Vliv nastavení parametrů CAM

Tags: CAM

na kvalitu frézované konkávní a konvexní plochy
Problematika možnosti ovlivnění kvality frézované šikmé plochy nastavením parametrů CAM systémů byla popsaná v předešlém čísle časopisu. Šikmá plocha byla obráběná dvěma způsoby, přičemž vedlejší pracovní pohyb nástroje byl v jednom případě ve vertikálním směru a v případě druhém v horizontálním směru. Vzorky byly ve všech případech obráběné válcovou čelní frézou a kopírovací frézou. V obou případech byla drsnost obrobené plochy měřená drsnoměrem v příčném i v podélném směru, přičemž byla sledována hodnota maximální výšky nerovnosti profilu drsnosti povrchu.

Obr. 1 Definování směru měření drsnosti, porovnání kvality povrchu vzorků

Tvar nástroje, strategie obrábění a čas obrábění

V následujícím bude poukázáno na vliv tvaru nástroje a jeho pohybu na celkový čas obrobení plochy(obr. 3). Ve všech čtyřech případech byla nastavena stejná hodnota maximální výšky nerovnosti MSH = 0,05 mm (MSH - definice v závěru článku).

Obr. 2 Použité nástroje

Obr. 3 Způsoby obrábění konkávní plochy
a)Obrábění válcovou čelní frézou horizontálně, čas t = 3 min 5 s
b)Obrábění válcovou čelní frézou vertikálně, čas t = 0 min 40 s
c)Obrábění kopírovací frézou horizontálně, čas t = 0 min 25 s
d)Obrábění kopírovací frézou vertikálně, čas t = 0 min 27 s

Frézování konkávní plochy – vertikálně – pohyb nástroje ve směru osy Z

Posuzované kombinace strategií dráhy nástroje

Simulovány a vyhodnocovány budou následující strategie frézování, a to v pořadí:

Obousměrné frézování
1) první dráha - klesající nesousledné frézování, druhá dráha stoupající sousledné frézování
2) druhý případ nebude simulován

Posuzované kombinace nástrojů a nastavení hodnot MSH (maximální výšky nerovnosti):

• Obrobení konkávní plochy válcovou čelní frézou průměru D = 5 mm, MSH = 0,05 mm
• Obrobení konkávní plochy kopírovací frézou průměru D = 5 mm, MSH = 0,05 mm
• Obrobení konkávní plochy válcovou čelní frézou průměru D = 5 mm, MSH = 0,01 mm
• Obrobení konkávní plochy kopírovací frézou, hlavou průměru D = 5 mm, MSH = 0,01 mm
• Obrobení konkávní plochy válcovou čelní frézou průměru D = 10 mm, MSH = 0,01 mm
• Obrobení konkávní plochy kopírovací frézou průměru D = 10 mm, MSH = 0,01 mm

Otisky reliéfu nástroje v polotovaru pro jednotlivé kombinace jsou znázorněny na následujících obrázcích. Kvůli jednoduchosti bude znázorněna jen polovina kombinací, druhá polovina je jejich zrcadlovým obrazem. (obr. 4)

Obr. 4 Otisky reliéfu nástroje v polotovaru při frézovaní konkávní plochy, pokud je vedlejší pracovní pohyb nástroje ve směre osy Z
a) Válcová čelní fréza – nesousledně – klesající
b) Kopírovací fréza – nesousledně – klesající
c) Válcová čelní fréza – sousledně – stoupající
d) Kopírovací fréza – sousledně – stoupající

MSH = 0,05 mm a MSH = 0,01 mm

Kvůli rozsáhlosti experimentu bude graficky vyhodnocený výsledek naměřené drsnosti vzorků pro nastavenou hodnotu MSH = 0,05 mm a taktéž MSH = 0,01 mm, přičemž v prvém případě bude použita válcová čelní fréza průměru D = 5 mm a v druhém případě kopírovací fréza D = 5 mm (graf 1 až 4). Ostatní posuzované kombinace nastavených hodnot MSH, tvaru a průměru nástrojů budou hodnoceny v souhrnu poznatků.

Obr. 5 Obrobená plocha při nastavených hodnotách MSH = 0,05 mm (vlevo) a MSH = 0,01 mm (vpravo) při vertikálním obousměrném obrábění kopírovací frézou

Graf 1 Obrobení konkávní plochy vertikálně válcovou čelní frézou D = 5 mm, MSH = 0,05 mm,
příčná drsnost

Graf 2 Obrobení konkávní plochy vertikálně kopírovací frézou průměru D = 5 mm, MSH = 0,05 mm,
měřená příčná drsnost

Graf 3 Obrobení konkávní plochy vertikálně kopírovací frézou průměru D = 5 mm, MSH = 0,01 mm,
měřená příčná drsnost

Graf 4 Obrobení konkávní plochy vertikálně kopírovací frézou průměru D = 5 mm, MSH = 0,01 mm,
měřená příčná drsnost

Shrnutí poznatků frézování konkávní plochy – vertikálně

• vliv průměru nástroje – při obrábění válcovou čelní frézou je dosaženo příznivější hodnoty Rz pro nástroj s menším poloměrem Rz = 34-40 μm oproti Rz = 46-52 μm pro nástroj s větším poloměrem. Podobně je to i u kopírovací frézy.
• vliv strategie obrábění – strategie obrábění nemají výrazný vliv na kvalitu obrobené plochy.
• vliv tvaru nástroje – pokud je drsnost měřená v příčném směru, kvalitativní ukazovatele jsou příznivější, pokud je plocha obráběná válcovou čelní frézou než kopírovací frézou, pokud se jedná o průměr nástroje D = 5 mm.
• vliv zvyšování přesnosti obrobeného povrchu (snižování hodnoty výšky nerovnosti) – při nastavení parametru MSH = 50 μm byly dosaženy hodnoty Rz = 48-57 μm u válcové čelní frézy a Rz = 61-68 μm u nástroje s kulovou hlavou. Naměřené hodnoty oscilují okolo softwarově nastavených hodnot. Při zvýšení přesnosti na MSH = 10 μm jsou naměřené hodnoty Rz = 34-40 μm u válcové čelní frézy a Rz = 38-46 μm u kopírovací frézy. U válcové čelní frézy s průměrem D = 10 mm je Rz = 46-52 μm a u kopírovací frézy je Rz = 42-46 μm.

Frézování konvexní plochy – vertikálně – pohyb nástroje v směru osy Z

Posuzované kombinace strategií dráhy nástroje

Posuzované kombinace nástrojů a nastavení hodnot MSH (maximální výšky nerovnosti):

• Obrobení konkávní plochy válcovou čelní frézou průměru D = 5 mm, MSH = 0,05 mm
• Obrobení konkávní plochy kopírovací frézou průměru D = 5 mm, MSH = 0,05 mm
• Obrobení konkávní plochy válcovou čelní frézou průměru D = 5 mm, MSH = 0,01 mm
• Obrobení konkávní plochy kopírovací frézou hlavou průměru D = 5 mm, MSH = 0,01 mm
• Obrobení konkávní plochy válcovou čelní frézou průměru D = 10 mm, MSH = 0,01 mm
• Obrobení konkávní plochy kopírovací frézou průměru D = 10 mm, MSH = 0,01 mm

Otisky reliéfu nástroje v polotovaru pro jednotlivé kombinace jsou znázorněny na následujících obrázcích. Kvůli jednoduchosti bude znázorněná jen polovina kombinací, druhá polovina je jejich zrcadlovým obrazem. (obr. 7)

Obr. 7 Otisky reliéfu nástroje v polotovaru při frézovaní konvexní plochy, pokud je vedlejší pracovní pohyb nástroje v směru osy Z
a) Válcová čelní fréza – nesousledně – klesající
b) Kopírovací fréza – nesousledně – klesající
c) Válcová čelní fréza – sousledně – stoupající
d) Kopírovací fréza – sousledně – stoupající

MSH = 0,05 mm a MSH = 0,01 mm

Kvůli rozsáhlosti experimentu bude graficky vyhodnocen výsledek naměřené drsnosti vzorků pro nastavenou hodnotu MSH = 0,05 mm a taktéž MSH = 0,01 mm, přičemž v prvém případě bude použita válcová čelní fréza průměru D = 5 mm a v druhém případě kopírovací fréza D = 5 mm (graf 5 až 8). Ostatní posuzované kombinace nastavených hodnot MSH, tvaru a průměru nástrojů budou hodnoceny v souhrnu poznatků.

Obr. 8 Obrobená plocha při nastavených hodnotách MSH = 0,05 mm (vlevo) a MSH = 0,01 mm (vpravo) při vertikálním obousměrném obrábění kopírovací frézou

Graf 5 Obrobení konvexní plochy vertikálně válcovou čelní frézou D = 5 mm, MSH = 0,05 mm,
příčná drsnost

Graf 6 Obrobení konkávní plochy vertikálně kopírovací frézou průměru D = 5 mm, MSH = 0,05 mm,
měřená příčná drsnost

Graf 7 Obrobení konvexní plochy vertikálně válcovou čelní frézou D = 5 mm, MSH = 0,01 mm,
příčná drsnost

Graf 8 Obrobení konkávní plochy vertikálně kopírovací frézou průměru D = 5 mm, MSH = 0,01 mm,
měřená příčná drsnost

Shrnutí poznatků frézování konvexní plochy – vertikálně

Vysvětlení pojmů MSH, SH, Rz

Parametr ovlivňující kvalitu povrchu nastavitelný v CAM:

MSH – maximální výška nerovnosti
SH – výška nerovnosti

Přesnost kopírování povrchu nástrojem můžeme ovlivnit parametrem SH (teoretická výška nerovnosti, v praxi maximální výška nerovnosti profilu drsnosti povrchu Rz, v našem případě měřená v příčném směru na dráhu nástroje).

Obr. 10 SH (Scallop Height) – parametr nastavení výšky nerovnosti (závisí na vzdálenosti dvou po sobě následujících drahách nástroje)

Autoři pracují na Strojníckej fakulte TU v Košicích.

Článek byl vypracován v rámci řešení úlohy KEGA 3/4244/06 - Virtuálne laboratórium metrológie v študijnom odbore Mechatronika a úlohy VEGA 1/3145/06 Riešenie konštruktívneho problému - klasický verzus evolučný prístup.