Побудова траєкторії інструменту на тривісній фрезі за допомогою метода постійного об’єму

Автор

Van-Quy Hoang, Хошимінський індустріальний університет (12 Nguyen Van Bao, Ward 4, Go Vap District, Ho Chi Minh City, В’єтнам), e-mail: hoangquyctm@gmail.com, ORCID: 0000-0003-4164-5975

Анотація

У цій статті представлено новий простий метод побудови траєкторій інструменту під час механічної обробки на базі фіксованої основи залишкової металевої частини, що залишилася після кожного поздовжнього (передній крок) і поперечного кроку різання (перехід). Після кожного поздовжнього і поперечного кроку різання залишиться необроблена частина металу, яка має форму конуса з чотирикутною основою, а її бічні грані є кривими, створеними перетином сфери з діаметром траєкторії інструменту. Висота цього конуса, S_c, називається висотою гребінця, а його проекція на січну площину – вершиною. Однак весь об’єм цієї необробленої частини металу було проаналізовано у даній статті. Виходячи з цього, було запропоновано коригування траєкторії інструменту таким чином, щоб об’єм цієї частини залишався постійним на кожному кроці роботи інструменту, в результаті чого забезпечується якість обробки всієї поверхні. На відміну від попередніх досліджень, у яких траєкторію інструменту генерували за допомогою ізоскалопного, ізопараметричного або ізопланарного методів, в цьому дослідженні запропоновано новий метод, заснований на обчисленні об’єму нерозрізаного металу після кожного кроку траєкторії інструменту по горизонталі та вертикалі. Цей метод називається методом постійного об’єму. Порівняно з існуючими методами, цей підхід є кращим, оскільки завдяки ньому можна обчислити об’єм металу, що залишився, таким чином забезпечуючи більш однорідну якість поверхні та більш ефективну траєкторію інструменту. Щоб переконатися в коректності запропонованого методу, у Matlab2010a був реалізований сценарій, який використовувався для створення траєкторії інструменту з простою поверхнею. Траєкторію інструменту, створену запропонованим методом, порівнювали з тією, що створена традиційним методом, який уже доступний у програмному забезпеченні CAD/CAM. Результати показали, що запропонований метод мав хорошу точність і швидкий час формування траєкторії. Цей метод можна розширити до складних поверхонь і він є одним з варіантів для застосування в програмному забезпеченні CAD/CAM, а також надає інше рішення для створення траєкторії інструменту для механічної обробки в цілому.

Ключові слова: траєкторія, побудова траєкторії, оптимізація траєкторії, тривісний верстат з ЧПК, постійний об’єм.

Література

1. Sarkar S., Dey P. P. A new iso-parametric machining algorithm for free-form surface. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part E: Journal of Process Mechanical Engineering. 2014. Vol. 228. Iss. 3. P. 197–209. https://doi.org/10.1177/0954408913495191.
2. Sarkar S., Dey P. P. Tool path planning for machining free-form surfaces. Transactions of FAMENA. 2015. Vol. 39. Iss. 1. P. 65–78.
3. Zhu Y., Chen Z.-T., Ning T., Xu R.-F. Tool orientation optimization for 3+2-axis CNC machining of sculptured surface. Computer Aided Design. 2016. Vol. 77. P. 60–72. https://doi.org/10.1016/j.cad.2016.02.007.
4. Mladenović G. M., Tanovic L. M., Ehmann K. F. Tool path generation for milling of free form surfaces with feed rate scheduling. FME Transactions. 2015. Vol. 43. Iss. 1. P. 9–15. https://doi.org/10.5937/fmet1501009M.
5. Kumazawa G. H., Feng H. Y., Barakchi Fard M. J. Preferred feed direction field: A new tool path generation method for efficient sculptured surface machining. Computer-Aided Design. 2015. Vol. 67–68. P. 1–12. https://doi.org/10.1016/j.cad.2015.04.011.
6. Kim Y.-J., Elber G., Bartoň M., Pottmann H. Precise gouging-free tool orientations for 5-axis CNC machining. Computer-Aided Design. 2015. Vol. 58. P. 220–229. https://doi.org/10.1016/j.cad.2014.08.010.
7. Kim T., Sarma S. E. Toolpath generation along directions of maximum kinematic performance; A first cut at machine-optimal paths. Computer-Aided Design. 2002. Vol. 34. Iss. 6. P. 453–468. https://doi.org/10.1016/S0010-4485(01)00116-6.
8. Walhof D. The democratic theory of Hans-Georg Gadamer. Palgrave Macmillan Cham, 2016. 145 p. https://doi.org/10.1007/978-3-319-46864-8.
9. Chandran S., Abraham Mathews J. Simulation and optimization of CNC controlled grinding processes: Analysis and simulation of automated robot finishing process. LAP LAMBERT Academic Publishing, 2016. 196 p.
10. Van Q. H., Ngoc T. B. Effect of feed rate, tool-path and step over on geometric accuracy of freeform surfaces when 3 axis CNC milling. Applied Mechanics and Materials. 2019. Vol. 889. P. 107–114. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amm.889.107.
11. Hoang V. Q., Nguyen D. T. A simple method to tool path generation for cone surface on CNC 3 axis milling. In: Long B. T., Kim H. S., Ishizaki K., Toan N. D., Parinov I. A., Kim Y. H. (eds) Proceedings of the International Conference on Advanced Mechanical Engineering, Automation, and Sustainable Development 2021 (AMAS 2021). Lecture Notes in Mechanical Engineering. Cham: Springer, 2022. Vol. 2. P. 481–492. https://doi.org/10.1007/978-3-030-99666-6_70.

Надійшла до редакції 31.03.2024