центра резца, а CL-точки можно будет вычислить прибавлением вектора -Rа к радиус-векторам этих точек. Под переменными R и а мы понимаем то же, что и в уравнении (11.1).
 
Резец, движущийся вдоль расчетной траектории, может сделать излишне глубокую выемку в каком-либо месте. Такой дефект называется заглублением (gouging). Заглубление происходит в тех местах, где радиус кривизны поверхности оказывается меньше радиуса режущего инструмента (рис. 11.36). Если же диаметр резца слишком мал, фрезерование оказывается медленным и малоэффективным. В такой ситуации необходимо разбивать поверхность на участки таким образом, чтобы большая часть поверхности обрабатывалась резцом большего диаметра, а отдельные участки - резцом меньшего диаметра.
 
Построение траекторий

Заглубление может также происходить в тех местах, где одна поверхность дета- ли соединяется с Другими (рис. 11.37), если точку на границе двух поверхностей взять в качестве контактной (точка А на рис. 11.37). Эту проблему можно обой-передвинув границу для контактных точек в точку В (рис. 11.38). Граничное положение центра режущего инструмента можно получить пересечением двух сдвинутых поверхностей (сдвиг производится на величину радиуса инструмента). Для несферических резцов расчет может быть более сложным.

Построение траекторий

 

 

Построение траекторий


В станках с пятью степенями свободы обнаружить заглубление сложнее, потому что для этого нужно учитывать геометрию резца в целом в каждом его положении с учетом ориентации. Резец может столкнуться с зажимами, креплениями, шпинделями или с самой деталью.

Смотрите также