Основные принципы проектирования траекторий
Разработка траектории движения является ключевым этапом программирования станков с числовым программным управлением (ЧПУ). Траектория строится для условной точки инструмента — его центра. Для резцов это обычно вершина или центр скругления режущей кромки, а для фрез — точка пересечения оси вращения с торцовой плоскостью.
Форма траектории напрямую зависит от геометрии обрабатываемой поверхности. При контурной обработке путь инструмента представляет собой эквидистанту — линию, равноудаленную от заданного контура детали и расположенную с одной стороны от него.
Структура и элементы траектории
Любая траектория формируется из базовых геометрических элементов: отрезков прямых, дуг окружностей и других кривых. Эти элементы соединяются в специальных точках, которые называются опорными. Опорными также считаются точки, где дуга переходит из одного квадранта в другой. Отдельно выделяют технологические опорные точки, в которых изменяются параметры процесса, такие как скорость резания или подача.
Для контроля точности изготовления на траектории определяют контрольные точки. Их располагают так, чтобы в этих позициях инструмент не контактировал с деталью, что позволяет проводить замеры относительно базовых поверхностей. Информация о перемещении инструмента от одной точки к другой записывается в одном кадре управляющей программы.
Факторы, влияющие на проектирование траектории
При разработке пути инструмента необходимо учитывать несколько важных факторов:
- Тип интерполятора системы ЧПУ станка.
- Требования к точности отсчета координат и быстродействию системы управления, особенно при высокоскоростной обработке.
- Рациональный выбор траектории, который позволяет сократить основное время обработки и уменьшить количество инструментов в наладке.
Построение траекторий для различных видов обработки
Токарная обработка
Операцию обычно начинают с черновой обработки, состоящей из нескольких прямолинейных проходов. Припуск на деталях со ступенями условно делится на зоны и уровни, образуя элементарные участки. Выбор оптимального варианта зависит от протяженности зон, длины холостого хода и количества проходов.
Чистовой проход целесообразно выполнять эквидистантно контуру детали, совмещая его со снятием фасок или проточкой углублений. Участки траектории разделены опорными точками и обычно представляют собой отрезки прямых или дуги окружностей.
Обработка отверстий
При работе стержневыми инструментами критически важен правильный выбор величин подвода и перебега. Это обеспечивает минимальные холостые ходы с рабочей подачей и плавный вход/выход инструмента из отверстия. Исходной координатой часто служит точка касания нижнего торца инструмента с плоскостью заготовки.
Фрезерная обработка
Перемещение фрез включает три этапа: подвод для врезания, непосредственно резание и перебег для полной обработки поверхности. Для выбора траекторий используют типовые схемы.
При контурном фрезеровании выделяют два основных подхода:
- Обработка строкой: инструмент движется по замкнутой траектории, «обводя» обрабатываемый контур. Применяется для плоских криволинейных деталей.
- Обработка обходом: инструмент движется по параллельным строкам с противоположными направлениями или по спиралевидной траектории. Используется для пространственно-сложных поверхностей (матрицы, пуансоны).
Типовые траектории при фрезеровании
Для унификации процесса широко применяются типовые траектории, особенно при черновой обработке, где основное требование — обеспечение равномерного припуска для последующих чистовых проходов. К ним относятся:
- Спираль Архимеда с эквидистантными контуру проходами.
- Ленточная спираль с эквидистантными проходами.
- Ленточная спираль с неэквидистантными проходами.
- Сложные комбинированные траектории.
Выбор конкретного типа зависит от состояния заготовки, марки материала и возможностей интерполятора ЧПУ. Важное правило: недопустимы остановка фрезы или резкое изменение подачи в момент контакта с материалом, так как это приводит к дефектам поверхности.
Роль вспомогательных перемещений
Траектории вспомогательных перемещений (врезание, отвод) часто недооцениваются, хотя они существенно влияют на производительность и точность. Рациональное построение этих участков может исключить необходимость в дополнительных проходах. Например, при выборке материала внутри контура корректировка траектории основного прохода позволяет удалить остаточный «треугольник» припуска без возврата инструмента в исходную точку.
Особенности процесса резания на станках с ЧПУ
Обработка на станках с ЧПУ имеет нестационарный характер, что коренным образом отличает ее от работы на станках с ручным управлением. При движении по криволинейной траектории непрерывно изменяется направление подачи, что ведет к изменению геометрических параметров среза: главный угол в плане уменьшается, а вспомогательный — увеличивается.
Это влияет на шероховатость поверхности, особенно при работе острозаточенным резцом, когда в резании участвуют и прямолинейная, и радиусная кромки. Обработка часто ведется с переменными режимами (скоростью, подачей, глубиной резания), что изменяет мгновенные значения сил резания, температуры и стойкости инструмента.
Вывод: Проектирование траекторий движения режущих инструментов — комплексная задача, требующая учета геометрии детали, возможностей оборудования, типа обработки и динамики самого процесса резания. Грамотный выбор пути инструмента является залогом высокой производительности, точности и качества конечного изделия.