Повышение точности гидроабразивной резки за счёт устранения конусности

Баланс между производительностью гидроабразивной резки и точностью изготовления деталей всегда был труднодостижимым из-за сложного поведения струи. Поскольку её форма в любой точке траектории инструмента является результатом множества независимых переменных - включая скорость и ускорение, с которыми она движется, - управлять струёй особенно сложно. Режущая струя изгибается назад по траектории, колеблется из стороны в сторону, создаёт зависящий от скорости конический пропил и образует более широкий пропил при медленном движении. Точные детали можно изготавливать, несмотря на все эти факторы, но это требует снижения скорости и, соответственно, производительности.
В этой статье мы обсудим программное обеспечение, которое автоматически наклоняет режущую головку, чтобы сделать прямоугольную кромку на детали при более высоких скоростях, обычно приводящих к коническому пропилу. Для начала разберёмся в основных факторах, влияющих на конусность.
Факторы, влияющие на конусность
Все независимые переменные струйной резки влияют на конусность. Большинство этих факторов определяются во время настройки скорости резки. Однако один из ключевых факторов - это скорость движения струи по траектории. При замедлении струи характер пропила меняется: от самого широкого конуса в верхней части детали на высокой скорости - до самого широкого пропила в нижней части детали на низкой скорости. На рисунке 1 представлена конусность в зависимости от скорости резки.
Тонкие материалы, как правило, режут на высокой скорости, а толстые - на низкой. Это приводит к неожиданному эффекту: конусность оказывается наибольшей в тонких материалах. Например, в стальной детали толщиной 0,32 см конусность может составлять до 0,018 мм, в то время как в стальной детали толщиной 5 см - всего 0,0013 мм. Если же резать тонкую сталь с той же скоростью, что и толстую, конусность почти исчезнет, но это приведёт к значительному снижению производительности.
Некоторые программные пакеты позволяют учитывать эту переменную, задавая минимально допустимое качество конусности для определённых участков пути. Это может устранить необходимость вторичных операций по удалению конусности, что особенно оправдано в случаях, где высокое качество кромки критично.
Почему контроль конусности важен?
Основная причина контроля конусности - внешний вид детали. Если клиент считает, что коническая кромка портит внешний вид изделия, это может помешать его продаже.
Конусность также может вызывать сложности при зажиме деталей для последующих операций. Конические кромки плохо удерживаются в патроне или тисках. Поэтому первой операцией часто становится поверхностная обработка, убирающая конусность и обеспечивающая надёжное закрепление.
Некоторые детали требуют, чтобы режущая поверхность прилегала к соседней детали. Примером может служить болтовое соединение.
Иногда режущая кромка должна проходить по другой поверхности, распределяя нагрузку равномерно по всей длине. Примерами таких деталей являются зубчатые колёса, звёздочки и кулачки.
В некоторых случаях, наоборот, требуется сохранить небольшую конусность. Например, для штампов и режущих инструментов может быть нужен небольшой угол скоса, который можно создать, наклоняя струю.
Контроль конусности в процессе струйной резки помогает снизить затраты, позволяя получить деталь без необходимости дополнительной обработки.
Регулировка конусности за счёт наклона
Для устранения конусности методом наклона струи необходимы два компонента: механизм наклона и программное обеспечение, способное точно прогнозировать конусность и корректировать положение режущей головки.
Наклонный механизм крепится к стандартному столу XY, который используется в большинстве станков без наклона. Важно, чтобы центр вращения наклонного механизма находился максимально близко к точке входа струи в заготовку. В противном случае движение по осям XY придётся значительно компенсировать.
На рисунке 2 представлена упрощённая двухмерная схема механизма наклона по одной оси. Принцип работы очевиден: наклон инструмента вызывает незначительное перемещение точки входа струи. Аналогичный механизм с тремя шарнирными соединениями позволяет наклонять инструмент в двух направлениях, сохраняя стабильность точки входа.
На рисунке 3 показан реальный наклонный механизм. Один из рычагов управляется двумя серводвигателями, заключёнными в герметичные корпуса. Остальные два рычага также защищены сильфонами.
Малое вертикальное смещение наконечника при наклоне компенсируется движением по оси Z. Таким образом, станок становится полноценным пятиосевым устройством с координатами X, Y, Z и двумя угловыми осями.
Роль программного обеспечения
Программное обеспечение выполняет ключевую работу по управлению наклоном. Современные технологии позволяют решить задачи, которые ещё 10 лет назад казались неосуществимыми.
Алгоритм работы:
- Программа рассчитывает оптимальную скорость резки в каждой точке траектории, исходя из материала и толщины заготовки.
- Используя модель прогнозирования конусности, программа вычисляет необходимый угол наклона для создания прямоугольной кромки.
- На основе этих данных формируются команды для привода, включая корректировку движения по осям X, Y и Z.
Расчёты, связанные с шагами 2 и 3, требуют в 20 раз больше времени, чем стандартные операции по траектории XY. Готовый план движения сохраняется в памяти устройства и может быть использован для серийного производства деталей.
Преимущества
Объединение наклонного механизма с программным обеспечением компенсации конусности позволяет изготавливать детали без конусности значительно быстрее. Например, изготовление прямозубой шестерни из алюминия толщиной 2,54 см заняло 6,3 минуты с использованием наклонной головки, тогда как традиционный метод потребовал бы 13,6 минуты.
На рисунке 4 показана прямозубая шестерня, изготовленная с помощью наклонной головки, показанной на рисунке 3.
Кроме того, использование мелких абразивов, обеспечивающих лучшую отделку поверхности, больше не сопровождается увеличением конусности, так как она устраняется наклонной головкой.
Вам может быть интересно


ЦЕНА: 9 000 000 ₽

