hirdetés
hirdetés

A megmunkálás hatékonyságának maximalizálása nagyoló marási műveleteknél

Cikkünkben a modern pályagenerálási ciklusok egyik legnevesebb képviselőjét, a VoluMill stratégiát mutatjuk be, amely 2018-tól már a ZW3D szoftverben is elérhető kiegészítő modulként.

hirdetés

A nagyoló marási műveleteknél a megmunkálás hatékonysága elsősorban a szerszámköltséggel és a megmunkálási idővel jellemezhető. A korszerű pályatervezési stratégiák alkalmazásával mindkét mutatóban jelentős előrelépés érhető el a hagyományos megoldásokhoz képest.

A szerszámterhelés kontrollálása a modern pályagenerálási algoritmusokban

A kontúrpárhuzamos és iránypárhuzamos stratégiák legnagyobb hiányossága az, hogy a pálya tervezése pusztán geometriai alapokon nyugszik. Annak érdekében, hogy a lokális terheléscsúcsok ne okozzák a szerszám idő előtti tönkremenetelét és a szerszámgép túlterhelését, a zárt bemélyítéseket tartalmazó alkatrészek megmunkálása esetén a forgácsolási paraméterek csökkentése szükséges, ami értelemszerűen a megmunkálási idő növekedésével jár együtt.

Ezzel szemben a modern pályagenerálási algoritmusok általános jellemzője, hogy fő szempont a szerszámterhelés kontrollálása. A szerszám és a szerszámgép képességei ugyanis akkor használhatók ki a lehető legjobban, ha a megmunkálás során egyenletes marad a terhelés, mivel ebben az esetben a szerszám mindvégig az optimálisnak tekintett forgácsolási körülmények között dolgozhat.

A VoluMill stratégia sajátosságai

A Celeritive Technologies Inc. által kifejlesztett VoluMill algoritmus a modern pályagenerálási ciklusok egyik úttörőjeként 2008-ban került kereskedelmi forgalomba, és azóta is az egyik leghatékonyabbnak számít. A stratégia szabadalmi oltalom alatt áll, de szabadon licencelhető, ezért napjaink számos CAM-rendszerében, így a ZW3D szoftverben is elérhető.

A VoluMill stratégia az anyagleválasztási sebesség állandó értéken tartásán alapszik. Ezt azonban nem a kontaktszög szigorúan állandó értéken tartásával éri el. A szerszám radiális bemerülésének változása bizonyos korlátok között megengedett marad, amit az előtolási sebesség magas szintű szabályozásával kompenzál. A pályatervezés a kontúrpárhuzamos stratégia alapjaira épül, a kritikus részeken azonban trochoidális szakaszok jelennek meg. A stratégia erőssége, hogy a két pályatípust igen hatékonyan képes kombinálni, ezért a szerszámterhelés kontrollálása mellett is képes rendkívül rövid szerszámpályát biztosítani.

A szerszámterhelés kontrollálása lehetővé teszi, hogy nagyobb előtolási sebességet és axiális fogásvételt alkalmazzunk, ami a termelékenység növekedését eredményezi. A nagy axiális fogásvétel további előnye, hogy hosszabb élszakasz vesz részt a forgácsolásban, ezért a szerszám több anyagot képes leválasztani a kopáskritérium eléréséig, amivel akár nyolcszoros éltartam érhető el.

A VoluMill stratégia nagy hangsúlyt fektet az éles irányváltások kiküszöbölésére, így kielégíti a nagy sebességű megmunkálások követelményeit is. Azonban nem csupán a kifejezetten alacsony radiális fogásvétellel végzett megmunkálásoknál alkalmazható hatékonyan, hiszen a pálya minimális számú összekötő mozgást tartalmaz, és az oldallépés maximalizálása érdekében hosszú, fogásból történő kilépés nélküli szakaszokból áll a szerszámpálya.

Az előtolási sebesség szabályozását megvalósító modulok többsége csak utólagos optimalizálást végez, a VoluMill ezzel szemben olyan újszerű pályaalakot hoz létre, amely a magas szintű előtolás-szabályozás mellett már a pálya kijelölése során elkerüli az extrém terhelést jelentő sarkok kialakulását. Így csak egy szűkebb tartományban változik az előtolás, ezzel is biztosítva, hogy a szerszámgép és a szerszám a képességeik felső határának környékén dolgozhassanak. Ez pedig a főorsót is kíméli.

A VoluMill modul a ZW3D szoftverben

A VoluMill modul teljes egészében beépül a ZW3D CAD/CAM szoftverbe, a többi ciklussal megegyező felületen adhatók meg a megmunkálás bemeneti változói is. Két típus közül választhatunk: a 2D-s változatnál a ráhagyási alakzat határvonalának manuális megadásával definiálható, hogy mely területeket szeretnénk megmunkálni a ciklussal. Ekkor szinte egy szempillantás alatt elkészül a szerszámpálya, azonban az algoritmus csak a megadott határgörbéket képes figyelembe venni, a munkadarab modelljét nem. A 3D-s változatnál a CAD-modell alapján az algoritmus automatikusan képes meghatározni, hogy az adott szerszámátmérő mellett mely részek munkálhatók meg. Ez a verzió szabadformájú felületekkel határolt geometriák 2,5D-s nagyolása esetén is kiválóan alkalmazható.
A könnyen áttekinthető felületen a beállítandó paraméterek fölülről lefelé haladva logikai sorrendben adhatók meg.

A VoluMill modul felhasználói felülete
A VoluMill modul felhasználói felülete

A koordináta-rendszer és a megmunkálandó geometria definiálását követően a szerszám és a forgácsolási paraméterek megadása következik. A VoluMill-ciklusnál egy Technológiai varázsló támogatja a felhasználót, ahol az anyagminőség (típus, keménység), a szerszám (méretek, forgácsoló élek száma, bevonat), a készülék (szerszámbefogó típusa, munkadarab-befogás merevsége), a szerszámgép korlátainak (maximális előtolási sebesség és fordulatszám), illetve a megmunkálás intenzitásának (hagyományos/intenzív) megadása után egy adatbázis alapján ajánlás kérhető a fogásvételi értékekre és a sebességparaméterekre.

Technológiai varázsló a forgácsolási paraméterek megválasztásához
Technológiai varázsló a forgácsolási paraméterek megválasztásához


Segítségünkre van továbbá a forgácsvastagság kalkulátor is (Active Chip Thickness Control), amely az előtolási sebesség, az oldallépés és a forgácsvastagság között fennálló összefüggés alapján bármelyik két paraméter megadása után képes meghatározni a hiányzót.

A forgácsvastagság kontrollálása
A forgácsvastagság kontrollálása


A korlátok megadásánál a ráhagyási alakzat alsó és felső síkjának magasságát kell csupán beállítani, illetve megadható, hogy mely elemek figyelembevétele szükséges az ütközés-ellenőrzésnél. Az axiális fogásmélység megadásánál a felső korlátot szükséges definiálni, ami alapján a geometria függvényében automatikusan egyenlő nagyságú lépéseket határoz meg az algoritmus.
A pálya beállításainál szabadon megadható, hogy egyenirányú, ellenirányú vagy kétirányú marási stratégiát szeretnénk választani. A sarkok élességét is szabályozhatjuk, ezt a szerszámátmérő százalékában (5–45% között) lehet megadni. A VoluMill erőssége továbbá, hogy ha szükséges, utólag külön pályaszakaszok hozhatók létre azokhoz a szűk régiókhoz, amelyek esetleg így kimaradtak a megmunkálásból.
A haladó beállítások között találjuk az előtolási sebesség szabályozásának engedélyezését, amelyet minden esetben érdemes bekapcsolni, mivel ez a funkció nélkülözhetetlen szerepet játszik a szerszámterhelés kontrollálásában.

A ZW3D VoluMill moduljának kísérleti vizsgálata

A VoluMill modul tanulmányozása során forgácsolási és szimulációs vizsgálatokat is végeztünk a BME Gyártástudomány és -technológia Tanszékének közreműködésével. A kísérletek során a ZW3D egyik demonstrációs alkatrészét készítettük el egy Kondia 640B 3 tengelyes megmunkálóközpont segítségével. A megmunkáláshoz egy ∅6 mm-es, 4 élű, keményfém szármarót használtunk (AlCrN-bevonat, 30°-os spirálszög). A munkadarab anyagának Al6082-es alumíniumötvözetet választottunk, az előgyártmány befoglaló mérete 145 mm × 100 mm × 25 mm volt.

A ZW3D demonstrációs alkatrészének megmunkálása a VoluMill modullal
A ZW3D demonstrációs alkatrészének megmunkálása a VoluMill modullal

Az elvégzett vizsgálatok fókuszában az alkatrész középső részén található mély zseb megmunkálása állt. A tesztek során a VoluMill algoritmust a hagyományos kontúrpárhuzamos stratégiával mértük össze. Az összehasonlíthatóság érdekében a megmunkálási paramétereket úgy állítottuk be, hogy a szimulált ciklusidők megegyezzenek. A forgácsolási sebesség 150 m/min, az élenkénti előtolási sebesség 0,04 mm volt mindkét stratégia esetében, azonban a fogásvételi értékek már eltértek. A kontúrpárhuzamos stratégia esetében a 10 mm mély zsebet 4 fogással készítettük el (ap = 2,5 mm), az oldallépés a szerszámátmérő 50 százalékával egyezett meg (ae = 3 mm). A VoluMill stratégiánál ezzel szemben a teljes mélység egy fogással készült el (ap = 10 mm), az azonos ciklusidő (370 s) eléréséhez pedig 20 százalékos oldallépést kellett beállítani (ae = 1,2 mm).

A kontaktszög alakulása a zseb megmunkálásakor (egy fogásvétel)
A kontaktszög alakulása a zseb megmunkálásakor (egy fogásvétel)

A szimulációs eredmények igazolták, hogy a VoluMill a körülzárt ráhagyási alakzat ellenére sem engedte túlságosan megnövekedni a kontaktszög értékét, szemben a kontúrpárhuzamos stratégiával, ahol helyenként horonymarási viszonyok is kialakultak. A szerszámpálya ugyan lényegesen hosszabbra adódott egy fogásvételnél, azonban ne felejtsük el, hogy a VoluMill-ciklusnál a teljes mélység egy fogásban készült el. A VoluMill algoritmusa nevéhez méltóan tökéletesen biztosította az anyagleválasztási sebesség állandó értéken tartását, míg a kontúrpárhuzamos stratégia esetében erősen ingadozott ez a mutató is. Utóbbinál a maximális érték közel 30 százalékkal volt magasabb (19,1 cm3/min vs.14,8 cm3/min).

A forgácsolási kísérlet során egy Kistler 9257B típusú háromkomponensű piezoelektromos szenzor segítségével a munkadarabra ható erőt mértük. Az eredmények igazolták a szimulációs vizsgálatok helyességét, a kontúrpárhuzamos stratégia esetében a forgácsolási erő is lényegesen nagyobbra adódott. A maximális értékek között 20 százalékos különbséget tapasztaltunk. A kontúrpárhuzamos stratégiánál a kisebb axiális fogásvétel miatt a szerszám szűkebb felületére koncentrálódik az – egyébként is nagyobb – erő, ezért várhatóan a szerszám éltartama is alacsonyabbra adódik ennél a stratégiánál. Érdemes még kiemelni, hogy a VoluMill esetében a valós ciklusidő közel megegyezett a szimulált értékkel, viszont a kontúrpárhuzamos szerszámpálya esetén az éles irányváltások okozta lassítások és gyorsítások miatt a megmunkálási idő is megnövekedett 8 százalékkal.

Összegzés

A VoluMill modul a szerszámterhelés kontrollálása révén hatékonyan alkalmazható mind a könnyen (pl. alumínium), mind a nehezen forgácsolható anyagok (pl. nikkelalapú ötvözetek, rozsdamentes acél) 2,5D-s megmunkálására. Ideális választás repülőgépvázak, autóipari alkatrészek, öntő- és dombornyomó szerszámok, orvosi és gépipari eszközök, szabadformájú felületekkel határolt vagy hasáb jellegű prizmatikus alkatrészek nagyolási feladataihoz is. A felhasználói tapasztalatok egyértelműen azt mutatják, hogy a VoluMill bevezetése rövid időn belül megtérülő befektetésnek ígérkezik.

Cikkünk eredetileg a Gyártástrend nyári lapszámában jelent meg.

Jacsó Ádám, BME-GTT és Pócz Balázs
a szerző cikkei

(forrás: VoluMill)
hirdetés
Ha hozzá kíván szólni, jelentkezzen be!
 
hirdetés
hirdetés
hirdetés

Kiadónk társoldalai

hirdetés
hirdetés
hirdetés
hirdetés