Engineering
Frezarka CNC
Wyfrezuj kieszeń w bloku aluminium: frez trzpieniowy najpierw wycina rowek przez środek, a potem obiega coraz szersze pętle aż do ścianek, napędzany przez serwonapędy osi i wrzeciono o ograniczonej mocy. Porównaj płytkie i głębokie przejście, zobacz, jak w narożach skaczą kąt opasania i siła, i obniżaj moc wrzeciona, aż zwolni lub stanie, a potem włącz posuw adaptacyjny.
Co się dzieje
Trzyosiowe pionowe centrum obróbkowe frezuje rowek lub kieszeń 60 × 36 mm w bloku aluminium (EN AW-6082) o wymiarach 100 × 60 × 30 mm, wchodząc w materiał przez otwór wstępny. Trzyostrzowy frez trzpieniowy o średnicy 10 mm obraca się z prędkością 6000 obr/min i przesuwa z posuwem 900 mm/min, czyli 0,05 mm na ząb, przy głębokości skrawania 4 mm. Każdy ząb zbiera wiór o grubości f_z·sin φ na tym łuku narzędzia, który styka się z materiałem; łuk ten wyznacza się z mapy komórek 1 mm, zapamiętującej, co narzędzie już omiotło. Wzór Kienzlego z 650 N/mm² i wykładnikiem 0,25 daje siłę uśrednioną po okresie zęba. Osie z serwonapędami nadążają za programem z opóźnieniem v/K_v i zatrzymują się w każdym narożu; napęd wrzeciona powyżej 1500 obr/min jest ograniczony mocą, a poniżej – odpowiadającym jej momentem.
W rowku skrawa cała przednia połowa narzędzia: 180° opasania, 1,42 N·m na wrzecionie i 230 N na narzędziu, 600 mm³/s przy energii właściwej 1,49 J/mm³, więc wrzeciono pobiera 1,00 kW, z czego 110 W traci w łożyskach. Przejście na głębokość 2 mm wymaga 0,71 N·m, a na 8 mm – czterokrotnie więcej. Wzdłuż ścianek kieszeni, przy kroku bocznym 4 mm, kąt opasania wynosi 78,5°, a potrzebny moment 0,58 N·m; wjeżdżając w naroże wewnętrzne, narzędzie trafia też na ściankę przed sobą, kąt opasania skacze do 168,5°, a siła rośnie do 230 N – tyle co w rowku. Pętla wykańczająca z krokiem 1 mm ma kąt opasania 36,9°, a w narożach 126,9°. Z kieszeni usuwa się 8,02 cm³. Ogranicz w rowku moc wrzeciona do 0,75 kW, a przy utrzymanym posuwie wrzeciono zwolni w ciągu sekundy do 5090 obr/min i w ciągu trzech do 3662 obr/min, zmierzając do 2545 obr/min, a wiór pogrubi się do 0,08 mm; poniżej 646 W wrzeciono nie utrzyma prędkości bazowej: przy 0,5 kW staje po 2,15 s, a sterowanie zatrzymuje maszynę. Posuw adaptacyjny utrzymuje natomiast prędkość wrzeciona, zmniejszając posuw w rowku do 260 mm/min.
Model: siły skrawania uśrednione po okresie zęba, proste ostrza, siła promieniowa równa 0,35 siły stycznej, opór właściwy skrawania przestaje rosnąć poniżej grubości wióra 10 µm; jedna głębokość w każdym przebiegu; bez ugięcia narzędzia, zużycia, drgań, nagrzewania i wiórów w strefie skrawania. O tym, czy punkt jest jeszcze materiałem, decydują dokładne odległości do omiecionych torów narzędzia, wskazanych przez węzły mapy. RK4 z krokiem 1 ms; bilans energii zamyka się pracą silników: skrawanie, łożyska, prowadnice i zmagazynowana energia kinetyczna.
Co wypróbować
Obserwuj rowek, a potem pętle: kąt opasania i moc wrzeciona skaczą w każdym narożu. Spróbuj głębszego przejścia, potem obniżaj limit mocy, aż wrzeciono zwolni lub stanie, i włącz posuw adaptacyjny.
Równania modułu
Równania f_z = v_f/(z·n), h(φ) = f_z·sin φ F_t = k_c1.1·a_p·h·(h/1 mm)^(−m_c), F_r = 0.35·F_t T = z/(2π)·R·∫F_t dφ (φ_in ≤ φ ≤ φ_out), φ_e = acos(1 − 2a_e/D) Q = a_p·a_e·v_f, P = T·ω ≤ P_max J·dω/dt = T_motor − T − T_bearings
