Optymalizacja programów obróbczych na obrabiarkach CNC

Najczęściej opracowanie programu obróbczego dla obrabiarek sterowanych numerycznie kończy się na dwóch pierwszych etapach. Program działa, części się wykonuje i pozornie wszystko jest w porządku. Zazwyczaj jednak nie ma czasu w przedsiębiorstwie na etap trzeci związany z optymalizacją programu obróbczego. Przekłada się to na mniejszą wydajność produkcji.

Technologia obróbki HSM

W ostatnich dekadach w wielu dziedzinach, takich jak: lotnictwo, aeronautyka i astronautyka, motoryzacja oraz przemysł form wtryskowych, technologia HSM stała się jedną z najbardziej obiecujących technologii produkcyjnych. Technologia frezowania z wysokimi prędkościami skrawania (High Speed Machining – HSM) jest obecnie jedną z kluczowych technologii frezowania stosowaną w przemyśle lotniczym. Wynika to z faktu połączenia zwiększonej wydajności i wysokiej jakości. Czynnikiem odróżniającym HSM od pozostałych technik frezowania jest inny dobór parametrów skrawania, głębokości warstwy skrawanej, prędkości posuwu oraz prędkości skrawania [3]. Ponadto technologia HSM zwiększa możliwości produkcyjne, na przykład możliwość wykonania cienkich ścianek, ze względu na określone warunki skrawania charakteryzujące się niskimi siłami skrawania i niskimi temperaturami obrabianych powierzchni. Technologia HSM cechuje się: wysoką wydajnością, mniejszymi siłami skrawania, lepszym rozpraszaniem energii cieplnej podczas obróbki. Jeśli chcemy jeszcze bardziej skrócić czas potrzebny do obrobienia części, to podwyższanie parametrów jest możliwe tylko wówczas, kiedy znajdują się one w obszarach stabilności [3, 5].

Kryteria czasu i kosztów nie są wystarczające. Kluczowego znaczenia nabiera stabilność obróbki.

Optymalizacja programu obróbkowego powoduje zmianę podstawowych parametrów skrawania, jak posuw i prędkość skrawania, z uwzględnieniem: siły skrawania, mocy wrzeciona (napędu głównego), analizy stabilności obróbki (chatter) oraz odchylenia i odkształcenia zarówno przedmiotu, jak i narzędzia.

Podstawową korzyścią z wprowadzenia HSM jest znacząca obniżka czasu obróbki [1, 3]. Dzięki użyciu technologii frezowania HSM z dużymi prędkościami możliwe jest nie tylko frezowanie prawie wszystkich materiałów twardych i miękkich. Także uzyskanie wysokiej dokładności i jakości powierzchni w procesie gwarantującym wysoką powtarzalność.

Użycie nowoczesnych materiałów oraz powłok warstwowych do produkcji ostrzy tnących pozwala w pełni na wykorzystanie technologii HSM [1, 3]. Technologia High Speed Machining umożliwia frezowanie takich złożonych konstrukcji ze stopu aluminium, jakie nie były dotychczas praktycznie możliwe.

Objętościowa wydajność skrawania (MRR)

Koszt operacji skrawania najczęściej jest obliczany przy użyciu wskaźnika szybkości usuwania materiału lub inaczej objętościowej wydajności skrawania (Material Removal Rate – MRR). Im ten wskaźnik jest większy, tym niższe są koszty obróbki.

Szybkość usuwania materiału Q to objętość usuniętego materiału na minutę. Wyraża się w cm³/min i oblicza się ze wzoru:

Q = a_e* a_p * V_f (cm³/min)

gdzie:
a_e – szerokość skrawania (mm); a_p – głębokość skrawania (mm); V_f – prędkość posuwu (m/min).

Mimo wielu znanych kryteriów optymalizacji procesu obróbki skrawaniem najczęściej wykorzystywanym kryterium jest podejście ekonomiczne. W praktyce przekłada się to na czas wykonania części, przy równoczesnym zachowaniu wysokich wymogów co do jakości funkcjonalnej wyrobu. Jakość i wydajność odgrywają ważną rolę na dzisiejszym rynku produkcyjnym.

Program obróbczy na obrabiarki CNC – optymalizacja

Obecnie techniczne przygotowanie produkcji odbywa się w świecie wirtualnym przy wykorzystaniu sprzętu komputerowego i oprogramowania. Można tutaj podać następujące prawo: im więcej pracy i wysiłku włożymy w przygotowanie produkcji w świecie wirtualnym, tym mniej mamy pracy i problemów w świecie realnym. Koszty pracy w świecie wirtualnym są znacząco mniejsze od kosztów pracy w świecie realnym. Im więcej pracy przeniesiemy ze świata realnego do świata wirtualnego, tym prawdopodobieństwo wykonania dobrej sztuki za pierwszym razem znacząco się zwiększa [3].

Stosując programy symulacyjne, można zmniejszyć także ryzyko wynikające z błędów istniejących w programie obróbki dla maszyn CNC, ponieważ są one wykrywane wcześniej na komputerze, jeszcze przed realną obróbką. Współczesne obrabiarki CNC są coraz bardziej dokładne, złożone i skomplikowane. W związku z tym komputerowa symulacja obróbki części stała się obecnie koniecznością. Szczególnie ważna jest funkcja zapobiegania błędom programu obróbkowego, a także unikania kolizji narzędzia w przestrzeni roboczej. Procentuje to mniejszymi brakami w produkcji, uniknięciem uszkodzenia drogiej maszyny CNC i straty czasu, za który klient nie chce płacić.

Galeria

Zobacz więcej