Fresado simultáneo de 5 ejes para piezas curvas de esculturas grandes
El procesamiento de piezas de superficie curva de escultura a gran escala adopta principalmente el método tradicional de proceso de "fundición en arena → molienda manual de pala → inspección tridimensional de muestras". Debido a la baja precisión de fabricación de la plantilla tridimensional y la influencia de su deformación geométrica, es difícil mejorar la precisión de procesamiento de tales partes de superficie curva.
Con el desarrollo de la tecnología informática, la tecnología CAD / CAM ha hecho un gran progreso, y han aparecido máquinas perforadoras y fresadoras CNC de enlace de cinco ejes y un excelente software CAD / CAM. Entre ellos, el software SDRC / CAMAND es más flexible en la programación de mecanizado CNC de enlace de 5 ejes. En la actualidad, para piezas de superficie curva de escultura a gran escala, se utiliza una fresa de gran diámetro para procesar a lo largo de la línea de parámetros de superficie como el mejor método de procesamiento. Este método de procesamiento tiene las características de alta precisión de procesamiento y eficiencia de procesamiento, buena calidad de superficie de las piezas y excelentes condiciones de corte de la herramienta.
I. Tecnología de modelado 3D de superficie de escultura.
Para completar la programación de mecanizado NC de la superficie curva, primero debe modelarse en la computadora un modelo tridimensional de la superficie curva. Los datos de diseño de la superficie de la escultura generalmente se describen mediante datos de matriz de puntos, y la fuente de los datos de la matriz de puntos de la superficie es principalmente de dos maneras: Una es a través de los medios de diseño, de acuerdo con la teoría de diseño del producto por parte del diseñador para obtener dichos datos de red a través del cálculo, que a menudo se proporciona regularmente de acuerdo con ciertas reglas, el modelado tridimensional es relativamente fácil; El otro es obtener los datos de la nube de puntos de la superficie curva midiendo el prototipo de molde de madera hecho a mano u objeto real con un instrumento de medición tridimensional. No existe una regla precisa para la distribución de este tipo de red de datos, y el modelado tridimensional de la superficie es relativamente difícil. Por lo tanto, de acuerdo con las diferentes condiciones de la red de datos original de la superficie, el modelado tridimensional de la superficie escultórica se puede dividir en un patrón de red regular y un patrón de red irregular.
1. Modelado tridimensional de la superficie de la escultura de celosía regular
La superficie de escultura de matriz de puntos regular significa que los datos de matriz de puntos de la superficie se dan estrictamente de acuerdo con cierta ley. En general, la red de datos de superficie se divide en varios datos de nodo spline paramétricos, y el modelado 3D utiliza el modelado de superficie NURBS para completar la superficie esculpida requerida. A continuación se describen los pasos de modelado en el software SDRC / CAMAND.
(1) Use la función "Conjunto de puntos" para generar el conjunto de puntos a partir de los datos originales de la matriz de puntos de la superficie de la escultura. Tenga en cuenta que se debe generar un conjunto de puntos por separado para cada spline paramétrica.
(2) Utilizando la función "B-Spline", seleccione los parámetros "Thru Points" y "Non-uniform", y luego seleccione directamente el conjunto de puntos de spline correspondiente para generar todas las splines de parámetros de la superficie de construcción.
(3) Use la función "Superficie" de "Modelado" para ejecutar la subfunción "Superficie lofada". Después de seleccionar cada curva de spline en un cierto orden, haga clic en Aceptar para generar la superficie esculpida.
2.3D modelado de la superficie de la escultura de datos de nubes de puntos
Los datos de la superficie de la nube de puntos significan que los datos de la matriz de puntos de la superficie no se proporcionan con precisión de acuerdo con una determinada ley. No es posible generar una curva spline primero y luego dar forma a la superficie para obtener un mejor modelo de dicha superficie de escultura.
Por lo tanto, solo se utiliza la función "superficie de modelado de datos de nube de puntos", y no hay una función similar en CAMAND. En la práctica, utilizamos la función "Ajustar puntos a la superficie" en I-DEAS para generar una superficie a partir de la nube de puntos y luego la convertimos al formato de archivo CAMAND en el software I-DEAS como modelo para la programación de control numérico.
II. Diseño de tecnología de mecanizado NC para grandes superficies de escultura
En la producción real, para realizar el mecanizado CNC simultáneo de cinco ejes de piezas de superficie curva de escultura a gran escala, primero debemos resolver el problema de corregir y sujetar las piezas de superficie curva. Considere cómo determinar el punto cero de la pieza de trabajo, el punto de ajuste de la herramienta, el plan de la herramienta de mecanizado y la secuencia de mecanizado detallada.
1. Principios de alineación y sujeción para el mecanizado CNC de superficies curvas de esculturas a gran escala
Para las piezas curvas de escultura a gran escala en general, hay una cierta regla a seguir al configurar. Por lo tanto, después del análisis, las grandes superficies de escultura se pueden dividir en dos categorías, y el principio de corregir la sujeción es el siguiente.
Si hay planos de referencia característicos, como planos y superficies cilíndricas, en las partes de la superficie curva de la escultura, los planos característicos iguales del plano se utilizan como referencia para la sujeción. Esto simplifica el proceso de alineación, mejora la eficiencia de alineación de la sujeción y garantiza la precisión de la alineación de la superficie.
Si la superficie escultórica se compone completamente de superficies escultóricas, y no hay un punto de referencia definido, entonces generalmente el bloque plano está fundido o soldado en la parte curva; Los orificios o pasadores de referencia ayudan a corregir la referencia. El uso de la tecnología de medición 3D de grandes superficies curvas y el uso de la tecnología de adaptación de software para obtener la distribución de los espacios en blanco restantes para guiar la corrección de las partes curvas de la superficie de la escultura.
Por supuesto, estos dos métodos se basan en la determinación del punto de referencia para grandes piezas de superficie esculpidas, y luego el programa de mecanizado CNC utiliza el punto de referencia correcto como idea guía. Hoy en día, algunos fabricantes también tienen otro método de procesamiento: para grandes superficies de escultura sin una referencia fija, se pueden colocar libremente en la mesa de la máquina. Una vez que la sujeción es confiable, la superficie se mide con una distribución de cuadrícula determinada y luego los datos del punto de medición se procesan nuevamente. Descubra la relación de posición de la superficie en el espacio libre para garantizar el margen de mecanizado de la superficie. Ajuste el sistema de coordenadas de procesamiento, convierta el programa de procesamiento NC y finalmente regrese a la máquina para completar el procesamiento de esta parte.
La mayor ventaja de este proceso es que no requiere una referencia fija para la sujeción y la alineación, y las piezas se pueden colocar libremente. Sin embargo, por otro lado, este método de proceso aumenta el tiempo de asistencia de procesamiento de la máquina herramienta y procesa más datos, lo que también trae dificultades a la organización de producción.
2. Selección de herramientas de mecanizado CNC para grandes piezas curvas de escultura.
Para herramientas de mecanizado CNC simultáneas de 5 ejes para piezas curvadas de esculturas grandes, se prefieren las fresas de gran diámetro. En la actualidad, los fabricantes de herramientas más conocidos son Sandvik, Ingersoll, Kennametal, Seco, etc. Entre ellas, la serie de fresas de cara circular de cuchillas CoroMill 200 de Sandvik son particularmente adecuadas para el semiacabado y acabado de piezas de superficie curva esculpidas; Las cortadoras de la serie 220/221 de Kennametal tienen las ventajas de resistencia al impacto y buena rigidez, que son adecuadas para el mecanizado en bruto y el corte rápido. El diámetro de la herramienta de selección debe determinarse en función de la curvatura de la parte de la superficie de la escultura. El principio es que el radio de la herramienta debe ser menor que el radio de curvatura mínimo de la superficie cóncava de la superficie de la escultura, pero no debe ser demasiado pequeño, de lo contrario se reducirá la eficiencia del procesamiento. Para piezas curvas esculpidas con grandes cambios en el radio de curvatura, toda la pieza también se puede dividir en diferentes regiones, y se pueden seleccionar herramientas con diferentes diámetros para mejorar la eficiencia del mecanizado.
III. Cálculo y simulación de la posición de la herramienta de mecanizado CNC de cinco ejes
Los métodos de cálculo de posición de la herramienta de mecanizado CNC coordinados de cinco ejes para piezas de superficie esculpidas incluyen INTERP (interpolación), NORMAL (normal), TILT (inclinación) y TANGTO (tangencial) en el software CAMAND. Pero para piezas curvadas de esculturas grandes, el más utilizado es el procesamiento TILT. Cuando se utiliza este método de mecanizado, el eje de la herramienta y la superficie del punto de corte normalmente forman un cierto ángulo de inclinación (ángulo de avance / retraso) o ángulo de balanceo (ángulo derecho / izquierdo).
1) Cálculo de la posición de la herramienta de mecanizado CNC de vinculación de 5 ejes
En el software CAMAND, TILT se utiliza para procesar piezas de superficie esculpidas. El proceso de cálculo de la posición de la herramienta: Primero seleccione la función "Superficies de línea de flujo" de "Control numérico". El método de procesamiento de "Superficies de línea de flujo" en realidad está procesando a lo largo de la dirección de la línea de parámetros de la superficie; A continuación, configure el nombre de ubicación de la herramienta (disponible con la función "Nuevo" o "Cambiar nombre"), seleccione el sistema de coordenadas de mecanizado y el punto de partida, y luego ingrese los parámetros de herramienta correspondientes (diámetro de herramienta, longitud de herramienta, tamaño de forma de filo, parámetros de corte, etc.). Después de configurar los parámetros de entrada y salida de la herramienta, seleccionar la superficie de verificación de interferencia y establecer los parámetros, luego haga clic en la función de cálculo de posición de la herramienta, seleccione la superficie de mecanizado y defina la dirección de corte y el método TILT del método de control del eje de la herramienta. Ajuste general más ángulo de inclinación hacia delante, es decir, un ángulo de 2 a 10 ° hacia adelante en la dirección de corte; Finalmente, se completa el cálculo de la posición de la herramienta de mecanizado coordinado de cinco ejes de la superficie.
2) Simulación de corte y simulación de máquina.
Después de completar el cálculo de la posición de la herramienta de mecanizado simultáneo de 5 ejes de la superficie curva, también se requiere la tecnología de procesamiento posterior para completar la conversión del archivo de posición de la herramienta intermedia en un programa de código G reconocido por la máquina herramienta CNC. El archivo de posición de la herramienta en CAMAND viene dado por las coordenadas del punto de punta de la herramienta y el vector del eje de la herramienta, luego el procesamiento posterior debe convertir los datos de posición de la herramienta en valores de coordenadas X, Y, Z, B, C. El postprocesador está diseñado de acuerdo con el sistema CNC y los parámetros de la máquina de la máquina herramienta específica (como el recorrido de cada eje de coordenadas, la velocidad máxima de alimentación, la velocidad, etc.) Luego, utilice la función de procesamiento posterior en el NC principal de CAMAND para convertir los datos de posición de la herramienta de cinco ejes en un programa de código G ejecutable por el sistema de control numérico de la máquina.
La tecnología de mecanizado simultáneo de cinco ejes para piezas curvadas de esculturas grandes puede resolver efectivamente la contradicción entre la precisión de mecanizado y la eficiencia de mecanizado de tales piezas. Esta tecnología incluye tecnologías integrales multidisciplinarias como el modelado de superficies 3D asistido por computadora, la fabricación asistida por computadora y la tecnología de mecanizado.
Con el desarrollo de la tecnología informática, la tecnología CAD / CAM ha hecho un gran progreso, y han aparecido máquinas perforadoras y fresadoras CNC de enlace de cinco ejes y un excelente software CAD / CAM. Entre ellos, el software SDRC / CAMAND es más flexible en la programación de mecanizado CNC de enlace de 5 ejes. En la actualidad, para piezas de superficie curva de escultura a gran escala, se utiliza una fresa de gran diámetro para procesar a lo largo de la línea de parámetros de superficie como el mejor método de procesamiento. Este método de procesamiento tiene las características de alta precisión de procesamiento y eficiencia de procesamiento, buena calidad de superficie de las piezas y excelentes condiciones de corte de la herramienta.
I. Tecnología de modelado 3D de superficie de escultura.
Para completar la programación de mecanizado NC de la superficie curva, primero debe modelarse en la computadora un modelo tridimensional de la superficie curva. Los datos de diseño de la superficie de la escultura generalmente se describen mediante datos de matriz de puntos, y la fuente de los datos de la matriz de puntos de la superficie es principalmente de dos maneras: Una es a través de los medios de diseño, de acuerdo con la teoría de diseño del producto por parte del diseñador para obtener dichos datos de red a través del cálculo, que a menudo se proporciona regularmente de acuerdo con ciertas reglas, el modelado tridimensional es relativamente fácil; El otro es obtener los datos de la nube de puntos de la superficie curva midiendo el prototipo de molde de madera hecho a mano u objeto real con un instrumento de medición tridimensional. No existe una regla precisa para la distribución de este tipo de red de datos, y el modelado tridimensional de la superficie es relativamente difícil. Por lo tanto, de acuerdo con las diferentes condiciones de la red de datos original de la superficie, el modelado tridimensional de la superficie escultórica se puede dividir en un patrón de red regular y un patrón de red irregular.
1. Modelado tridimensional de la superficie de la escultura de celosía regular
La superficie de escultura de matriz de puntos regular significa que los datos de matriz de puntos de la superficie se dan estrictamente de acuerdo con cierta ley. En general, la red de datos de superficie se divide en varios datos de nodo spline paramétricos, y el modelado 3D utiliza el modelado de superficie NURBS para completar la superficie esculpida requerida. A continuación se describen los pasos de modelado en el software SDRC / CAMAND.
(1) Use la función "Conjunto de puntos" para generar el conjunto de puntos a partir de los datos originales de la matriz de puntos de la superficie de la escultura. Tenga en cuenta que se debe generar un conjunto de puntos por separado para cada spline paramétrica.
(2) Utilizando la función "B-Spline", seleccione los parámetros "Thru Points" y "Non-uniform", y luego seleccione directamente el conjunto de puntos de spline correspondiente para generar todas las splines de parámetros de la superficie de construcción.
(3) Use la función "Superficie" de "Modelado" para ejecutar la subfunción "Superficie lofada". Después de seleccionar cada curva de spline en un cierto orden, haga clic en Aceptar para generar la superficie esculpida.
2.3D modelado de la superficie de la escultura de datos de nubes de puntos
Los datos de la superficie de la nube de puntos significan que los datos de la matriz de puntos de la superficie no se proporcionan con precisión de acuerdo con una determinada ley. No es posible generar una curva spline primero y luego dar forma a la superficie para obtener un mejor modelo de dicha superficie de escultura.
Por lo tanto, solo se utiliza la función "superficie de modelado de datos de nube de puntos", y no hay una función similar en CAMAND. En la práctica, utilizamos la función "Ajustar puntos a la superficie" en I-DEAS para generar una superficie a partir de la nube de puntos y luego la convertimos al formato de archivo CAMAND en el software I-DEAS como modelo para la programación de control numérico.
II. Diseño de tecnología de mecanizado NC para grandes superficies de escultura
En la producción real, para realizar el mecanizado CNC simultáneo de cinco ejes de piezas de superficie curva de escultura a gran escala, primero debemos resolver el problema de corregir y sujetar las piezas de superficie curva. Considere cómo determinar el punto cero de la pieza de trabajo, el punto de ajuste de la herramienta, el plan de la herramienta de mecanizado y la secuencia de mecanizado detallada.
1. Principios de alineación y sujeción para el mecanizado CNC de superficies curvas de esculturas a gran escala
Para las piezas curvas de escultura a gran escala en general, hay una cierta regla a seguir al configurar. Por lo tanto, después del análisis, las grandes superficies de escultura se pueden dividir en dos categorías, y el principio de corregir la sujeción es el siguiente.
Si hay planos de referencia característicos, como planos y superficies cilíndricas, en las partes de la superficie curva de la escultura, los planos característicos iguales del plano se utilizan como referencia para la sujeción. Esto simplifica el proceso de alineación, mejora la eficiencia de alineación de la sujeción y garantiza la precisión de la alineación de la superficie.
Si la superficie escultórica se compone completamente de superficies escultóricas, y no hay un punto de referencia definido, entonces generalmente el bloque plano está fundido o soldado en la parte curva; Los orificios o pasadores de referencia ayudan a corregir la referencia. El uso de la tecnología de medición 3D de grandes superficies curvas y el uso de la tecnología de adaptación de software para obtener la distribución de los espacios en blanco restantes para guiar la corrección de las partes curvas de la superficie de la escultura.
Por supuesto, estos dos métodos se basan en la determinación del punto de referencia para grandes piezas de superficie esculpidas, y luego el programa de mecanizado CNC utiliza el punto de referencia correcto como idea guía. Hoy en día, algunos fabricantes también tienen otro método de procesamiento: para grandes superficies de escultura sin una referencia fija, se pueden colocar libremente en la mesa de la máquina. Una vez que la sujeción es confiable, la superficie se mide con una distribución de cuadrícula determinada y luego los datos del punto de medición se procesan nuevamente. Descubra la relación de posición de la superficie en el espacio libre para garantizar el margen de mecanizado de la superficie. Ajuste el sistema de coordenadas de procesamiento, convierta el programa de procesamiento NC y finalmente regrese a la máquina para completar el procesamiento de esta parte.
La mayor ventaja de este proceso es que no requiere una referencia fija para la sujeción y la alineación, y las piezas se pueden colocar libremente. Sin embargo, por otro lado, este método de proceso aumenta el tiempo de asistencia de procesamiento de la máquina herramienta y procesa más datos, lo que también trae dificultades a la organización de producción.
2. Selección de herramientas de mecanizado CNC para grandes piezas curvas de escultura.
Para herramientas de mecanizado CNC simultáneas de 5 ejes para piezas curvadas de esculturas grandes, se prefieren las fresas de gran diámetro. En la actualidad, los fabricantes de herramientas más conocidos son Sandvik, Ingersoll, Kennametal, Seco, etc. Entre ellas, la serie de fresas de cara circular de cuchillas CoroMill 200 de Sandvik son particularmente adecuadas para el semiacabado y acabado de piezas de superficie curva esculpidas; Las cortadoras de la serie 220/221 de Kennametal tienen las ventajas de resistencia al impacto y buena rigidez, que son adecuadas para el mecanizado en bruto y el corte rápido. El diámetro de la herramienta de selección debe determinarse en función de la curvatura de la parte de la superficie de la escultura. El principio es que el radio de la herramienta debe ser menor que el radio de curvatura mínimo de la superficie cóncava de la superficie de la escultura, pero no debe ser demasiado pequeño, de lo contrario se reducirá la eficiencia del procesamiento. Para piezas curvas esculpidas con grandes cambios en el radio de curvatura, toda la pieza también se puede dividir en diferentes regiones, y se pueden seleccionar herramientas con diferentes diámetros para mejorar la eficiencia del mecanizado.
III. Cálculo y simulación de la posición de la herramienta de mecanizado CNC de cinco ejes
Los métodos de cálculo de posición de la herramienta de mecanizado CNC coordinados de cinco ejes para piezas de superficie esculpidas incluyen INTERP (interpolación), NORMAL (normal), TILT (inclinación) y TANGTO (tangencial) en el software CAMAND. Pero para piezas curvadas de esculturas grandes, el más utilizado es el procesamiento TILT. Cuando se utiliza este método de mecanizado, el eje de la herramienta y la superficie del punto de corte normalmente forman un cierto ángulo de inclinación (ángulo de avance / retraso) o ángulo de balanceo (ángulo derecho / izquierdo).
1) Cálculo de la posición de la herramienta de mecanizado CNC de vinculación de 5 ejes
En el software CAMAND, TILT se utiliza para procesar piezas de superficie esculpidas. El proceso de cálculo de la posición de la herramienta: Primero seleccione la función "Superficies de línea de flujo" de "Control numérico". El método de procesamiento de "Superficies de línea de flujo" en realidad está procesando a lo largo de la dirección de la línea de parámetros de la superficie; A continuación, configure el nombre de ubicación de la herramienta (disponible con la función "Nuevo" o "Cambiar nombre"), seleccione el sistema de coordenadas de mecanizado y el punto de partida, y luego ingrese los parámetros de herramienta correspondientes (diámetro de herramienta, longitud de herramienta, tamaño de forma de filo, parámetros de corte, etc.). Después de configurar los parámetros de entrada y salida de la herramienta, seleccionar la superficie de verificación de interferencia y establecer los parámetros, luego haga clic en la función de cálculo de posición de la herramienta, seleccione la superficie de mecanizado y defina la dirección de corte y el método TILT del método de control del eje de la herramienta. Ajuste general más ángulo de inclinación hacia delante, es decir, un ángulo de 2 a 10 ° hacia adelante en la dirección de corte; Finalmente, se completa el cálculo de la posición de la herramienta de mecanizado coordinado de cinco ejes de la superficie.
2) Simulación de corte y simulación de máquina.
Para piezas curvadas de esculturas grandes, el costo del blanco es alto. Y para la seguridad de máquinas herramienta, herramientas y herramientas. Después de completar el cálculo de la posición de la herramienta del mecanizado CNC simultáneo de cinco ejes, se debe realizar la simulación de corte y la simulación de máquina herramienta para verificar la corrección de la posición de la herramienta, y el programa de procesamiento resultante se puede utilizar para la producción real. En el software CAMAND, hay un conjunto simple de inspecciones de corte y simulaciones de máquinas herramienta que pueden cumplir con los requisitos comunes de simulación. Si se necesitan herramientas de simulación más precisas, se debe utilizar el software CGTech Vericut más especializado. El software no solo puede realizar simulación de corte y simulación de máquina herramienta, sino que también puede optimizar la trayectoria de la herramienta. La simulación en el software CAMAND solo se describe brevemente aquí.
Para la simulación de corte de la posición de la herramienta de cinco ejes, puede verificar y corregir el fenómeno de corte excesivo de la herramienta en el cálculo anterior de la posición de la herramienta de cinco ejes. Generalmente, la superficie a mecanizar primero se renderiza y se colorea, y luego la función "Simulación" se usa para simular gradualmente la posición de la herramienta y verificar la interferencia de la herramienta. Si se producen sobrecortes y colisiones, la posición de la herramienta debe recalcularse o modificarse. Para la simulación de máquina herramienta, verificamos principalmente la interferencia entre el cabezal de fresado NC (las grandes máquinas de mandrinado de pórtico de cinco ejes y las fresadoras son en su mayoría cabeza de fresado NC de dos ejes) y la pieza de trabajo y el accesorio. Por lo tanto, puede construir un modelo 3D del cabezal de fresado NC de acuerdo con la forma y el tamaño del cabezal de fresado NC de la máquina herramienta real, y luego usar la función "Simulación" más el cabezal de fresado NC para simular la máquina herramienta. Puede verificar la interferencia del cabezal de fresado NC, herramienta, accesorio y pieza de trabajo.
IV. Postprocesamiento de la posición de la herramienta de 5 ejes
Para la simulación de corte de la posición de la herramienta de cinco ejes, puede verificar y corregir el fenómeno de corte excesivo de la herramienta en el cálculo anterior de la posición de la herramienta de cinco ejes. Generalmente, la superficie a mecanizar primero se renderiza y se colorea, y luego la función "Simulación" se usa para simular gradualmente la posición de la herramienta y verificar la interferencia de la herramienta. Si se producen sobrecortes y colisiones, la posición de la herramienta debe recalcularse o modificarse. Para la simulación de máquina herramienta, verificamos principalmente la interferencia entre el cabezal de fresado NC (las grandes máquinas de mandrinado de pórtico de cinco ejes y las fresadoras son en su mayoría cabeza de fresado NC de dos ejes) y la pieza de trabajo y el accesorio. Por lo tanto, puede construir un modelo 3D del cabezal de fresado NC de acuerdo con la forma y el tamaño del cabezal de fresado NC de la máquina herramienta real, y luego usar la función "Simulación" más el cabezal de fresado NC para simular la máquina herramienta. Puede verificar la interferencia del cabezal de fresado NC, herramienta, accesorio y pieza de trabajo.
IV. Postprocesamiento de la posición de la herramienta de 5 ejes
La tecnología de mecanizado simultáneo de cinco ejes para piezas curvadas de esculturas grandes puede resolver efectivamente la contradicción entre la precisión de mecanizado y la eficiencia de mecanizado de tales piezas. Esta tecnología incluye tecnologías integrales multidisciplinarias como el modelado de superficies 3D asistido por computadora, la fabricación asistida por computadora y la tecnología de mecanizado.
