大きな彫刻の湾曲部分の5軸同時フライス加工
大規模な彫刻曲面部品の加工は、従来の「砂型鋳造→手動ショベル研削→3次元サンプル検査」プロセス方式をほとんど採用しています。 三次元テンプレートの低い製造精度とその幾何学的変形の影響により、そのような曲面部品の加工精度を改善することは困難です。
コンピューター技術の発展に伴い、CAD / CAMテクノロジーは大きな進歩を遂げ、5軸リンクCNCボーリングおよびフライス盤といくつかの優れたCAD / CAMソフトウェアが登場しました。 その中でも、SDRC / CAMANDソフトウェアは、5軸リンケージCNC加工プログラミングにおいてより柔軟です。 現在、大規模な彫刻曲面部品の場合、大口径正面フライスを使用して、最適な処理方法として表面パラメーター線に沿って処理します。 この加工方法には、高い加工精度と加工効率、部品の良好な表面品質、工具の優れた切削条件という特徴があります。
まず、彫刻面の3Dモデリング技術
曲面のNC加工プログラミングを完了するには、まず、曲面の3次元モデルをコンピューターでモデリングする必要があります。彫刻表面の設計データは通常、ドットマトリックスデータによって記述され、表面のドットマトリックスデータのソースは主に2つの方法にあります。1つは、設計手段によるもので、設計者による製品の設計理論によれば、特定の規則に従って頻繁に定期的に与えられる計算を通じてそのような格子データを取得し、3次元モデリングは比較的簡単です。もう1つは、3次元測定器を使用して手作りの木製型のプロトタイプまたは実際の物体を測定することにより、曲面の点群データを取得することです。このタイプのデータラティスの分布に関する正確なルールはなく、表面の3次元モデリングは比較的困難です。したがって、表面の元のデータ格子のさまざまな条件に応じて、彫刻表面の3次元モデリングは、規則的な格子パターンと不規則な格子パターンに分割できます。
1. 規則的な格子彫刻表面の三次元モデリング
規則的なドットマトリックス彫刻表面は、表面のドットマトリックスデータが特定の法則に従って厳密に与えられることを意味します。 一般に、サーフェスデータラティスはいくつかのパラメトリックスプラインノードデータに分割され、3DモデリングはNURBSサーフェスモデリングを使用して必要なスカルプトサーフェスを完成させます。 以下は、SDRC / CAMANDソフトウェアでのモデリング手順を説明しています。
（1）「Pointset」機能を使用して、彫刻サーフェスの元のポイントマトリックスデータからポイントセットを生成します。 パラメトリックスプラインごとに個別のポイントセットを生成する必要があることに注意してください。
（2）「Bスプライン」機能を使用して、「スルーポイント」および「非均一」パラメータを選択し、対応するスプラインポイントセットを直接選択して、作図サーフェスのすべてのパラメータスプラインを生成します。
（3）「モデリング」の「表面」機能を使用して、「ロフト表面」サブ機能を実行します。 特定の順序で各スプラインカーブを選択したら、[OK]をクリックして、スカルプトサーフェスを生成します。
2. 点群データの彫刻面の3Dモデリング
点群表面データは、表面点マトリックスデータが特定の法則に従って正確に与えられていないことを意味します。 最初にスプライン曲線を生成し、次にそのような彫刻表面のより良いモデルを得るために表面を形作ることは不可能です。したがって、「点群データモデリングサーフェス」機能のみが使用され、CAMANDには同様の機能はありません。 実際には、我々は機能を「表面にフィット点」私は-DEAS使用し、ポイントクラウドは、表面を生成し、その数値制御プログラミングモデルとして、I-DEASソフトウェアのファイル形式のCAMANDに変換します。
II. 大きな彫刻面のためのNC加工技術の設計
実績実際の生産において、大きな彫刻曲面部品の5軸同時CNC加工を実現するには、まず曲面部品の修正とクランプの問題を解決する必要があります。 ワークのゼロ点、工具設定点、加工工具計画、および詳細な加工シーケンスの決定方法を検討してください。
1.大規模な彫刻曲面のCNC加工のための位置合わせとクランプの原理
一般的な大規模な彫刻の湾曲した部品については、設定時に従うべき特定のルールがあります。 したがって、分析後、大きな彫刻面は2つのカテゴリに分類できます。クランプを修正する原理は次のとおりです。
彫刻の曲面部分に平面や円柱面などの特性参照面がある場合、その平面の等しい特性面がクランプの基準として使用されます。 これにより、アライメントプロセスが簡素化され、クランプのアライメント効率が向上し、表面アライメントの精度が保証されます。
彫刻面が完全に彫刻面で構成されており、明確なベンチマークがない場合、一般に、平面ブロックは曲線部分にキャストまたは溶接されます。ピン穴または参照ピンは、参照の修正に役立ちます。 大きな曲面の3D測定技術の使用と、彫刻曲面部品の修正をガイドする残りのブランクの分布を得るためのコンピューターソフトウェア適応技術の使用。
もちろん、これらの2つの方法は、大きな彫刻表面部品のベンチマークの決定に基づいており、CNC加工プログラムは正しいアイデアを指針として使用します。今日、一部のメーカーには別のプロセスがあります。参照が固定されていない大きな彫刻面の場合は、機械のテーブルに直接配置します。クランプが信頼できるようになった後、特定のグリッド分布で表面が測定され、測定ポイントデータが再度処理されます。 自由空間での表面の位置関係を調べて、表面の加工余裕を確保します。 加工座標系を調整し、NC加工プログラムを変換し、最後に機械に戻ってこの部品の加工を完了します。
このプロセスの最大の利点は、クランプとアライメントのための固定基準が不要であり、部品を自由に配置できることです。 しかし、一方で、この処理方法は、工作機械の処理支援時間を増加させ、より多くのデータを処理し、生産組織に困難をもたらします。
2.大きな彫刻の湾曲部品用のCNC加工ツールの選択
大きな彫刻湾曲部品用の5軸同時CNC加工ツールには、大口径正面フライスが適しています。 現在、有名な工具メーカーはサンドビック、インガソール、ケナメタル、セコなどです。 中でも、サンドビックのコロミル200シリーズの円形ブレード正面フライスは、彫刻曲面部品の半仕上げと仕上げに特に適しています。
ケナメタルの220/221シリーズカッターには、耐衝撃性と優れた剛性という利点があり、荒加工や高速切削に適しています。 選択ツールの直径は、彫刻サーフェスパーツの曲率に基づいて決定する必要があります。 原則として、ツールの半径は、彫刻面の凹面の最小曲率半径よりも小さくなければなりませんが、小さすぎてはなりません。さもないと、処理効率が低下します。
曲率半径の大きな変化を伴うスカルプトカーブパーツの場合、パーツ全体を異なる領域に分割し、異なる直径のツールを選択して加工効率を向上させることができます。
III. 5軸CNC加工ツールの位置の計算とシミュレーション
スカルプチャードサーフェスパーツの5軸座標CNC加工ツールの位置計算方法には、CAMANDソフトウェアのINTERP（補間）、NORMAL（標準）、TILT（傾斜）、およびTANGTO（接線）が含まれます。 しかし、大きな彫刻の湾曲した部品の場合、最も一般的に使用されるのはTILT処理です。 この加工方法を使用すると、工具軸と切削点の表面の法線は、特定のすくい角（リード/ラグ角度）またはロール角（右/左角度）を形成します。
1、5軸リンケージCNC加工ツールの位置計算
CAMANDソフトウェアでは、彫刻された表面パーツを処理するためにTILTが使用されます。 工具位置計算プロセス： まず、「数値制御」の「フローラインサーフェス」機能を選択します「フローラインサーフェス」の処理方法は、実際にはサーフェスのパラメータライン方向に沿って処理しています。次に、ツールの場所名（「新規」または「名前変更」機能で使用可能）を設定し、加工座標系と開始点を選択してから、対応するツールパラメーター（ツール直径、ツール長、刃先形状サイズ、切削パラメーターなど）を入力します。工具の出入りパラメータを設定し、干渉チェック表面を選択してパラメータを設定した後、工具位置計算機能をクリックし、加工表面を選択して、切削方向と工具軸制御方法TILT方法を定義します。 一般設定に加えて前方傾斜角、つまり、切断方向の前方2〜10°の角度。
最後に、表面の5軸座標加工ツール位置の計算が完了します。
2、切削シミュレーションと機械シミュレーション
大きな彫刻の湾曲した部品の場合、ブランクのコストは高くなります。 工作機械、ツール、およびツーリングの安全のため。5軸同時CNC加工の工具位置の計算が完了したら、切削シミュレーションと工作機械シミュレーションを実行して工具位置の正確性を確認する必要があり、結果の処理プログラムを実際の生産に使用できます。 CAMANDソフトウェアには、一般的なシミュレーション要件を満たすことができる単純な切削検査と工作機械シミュレーションのセットがあります。 より正確なシミュレーションツールが必要な場合は、より専門的なCGTech Vericutソフトウェアを使用する必要があります。 このソフトウェアは、切削シミュレーションと工作機械シミュレーションを実行できるだけでなく、工具経路を最適化することもできます。 ここでは、CAMANDソフトウェアのシミュレーションについて簡単に説明します。
5軸工具位置の切削シミュレーションでは、以前の5軸工具位置計算で工具のオーバーカット現象を確認および修正できます。一般に、機械加工される表面は最初にレンダリングおよび色付けされ、次に「シミュレーション」機能を使用して、ツールの位置を徐々にシミュレートし、ツールの干渉をチェックします。 オーバーカットと衝突が発生した場合、ツールの位置を再計算または変更する必要があります。工作機械のシミュレーションでは、主にNCフライスヘッド（大型の5軸ガントリーボーリングおよびフライス盤は主に2軸NCフライスヘッド）とワークおよび治具との干渉をチェックします。 したがって、実際の工作機械のNCフライスヘッドの形状とサイズに従ってNCフライスヘッドの3Dモデルを構築し、「シミュレーション」機能とNCフライスヘッドを使用して工作機械をシミュレートできます。 NCフライスヘッド、工具、治具、ワークの干渉を確認できます。
IV。5軸ツール位置の後処理
曲面の5軸同時加工ツールの位置計算を完了した後、CNC工作機械によって認識されるGコードプログラムへの中間ツール位置ファイルの変換を完了するために、後処理技術も必要です。 CAMANDのツール位置ファイルは、ツールチップポイント座標とツール軸ベクトルによって指定されます。その後、後処理はツール位置データをX、Y、Z、B、C座標値に変換する必要があります。ポストプロセッサは、CNCシステムと特定の工作機械の機械パラメーター（各座標軸の移動、最大送り速度、速度など）に従って設計されています。 次に、CAMANDのメインNCで後処理機能を使用して、5軸工具位置データを機械数値制御システムで実行可能なGコードプログラムに変換します。
大きな彫刻の湾曲した部品のための5軸同時加工技術は、そのような部品の加工精度と加工効率の矛盾を効果的に解決できます。 このテクノロジーには、コンピューター支援3D表面モデリング、コンピューター支援製造、機械加工技術などの学際的な包括的な技術が含まれます。
コンピューター技術の発展に伴い、CAD / CAMテクノロジーは大きな進歩を遂げ、5軸リンクCNCボーリングおよびフライス盤といくつかの優れたCAD / CAMソフトウェアが登場しました。 その中でも、SDRC / CAMANDソフトウェアは、5軸リンケージCNC加工プログラミングにおいてより柔軟です。 現在、大規模な彫刻曲面部品の場合、大口径正面フライスを使用して、最適な処理方法として表面パラメーター線に沿って処理します。 この加工方法には、高い加工精度と加工効率、部品の良好な表面品質、工具の優れた切削条件という特徴があります。
まず、彫刻面の3Dモデリング技術
曲面のNC加工プログラミングを完了するには、まず、曲面の3次元モデルをコンピューターでモデリングする必要があります。彫刻表面の設計データは通常、ドットマトリックスデータによって記述され、表面のドットマトリックスデータのソースは主に2つの方法にあります。1つは、設計手段によるもので、設計者による製品の設計理論によれば、特定の規則に従って頻繁に定期的に与えられる計算を通じてそのような格子データを取得し、3次元モデリングは比較的簡単です。もう1つは、3次元測定器を使用して手作りの木製型のプロトタイプまたは実際の物体を測定することにより、曲面の点群データを取得することです。このタイプのデータラティスの分布に関する正確なルールはなく、表面の3次元モデリングは比較的困難です。したがって、表面の元のデータ格子のさまざまな条件に応じて、彫刻表面の3次元モデリングは、規則的な格子パターンと不規則な格子パターンに分割できます。
1. 規則的な格子彫刻表面の三次元モデリング
規則的なドットマトリックス彫刻表面は、表面のドットマトリックスデータが特定の法則に従って厳密に与えられることを意味します。 一般に、サーフェスデータラティスはいくつかのパラメトリックスプラインノードデータに分割され、3DモデリングはNURBSサーフェスモデリングを使用して必要なスカルプトサーフェスを完成させます。 以下は、SDRC / CAMANDソフトウェアでのモデリング手順を説明しています。
（1）「Pointset」機能を使用して、彫刻サーフェスの元のポイントマトリックスデータからポイントセットを生成します。 パラメトリックスプラインごとに個別のポイントセットを生成する必要があることに注意してください。
（2）「Bスプライン」機能を使用して、「スルーポイント」および「非均一」パラメータを選択し、対応するスプラインポイントセットを直接選択して、作図サーフェスのすべてのパラメータスプラインを生成します。
（3）「モデリング」の「表面」機能を使用して、「ロフト表面」サブ機能を実行します。 特定の順序で各スプラインカーブを選択したら、[OK]をクリックして、スカルプトサーフェスを生成します。
2. 点群データの彫刻面の3Dモデリング
点群表面データは、表面点マトリックスデータが特定の法則に従って正確に与えられていないことを意味します。 最初にスプライン曲線を生成し、次にそのような彫刻表面のより良いモデルを得るために表面を形作ることは不可能です。したがって、「点群データモデリングサーフェス」機能のみが使用され、CAMANDには同様の機能はありません。 実際には、我々は機能を「表面にフィット点」私は-DEAS使用し、ポイントクラウドは、表面を生成し、その数値制御プログラミングモデルとして、I-DEASソフトウェアのファイル形式のCAMANDに変換します。
II. 大きな彫刻面のためのNC加工技術の設計
実績実際の生産において、大きな彫刻曲面部品の5軸同時CNC加工を実現するには、まず曲面部品の修正とクランプの問題を解決する必要があります。 ワークのゼロ点、工具設定点、加工工具計画、および詳細な加工シーケンスの決定方法を検討してください。
1.大規模な彫刻曲面のCNC加工のための位置合わせとクランプの原理
一般的な大規模な彫刻の湾曲した部品については、設定時に従うべき特定のルールがあります。 したがって、分析後、大きな彫刻面は2つのカテゴリに分類できます。クランプを修正する原理は次のとおりです。
彫刻の曲面部分に平面や円柱面などの特性参照面がある場合、その平面の等しい特性面がクランプの基準として使用されます。 これにより、アライメントプロセスが簡素化され、クランプのアライメント効率が向上し、表面アライメントの精度が保証されます。
彫刻面が完全に彫刻面で構成されており、明確なベンチマークがない場合、一般に、平面ブロックは曲線部分にキャストまたは溶接されます。ピン穴または参照ピンは、参照の修正に役立ちます。 大きな曲面の3D測定技術の使用と、彫刻曲面部品の修正をガイドする残りのブランクの分布を得るためのコンピューターソフトウェア適応技術の使用。
もちろん、これらの2つの方法は、大きな彫刻表面部品のベンチマークの決定に基づいており、CNC加工プログラムは正しいアイデアを指針として使用します。今日、一部のメーカーには別のプロセスがあります。参照が固定されていない大きな彫刻面の場合は、機械のテーブルに直接配置します。クランプが信頼できるようになった後、特定のグリッド分布で表面が測定され、測定ポイントデータが再度処理されます。 自由空間での表面の位置関係を調べて、表面の加工余裕を確保します。 加工座標系を調整し、NC加工プログラムを変換し、最後に機械に戻ってこの部品の加工を完了します。
このプロセスの最大の利点は、クランプとアライメントのための固定基準が不要であり、部品を自由に配置できることです。 しかし、一方で、この処理方法は、工作機械の処理支援時間を増加させ、より多くのデータを処理し、生産組織に困難をもたらします。
2.大きな彫刻の湾曲部品用のCNC加工ツールの選択
大きな彫刻湾曲部品用の5軸同時CNC加工ツールには、大口径正面フライスが適しています。 現在、有名な工具メーカーはサンドビック、インガソール、ケナメタル、セコなどです。 中でも、サンドビックのコロミル200シリーズの円形ブレード正面フライスは、彫刻曲面部品の半仕上げと仕上げに特に適しています。
ケナメタルの220/221シリーズカッターには、耐衝撃性と優れた剛性という利点があり、荒加工や高速切削に適しています。 選択ツールの直径は、彫刻サーフェスパーツの曲率に基づいて決定する必要があります。 原則として、ツールの半径は、彫刻面の凹面の最小曲率半径よりも小さくなければなりませんが、小さすぎてはなりません。さもないと、処理効率が低下します。
曲率半径の大きな変化を伴うスカルプトカーブパーツの場合、パーツ全体を異なる領域に分割し、異なる直径のツールを選択して加工効率を向上させることができます。
III. 5軸CNC加工ツールの位置の計算とシミュレーション
スカルプチャードサーフェスパーツの5軸座標CNC加工ツールの位置計算方法には、CAMANDソフトウェアのINTERP（補間）、NORMAL（標準）、TILT（傾斜）、およびTANGTO（接線）が含まれます。 しかし、大きな彫刻の湾曲した部品の場合、最も一般的に使用されるのはTILT処理です。 この加工方法を使用すると、工具軸と切削点の表面の法線は、特定のすくい角（リード/ラグ角度）またはロール角（右/左角度）を形成します。
1、5軸リンケージCNC加工ツールの位置計算
CAMANDソフトウェアでは、彫刻された表面パーツを処理するためにTILTが使用されます。 工具位置計算プロセス： まず、「数値制御」の「フローラインサーフェス」機能を選択します「フローラインサーフェス」の処理方法は、実際にはサーフェスのパラメータライン方向に沿って処理しています。次に、ツールの場所名（「新規」または「名前変更」機能で使用可能）を設定し、加工座標系と開始点を選択してから、対応するツールパラメーター（ツール直径、ツール長、刃先形状サイズ、切削パラメーターなど）を入力します。工具の出入りパラメータを設定し、干渉チェック表面を選択してパラメータを設定した後、工具位置計算機能をクリックし、加工表面を選択して、切削方向と工具軸制御方法TILT方法を定義します。 一般設定に加えて前方傾斜角、つまり、切断方向の前方2〜10°の角度。
最後に、表面の5軸座標加工ツール位置の計算が完了します。
2、切削シミュレーションと機械シミュレーション
大きな彫刻の湾曲した部品の場合、ブランクのコストは高くなります。 工作機械、ツール、およびツーリングの安全のため。5軸同時CNC加工の工具位置の計算が完了したら、切削シミュレーションと工作機械シミュレーションを実行して工具位置の正確性を確認する必要があり、結果の処理プログラムを実際の生産に使用できます。 CAMANDソフトウェアには、一般的なシミュレーション要件を満たすことができる単純な切削検査と工作機械シミュレーションのセットがあります。 より正確なシミュレーションツールが必要な場合は、より専門的なCGTech Vericutソフトウェアを使用する必要があります。 このソフトウェアは、切削シミュレーションと工作機械シミュレーションを実行できるだけでなく、工具経路を最適化することもできます。 ここでは、CAMANDソフトウェアのシミュレーションについて簡単に説明します。
5軸工具位置の切削シミュレーションでは、以前の5軸工具位置計算で工具のオーバーカット現象を確認および修正できます。一般に、機械加工される表面は最初にレンダリングおよび色付けされ、次に「シミュレーション」機能を使用して、ツールの位置を徐々にシミュレートし、ツールの干渉をチェックします。 オーバーカットと衝突が発生した場合、ツールの位置を再計算または変更する必要があります。工作機械のシミュレーションでは、主にNCフライスヘッド（大型の5軸ガントリーボーリングおよびフライス盤は主に2軸NCフライスヘッド）とワークおよび治具との干渉をチェックします。 したがって、実際の工作機械のNCフライスヘッドの形状とサイズに従ってNCフライスヘッドの3Dモデルを構築し、「シミュレーション」機能とNCフライスヘッドを使用して工作機械をシミュレートできます。 NCフライスヘッド、工具、治具、ワークの干渉を確認できます。
IV。5軸ツール位置の後処理
曲面の5軸同時加工ツールの位置計算を完了した後、CNC工作機械によって認識されるGコードプログラムへの中間ツール位置ファイルの変換を完了するために、後処理技術も必要です。 CAMANDのツール位置ファイルは、ツールチップポイント座標とツール軸ベクトルによって指定されます。その後、後処理はツール位置データをX、Y、Z、B、C座標値に変換する必要があります。ポストプロセッサは、CNCシステムと特定の工作機械の機械パラメーター（各座標軸の移動、最大送り速度、速度など）に従って設計されています。 次に、CAMANDのメインNCで後処理機能を使用して、5軸工具位置データを機械数値制御システムで実行可能なGコードプログラムに変換します。
大きな彫刻の湾曲した部品のための5軸同時加工技術は、そのような部品の加工精度と加工効率の矛盾を効果的に解決できます。 このテクノロジーには、コンピューター支援3D表面モデリング、コンピューター支援製造、機械加工技術などの学際的な包括的な技術が含まれます。
