Методы улучшения обработки с CAM ПО

Эта статья познакомит вас с различными способами, которые помогут вашему CAM-программному обеспечению добиться лучших результатов. Требуется больше, чем просто выбор оптимальной траектории инструмента для любой ситуации. Многие специалисты по ЧПУ предполагают, что CAM ПО сразу же делает все возможное, но знание того, как в полной мере использовать все возможности, может иметь огромное значение.

Введение в CAM, подачи и скорости (иначе говоря, вы не можете доверять CAM ПО!)

Первое, что нужно знать, это то, что почти каждый пакет CAM довольно плохо рассчитывает подачу и скорость. Большинство программ CAM имеют своего рода упрощенный калькулятор скоростей и каналов, встроенный прямо в него, но большинство из них мучительно упрощены до такой степени, что они делают не намного больше, чем ваш калькулятор. Недовольство встроенными подачами и скоростями пакета было одним из основных недостатков, упомянутых пользователями в нашем отчете о сильных и слабых сторонах CAM.

Мы рассматривали не менее 5 различных программ CAM. Все они были «обкатаны», чтобы мы оценили и написали о них. У каждого из них есть интересные особенности, которые нам нравятся. Но у каждого из них также есть очень примитивное понятие подачи и скорости. Поэтому чаще всего необходимо самому рассчитать подачи и скорости для каждого станка. Кроме того необходимо учесть индивидуальные особенности вашей машины, такие как люфт, возможные вибрации и резонансы.

Как траектория вашего CAM ПО относится к вашей оснастке?

После того, как вы обновили свои расчеты подачи и скорости сверх того, что включено в пакет CAM, следующее, на что нужно обратить внимание, — это влияние различных траекторий инструмента. Существует бесконечное количество траекторий, которые позволят обработать нужную вам форму, и не все они равны. В этой статье мы углубимся в некоторые мелкие детали траекторий, а не будем слишком тщательно разбираться в проблемах общей картины, например, какую траекторию выбрать. Мы будем говорить о таких вещах, как то, как инструмент входит и выходит из заготовки, и как он преодолевает изгибы и углы.

Почему это имеет значение? Разве все CAM ПО не производят довольно хороший g-код? На самом деле, многие из них создают плохой код, но даже те, которые способны создавать отличный код, требуют от оператора значительной осторожности, чтобы убедиться, что выбраны правильные параметры, чтобы выводился хороший код.

Ваша фреза требует оптимальной производительности для обработки. Каждое изменение направления — это усилие, воздействующее на нее. Чем резче изменение, тем больше сил. Также очень важно учитывать разницу между импульсом и устойчивой силой. Представьте, что вы прикладываете силу к концу инструмента. Вы можете либо нанести его, постучав по концу инструмента молотком, используя метчик, который прилагает точное количество силы, либо вы можете постоянно нажимать на инструмент с этой силой, возможно, плавно увеличивая его. Как вы думаете, какой метод позволит вам применить наибольшую силу? Это не молоток!

Давайте рассмотрим некоторые из наиболее важных приемов траектории фрезерования и посмотрим, что мы можем сделать, чтобы это было гладко и легко. Использование этих методов снизит износ инструмента, улучшит чистоту поверхности и, в конечном итоге, позволит вам запустить фрезу быстрее, дальше или и то, и другое.

Подвод и отвод фрезы

Первый подвод — это наихудший случай прерывистого резания, который вызывает наибольший износ резца. В идеале вы хотите, чтобы резак плавно вкатывался в материал по дуге, а не по прямой линии. Если вы должны двигаться по прямой, избегайте лобового столкновения — попробуйте войти почти по касательной. Если вы не можете аккуратно подойти в разрез, попробуйте уменьшить скорость подачи до половины, пока фреза полностью не войдет в разрез.

Меня очаровывают эти геометрические эффекты. Другое дело — истончение стружки. Разве не интересно, почему мать-природа любит круги больше, чем прямые линии? Утончение стружки, переход в пропил и трохоидальные пути высокоскоростной обработки — это все о поведении кругов, когда мы пытаемся использовать их (в виде вращающихся фрез), чтобы разрезать прямые линии, которые нам, людям, более удобны. В этих приложениях круги более мягкие и естественные. Вот еще один взгляд на геометрию:

Выполнение ввода справа означает запуск фрезы на один радиус вправо от исходного начального положения, а затем прокатку по траектории, которая представляет собой дугу с тем же радиусом, что и фреза. Специалисты сообщают, что это работает как для концевых фрез, так и для торцевых фре. Фактически, они говорят, что это действительно помогает продлить срок службы фрезы для таких материалов, как нержавеющая сталь.

Оставайтесь в заготовке и избегайте прорезей

Постарайтесь, чтобы резак был задействован как можно дольше. Каждый раз, когда он покидает заготовку, он должен делать новый подвод, который представляет собой прерывистый рез наихудшего вида. Ваша фреза и ваша заготовка будут счастливее, если вы сможете держать их в связке.

Вы действительно можете сделать жизнь фрезы невыносимой, путешествуя по пазам и отверстиям потому что вы заставляете фрезу входить в заготовку снова и снова на каждом обороте. Постарайтесь расположить траекторию инструмента так, чтобы она не пересекала прорезь, а проходила по обе стороны от прорези.

Каждый раз, когда вам приходится обрабатывать сложные места, вы можете улучшить ситуацию, снизив скорость подачи до 50% в зависимости от прочности материала.

Погружение, наклон или спираль (круговое нарастание)?

При подготовке к обработке карманов у вас есть выбор: врезание, наклон или спираль, чтобы фреза врезалась в материал. Конечно, вы также можете использовать сверло, чтобы быстро открыть полость для начала, но вам придется менять инструмент. Подумайте, стоит ли оно того? Если не учитывать смену инструмента, сверло — самый быстрый способ проделать отверстие из всех этих способов.

В порядке предпочтения спираль является самой простой в использовании инструментов, за ней следует врезание, а затем погружение. По возможности избегайте последнего.

Вход для разрезов 2D профиля

Если вы хотите минимизировать следы инструментов, возникающие в результате движений входа и выхода во время профилирования, совместите эти движения с углом детали. Например, посмотрите эти ходы в этой части:

Следуйте по этому пути, чтобы обрезать внешний профиль детали для достижения наилучших результатов. Готовая деталь — синяя, траектория — желтая. Обратите внимание на ввод / вывод в нижнем углу. Это работает, потому что инструмент касается только угла во время ввода.

Не центрируйтесь при торцевом фрезеровании

Если ваша торцевая фреза шире разреза, не размещайте фрезу прямо на центральной линии — держите ее с одной или другой стороны. Это нагружает одну сторону фрезы и обеспечивает более стабильный рез, поскольку силы резания не будут перемещаться так, как при центрировании фрезы. В идеале, положение сбоку, что приводит к подъему фрезерования, где стружка начинается с большой и становится меньше. Это слева от центра для вращения шпинделя по часовой стрелке. Центрированная фреза имеет большую среднюю толщину стружки по всей длине, но фреза со смещением может начинать стружку с больших размеров и уменьшать их, что является более предпочтительной геометрией, как мы обсуждали в разделе «Вход и выход резания».

За углом

Обойти углы с инструментами действительно сложно, потому что угол зацепления инструмента и, следовательно, силы резания могут радикально увеличиться в мгновение ока. Эта диаграмма помогает объяснить:

Когда фреза входит в угол 90 градусов, угол зацепления инструмента, который представляет собой угол окружности режущего инструмента, удваивается. Силы резания соразмерно возрастают, и инструмент забивается. Это объясняет, почему специальные траектории инструмента HSM, которые контролируют угол зацепления, могут работать намного быстрее. Нормальные подачи и скорости производителя должны предполагать наличие углов. Таким образом, они уменьшены, чтобы выдерживать огромные шипы режущей силы. Если бы производитель мог быть уверен, что инструмент будет использоваться только на прямой линии, без углов и резких скачков силы, они могли бы предложить гораздо более высокие скорости и подачи.

CAM-программы предоставляют несколько способов избежать проблем в поворотах.

Регулировка скорости подачи

Каждый фрезеровщик слышал, как машина «пищит», когда инструмент выходит за угол. У большинства инструменты сломаны в углах, когда они давили слишком сильно. В какой-то момент операторы станков учатся «ездить» на коррекции скорости подачи. То есть они уменьшали подачу, поворачивая диск FRO, когда резак заходил в угол. Со временем стали доступны служебные программы и программы CAM, которые автоматически снижали скорость подачи в углах, чтобы поддерживать постоянные силы резания.

Это неплохое решение по сравнению с альтернативой врезаться в поворот на полной скорости. Это позволит вам настроить ваши программы для работы с более высокой подачей и скоростью. Однако довольно скоро были разработаны лучшие способы. Недостатком простой регулировки скорости подачи является то, что машины ограничены в том, насколько быстро они могут ускоряться и замедляться. Неизбежно это означает, что g-код должен замедлять работу инструмента раньше и дольше, чем это необходимо.

Трохоидные дорожки и «отслаивающиеся» углы

Что, если бы вместо того, чтобы замедляться для углов, вы просто расположили траекторию инструмента так, чтобы не было углов? В этом секрет всех современных траекторий HSM. Первые опробованные подходы включали техники, называемые «трохоидальное фрезерование» и «пилинг углов».

Угловой пилинг включает в себя серию дуговых движений, чтобы постепенно срезать угол, а не врезаться в него:

Трохоидальное фрезерование было впервые применено для очистки пазов. Представьте себе, что диск катится по прямой линии по его краю, а на его стороне торчит карандаш. На кончике карандаша во время катания изображена петляющая фигура, называемая «трохоидой». Теперь представьте себе прорезание паза концевой фрезой. Обычно концевая фреза медленно режет по всей ширине. Но предположим, что вы использовали концевую фрезу меньшего размера и сделали ее петлями так, чтобы петли были на всю ширину паза. Это трохоидальная траектория, и вы можете запустить ее намного быстрее, чем полную концевую фрезу.

Постоянные углы захвата

Проблема с пилингом и трохоидами заключается в том, что они представляют собой специальные «приспособления» для углов, а не универсальные способы управления углом зацепления инструмента. В конце концов, поставщики CAM ПО решили проблему создания траекторий, которые сохраняют постоянный угол зацепления инструмента. Производительность при черновой обработке с такими траекториями огромна. Вот типичный путь, созданный Volumill из GibbsCAM для кармана:

Согласование CAD / CAM ПО и аппроксимация кривых

И последнее, чего я хотел коснуться, касается качества g-кода и траекторий, создаваемых CAM ПО. С некоторых точек зрения эти программы работают с недостатками. Причина в том, что они обычно строятся на слоях приближений, каждый из которых может внести ошибки и шероховатость в окончательный результат. Начнем с модели САПР, из которой мы получаем геометрию для наших траекторий. Чертежи и модели, состоящие строго из прямых линий и острых углов, относительно легко создать точно. Но при работе с кривыми могут возникнуть самые разные проблемы:

— Мы аппроксимируем кривые как серию из многих отрезков?

— Можем ли мы выйти за рамки простых дуг и использовать более сложные представления кривых?

— Можем ли мы представить кривые с помощью NURBS (неоднородных рациональных B-сплайнов)?

Это порядок от самого низкого до самого высокого качества представления геометрии кривой. Достаточно сказать, что чем дальше по списку работает ваш САПР, тем больше у него возможностей для получения гладкой точной геометрии.

Затем нам нужно рассмотреть, что ваше CAM ПО готово это использовать. Например, может ли он принимать собственные файлы вашей программы САПР или вам приходилось конвертировать в какой-то другой формат? Рассмотрим, например, STL. STL — это распространенный 3D-формат, который представляет 3D-объекты с тысячами маленьких треугольных граней. Очевидно, что такое приближение может отклониться от плавных кривых, которые вы имели в виду при создании модели. Всегда лучше, если ваша программа CAM может импортировать исходный геометрический формат вашего САПР. Кстати, то, что он интегрирован с программой САПР, не обязательно означает, что это так, хотя есть большая вероятность. Вы также должны учитывать, возвращается ли внутреннее представление геометрии, используемое программой CAM, к чему-то менее сложному, чем создается в вашем САПР.

Последний шаг — ваш контроллер ЧПУ. Базовый g-код имеет отрезки прямой (движения G00 и G01) и дуги (G02 и G03). Вот и все. Только контроллеры более высокого уровня могут напрямую работать с NURBS. Таким образом, даже после того, как вы приложили большие усилия, чтобы не потерять точность всей цепочки CAD-CAM, ваша программа CAM все равно должна разбивать вещи на то, с чем может справиться контроллер вашей машины.

Сложные «извилистые» траектории для таких задач, как 3D-профилирование, могут привести к большому количеству операций, поскольку кривые моделируются как множество очень маленьких линейных сегментов (и, возможно, дуг). Фактически, объем данных может перегрузить контроллер, будь то потому, что он не может хранить все это и требует капельной подачи, или потому, что он не может обрабатывать движения достаточно быстро, чтобы поддерживать заданную скорость подачи. Ваша программа CAM может также выводить изменения направления, которые слишком часты и внезапны для возможностей ускорения вашей машины.

Существует множество способов изазить информацию, точность и качество поверхности на пути от чертежа до готовой детали. Как избежать этих проблем?

Во-первых, вы можете повозиться с настройками вашего CAD и CAM. В таких ситуациях очень важны такие настройки, как допуск.

Во-вторых, некоторое CAM ПО и другие служебные программы могут вернуться в g-код и настроить его для лучшей работы. Это делается с помощью процесса, называемого подгонкой «кривой» или «дуги». По сути, идея состоит в том, чтобы преобразовать серию ходов в одну плавную дугу при условии, что дуга находится в пределах указанного допуска исходной серии ходов. Это может значительно уменьшить размер некоторых программ с g-кодом, а также улучшить их работу на машинах, которые не успевают за всеми маленькими движениями.

Другой взгляд: аспекты из STL для CAM ПО

Хорошо иметь большой выбор форматов файлов и знать, каковы сильные и слабые стороны различных форматов. В зависимости от работы одни лучше, чем другие. Рассмотрим эту часть, которая показывает отмеченную грань там, где должны быть плавные кривые:

Вот что бывает когда перешел с использования формата DXF для САПР на файлы STL. Проблема в том, что формат файла STL не может представить плавную кривую или даже дугу. Он все превращает в треугольники:

Это не обязательно плохо, просто, вы должны знать об этом. Ваше программное обеспечение CAD и CAM позволит вам указать допуски — насколько точно сетка должна соответствовать идеализированной трехмерной детали? При достаточно малом допуске грани исчезнут. Обратной стороной является то, что если ваше программное обеспечение CAM не достаточно умное, вы будете заставлять свою машину делать сотни или даже тысячи крошечных маленьких прямых движений для этих граней. Умный CAM обнаружит возможность использовать дуги для упрощения кода. Вы даже можете приобрести программное обеспечение, которое возвращается в ваш g-код и ищет возможности для замены дуг.

Дело в том, что с этой конкретной деталью желаемый результат очень поддается программированию 2 1 / 2D. STL — это больше трехмерный формат. Зачем сходить с ума, профилируя кучу треугольных граней в 3D, если вы можете просто вырезать простой профиль с дугами и отрезками в 2 1 / 2D?

Насколько быстро может работать контроллер вашей машины?

Как мы видели, можно внести множество изменений, которые приведут к более плавной резке. Вам нужны максимально плавные траектории. Вам нужно меньше операций, например, не используйте много сегментов линии, где одна гладкая дуга будет соответствовать требуемым допускам. Отчасти это просто хорошая динамика фрезы, а кое-что пытается преодолеть недостатки контроллера.