8/12/2019 Curs 5 CNC

1/28

1

FREZAREA SUPRAFEELORCURBE COMPLEXE

1. Generarea suprafeelor curbe prin frezare

Configuraia geometric a unei piese din construcia de maini, este definit,n spaiu, cu ajutorul unui numr oarecare de suprafee simple sau

complexe care, din punct de vedere matematic pot fi considerate nitepnze fr grosime neaparinnd nici uneia dintre mediile pe care le separ.

Complexitatea configuraiei unei piese este determinat de rolul sufuncional, sistemul de solicitare mecanic, condiiile de exploatare, etc. iarsuprafeele care o definesc n spaiu pot fi exprimate cu ajutorul unor ecuaiide forma:

S(x,y,z) = 0, Z = f(x,y).

8/12/2019 Curs 5 CNC

2/28

2

Dacx,yi zsuntfuncii continue de doi parametrii ui v saui , atunci ecuaiile parametrice alesuprafeei respective sunt:

x = f1(u,v) = f1(,

) ;y = f2(u,v) = f2(,

);

z = f3(u,v) = f3(,

) ;Profilul unei

suprafee S(fig. 3.1) poate fi completdefinit dac suprafaa respectiv seintersecteaz cu dou plane P1i P2perpendiculare ntre ele. Curbele rezultateprin intersecia suprafeei date cu planurilerespective au ca expresii analitice,ecuaiile:

y = ym, z = f(x) ;

x = xm, z = f(y) ;

undexm i ym

reprezint nite valori constantecorespunztoare seciunilor de ordinul m.

Xyi

Fig.1. Generarea unei suprafee curbe prin frezare

Y

Z

xi

P1

P2

M(x,y,z)

S

z = f2(xi,y) z = f1(x,yi)

O

n

8/12/2019 Curs 5 CNC

3/28

3

Elementele specifice procedeului de frezare cu freze

cilindro-frontale cu cap sfericPrelucrarea prin achiere cu freze cilindro-frontale cu cap sferic, este un proces foartecomplex, datorat n primul rnd dispuneriitiuluipe o suprafasferic.

Procesul de frezare const ntr-o micareprincipalde rotaien, executatde freznjurul axei proprii, i o micare arbitrar deavans cu viteza vf, executatfie de scul,fiede semifabricat sau simultan scul isemifabricat n cazul traiectoriilor complexe,impuse de suprafaaprogramat(fig.2.).

Micrile n procedeul de frezare, fiindmicri relative ntre semifabricat i parteaachietoarea frezei, este convenabil, pentrusimplificare, s se considere semifabricatuln stare de repaus, micrile acestuia fiind

preluate de frez.

Fig.2. Frezarea cu freze cilindro-frontale cu cap

sferic

8/12/2019 Curs 5 CNC

4/28

4

Dispunerea tiului pe o suprafa

sfericdetermin

variaia

vitezei deachiere n funcie de diametrulefectiv a punctului considerat peti,mergnd pnla valori nule nvrful sculei.

Achia nedetaat are o formcomplex iar aria seciuniiinstantanee este variabil funciede unghiul de poziieal tiului.

Elementele geometrice specifice

procesului de frezare cu frezecilindro-frontale cu cap sferic, suntprezentate n figura 3.

Fig. 3. Elementele geometrice la frezarea cu freze

cilindro-frontale cu cap sferic

8/12/2019 Curs 5 CNC

5/28

5

Diametrul frezei la adncimea de achiere dat, numit diametrulefectiv, depinde de raza sferei vrfului frezei i de adncimea deachierepe direceaxial:

)a(2Ra2aRR2D pp2

p

2

e

sau relaiadevine

unde:De este diametrul efectiv;Rraza sferei vrfului frezei; apadncimea de achiere;Ddiametrul frezei.

Stabilirea diametrului efectiv are importandeosebit la calculul turaiei

frezei pentru atingerea valorii recomandate pentru viteza de achiere:

)a(Da2D ppe

e

as

D

v1000n

unde: neste turaiafrezei n rot/min;v

as

viteza de achieren m/min.

8/12/2019 Curs 5 CNC

6/28

6

Avansul pe dinte este unul dintre cei mai importani parametri ai procesului deachiere iar stabilirea valorii acestuia reprezint un obiectiv al optimizriiprocesului:

z

ssd

unde: seste avansul n mm/rot;znumrulde diniai frezei.

Valorile mici pentru rugozitate impun valori mici pentru parametriitehnologici sdiaeialegerea unor freze cu valori ct mai mari pentru raza la vrf R.Raza maxim, n fazele de finisare, este limitat de geometria piesei, astfel cdiminuarea rugozitiiteoretice se poate face prin diminuarea pasului trecerilor.

Dacpasul trecerilor este diminuat, implicit va avea loc o majorarea a numruluitrecerilor, pentru generarea aceleiai suprafee, cu consecine negative privindmajorarea timpului de prelucrare. Compensarea acestei majorri a numruluitrecerilor, respectiv a timpului de prelucrare, se poate face prin alegerea uneiviteze de avans corespunztormajorat:

znsv df

unde: vfeste viteza de avans n mm/min;nturaiafrezei n rot/min.

8/12/2019 Curs 5 CNC

7/28

7

Tipuri de freze cilindro-frontale cu cap sfericSculele achietoare au un rol important n cadrul industriei constructoare de

maini, prin faptul c majoritatea pieselor ce se execut n cadrul acestei industriise prelucreaz cu ajutorul sculelor achietoare a cror fabricaie necesitmateriale scumpe i deficitare, precum i o tehnicitate ridicat

Cunoaterea sculelor i mai ales a capacitii de achiere, care reprezint esenacaracteristicilor de utilizare, stabilind msura n care o scul achietoare

corespunde scopului prescris, ofer totodat posibilitatea aprecierii comparativea calitii diferitelor scule cu destinaie comun.

Principalele criterii de evaluare a sculelor sunt:Criteriul rezistenei la uzur sau a durabilitii;

Criteriul siguranei n exploatare sau a fiabilitii;Criteriul energiei specifice consumate n procesul de achiere;Criteriul rugozitii suprafeelor prelucrate prin achiere;Criteriul preciziei suprafeelor prelucrate;Criteriul costului minim sau economic.

8/12/2019 Curs 5 CNC

8/28

8

n figura 3.5 sunt prezentate cteva tipuri de freze cilindro-frontale cu capsferic utilizate la frezarea suprafeelorcurbe complexe, ncepnd de la frezecomplexe cu mai multe plcue pentru degroare tipul a), cu dou plcuepentru semifinisare tipul b), cu o plcupentru finisare tipul c), pnla freze

monobloc din carburi metalice pentru finisare cu patru dini tipul d) icu doidinitipul e), acoperind o gam largde diametre pentru partea activde la75 mm pnla 0,1 mm.

a) b) c)

d) e)Fig. 4.Tipuri de freze cilindro-frontale cu cap sferic

8/12/2019 Curs 5 CNC

9/28

9

Prelucrarea suprafeelorcurbe complexe prin frezare cu freze cilindro-frontale cucap sferic, a cunoscut amploare deosebit n ultimii ani datorit dezvoltriiindustriei de maini- unelte cu comand numeric, perfecionrii programelorCAD-CAM-CNC precum ia noilor tipuri de scule din carburi metalice.

La nivel mondial sunt recunoscui civa lideri n domeniul produciei de sculeachietoare cum ar fi:

SANDVIK CoromantSECO ToolsINGERSOLL Cutting Tools

WIDIAWALTERTITEX PLUS Precision Cutting ToolsMILLSTARISCARMITSUBISHI Materials Kobe Tools

8/12/2019 Curs 5 CNC

10/28

10

n ce privete frezele cilindro-frontale cu cap sferic pentru semifinisare i finisare,pot fi grupate n dou categorii mari, n funcie de forma constructiv dar i deprecizie i diametrul prii achietoare (fig. 5.).

Fig. 5. Precizia n funcie de diametrul frezelor cilindro-frontale cu cap sferic

8/12/2019 Curs 5 CNC

11/28

11

Importana procesului de achiere cu freze

cilindro-frontale cu cap sferic

Procesul de frezare cu freze cilindro-frontale cu cap sferic, se regsete nfabricaia pieselor cu suprafee curbe complexe din domeniile mai sus amintite,acolo unde procedeele clasice de generare prin achiere nu pot fi aplicate sau,duc la procese tehnologice complicate, neeconomice i de durat.

Fig. 6. Piese cu configuraie geometric complex

8/12/2019 Curs 5 CNC

12/28

12

Fig. 7. Dispozitiv de orientare-fixare din industria auto [118]

8/12/2019 Curs 5 CNC

13/28

13

Fig. 8. Exemple de repere de dispozitive din industria auto

1

1

1

1

2

2

2

2

3

8/12/2019 Curs 5 CNC

14/28

14

Fig. 9. Reper cu suprafee curbe complexe

SUPRAFEE CURBECOMPLEXE

ASPECTUL

SUPRAFEEI

3a

3b

Frezarea acestor suprafeese poate realiza, n condiiide productivitateiprecizie ridicate, numai pe centre de prelucrare cu comandnumeric,prin generare cu freze cilindro-frontale cu cap sferic i fabricaieasistatde calculator.

8/12/2019 Curs 5 CNC

15/28

15

Analiza elementelor specifice procedeului de frezare cu freze cilindro-frontale cucap sferic i a importanei lui n frezarea suprafeelor curbe complexe duce laurmtoarele concluzii:

- procedeul de frezare cu freze cilindro-frontale este un proces deosebit decomplex;

- evitarea achierii cu vrful frezei cilindro-frontale cu cap sferic se poate faceprin asigurarea unui unghi ntre axa de rotaie a frezei i normala la suprafa;

- producia industrial actual reclamnecesitatea efecturii unor studiiteoretice i experimentale asupra procesului de detaare a achiei la frezarea cufreze cilindro-frontale cu cap sferic, justificat de prelucrarea prin achiere a unuinumr tot mai mare de piese cu suprafee curbe complexe;

-n programarea centrelor de prelucrare cu comand numeric sunt necesare

informaii concrete privind orientarea optim scul-suprafa achiat i strategiaoptim de programare a traseelor de generare;

- cunoaterea metodelor moderne de prelucrare prin achiere cu freze cilindro-frontale cu cap sferic, bazat pe cercetri avansate asupra procesului, reprezint onecesitate de actualitate cu implicaii directe n industria constructoare de maini.

8/12/2019 Curs 5 CNC

16/28

16

Modelarea grafic a procesului de detaare a achieicu freze cilindro-frontale cu cap sferic

Procesul de formare a achiei, la frezarea cu freze cilindro-frontale cu capsferic i determinarea geometriei achiei nedetaate, pot fi realizate prinintermediul modelriigrafice n 3D-CAD, plecnd de la modele mai simple cuposibilitide dezvoltare ulterioarcu luarea n considerare a diferitelor aspectereale din procesul de frezare.

Elementele geometrice ale achiei,in special aria seciuniitransversale reale,prezint un interes deosebit pentru determinarea componentei principale aforelorde achiere,fiind proporionalcu aria seciunii.

Dac la anumite procedee de achiere grosimea achiei este constant, la

frezare in special la frezarea cu freze cilindro-frontale cu cap sferic, grosimearealheste variabilatt dupunghiul de poziieal tiului,n micareaderotaie ct i dup unghiul din planul axial dependent de adncimea deachiereap(fig. 10).

8/12/2019 Curs 5 CNC

17/28

17

Fig. 10. Grosimea achiei la frezarea cu freze cilindro-frontale cu cap sferic

8/12/2019 Curs 5 CNC

18/28

18

Prelucrarea prin achiere cu freze cilindro-frontale cu cap sferic, este un procesfoarte complex, datorat n primul rnd dispunerii tiului pe o suprafa sferic.

Procesul de frezare const ntr-o micare principal de rotaie executat de frez

n jurul axei proprii, i o micare arbitrar de avans executat fie de scul, fie desemifabricat sau simultan scul i semifabricat n cazul traiectoriilor complexe,impuse de suprafaa programat (3.2 fig. 3.2.).

Metoda utilizat n acest studiu geometric se bazeaz pe cteva condiii iniiale,care simplific pentru nceput abordarea fenomenelor:

- micarea tiului sculei, de la o traiectorie ortocicloidal (trahoidal fig. 11)se reduce, numai la o rotaie n jurul axei frezei (cercul 1 i cercul 2 fig. 11),nlocuind micarea de avans continuu cu dou poziii succesive ale tiului, ladistana de un avans pe dinte sd;

- suprafaa iniial este considerat plan, avnd n vedere elementul desuprafa de dimensiuni reduse luat n considerare;

- suprafaa generat la trecerea precedent este o suprafa cilindric.

8/12/2019 Curs 5 CNC

19/28

19

Fig. 11. Simularea traiectoriilor trahoidale i circulare

TRAHOIDA

CERCUL 1

CERCUL 2

x

y

-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

X

Y

n

2

tsin2

Dx

2

tcos2

Dt

2

sy d

tsin2

Dx

tcos2Dy

tsin2

Dx

tcos2

Dsy d

+

8/12/2019 Curs 5 CNC

20/28

20

Fig. 12. Reprezentarea 3D a suprafeelor i achia nedetaat

12

3

4

5

- 1 - suprafaa iniial plan z = - (R - ap);- 2 - prima rotaie sfer x2+ (y - sd)2+ z2= R2;

- 3 - a doua rotaie sfer x2+ y2+ z2= R2;- 4 - prima trecerecilindru circular (x-ae)2+ z2= R2;

- 5 - forma achiei nedetaate ,

8/12/2019 Curs 5 CNC

21/28

21

Fig. 13. Extragerea volumului de achie nedetaat n AutoCAD 2002

Sistemele CAD permit deducerea geometric a unor volume cuprinse ntreanumite suprafee (fig. 13) iapoi vizualizarea acestora din diferite unghiuri (fig.14.).

8/12/2019 Curs 5 CNC

22/28

22

Fig. 14. Vederi din unghiuri diferite ale achiei nedetaate

Volumul i forma achiei nedetaate sunt aceleai pentru prelucrarea cuaceeai freziaceiaiparametri de achiere ( avans pe dinte, adncime deachierepe direcieaxial,adncime de achierepe direcieradial),indiferentde orientarea frezei fa de normala la suprafa,ns modul n care are locintrarea

tiului n

achiere,

variaia ariei

seciunii instantanee a

achiei

nedetaate, lungimea contactului tiului cu suprafaa achiat, sunt strictdependente de orientarea axei sculei fade normala la suprafaide modulde deplasare a sculei fade semifabricat (modul de generare).

8/12/2019 Curs 5 CNC

23/28

23

Variaia seciunii de achie nedetaat la frezarea

n 3 axe, fr nclinarea semifabricatului

Sistemul geometric de coordonate stabilit pentru acest studiu grafic, este untriedru de sens direct, asociat axelor de deplasare rectilinie ale unei maini-unelte comandat numeric, conform recomandrii ISO R-841-1968 i STAS8902-1971 (fig. 15).

Fig. 15. Frezare n 3 axe n contra avansului

8/12/2019 Curs 5 CNC

24/28

24

a) b)

Y

X

Z

TIUL SCULEIACHIANEDETAAT

SECIUNEINSTANTANEE

VRFUL SCULEI

PROIECIA X-Y A ACHIEINEDETAATE

Fig. 16. Simularea grafic a procesului

Secionnd achia nedetaat cu un plan normal (care simuleaz faa dedegajare a dintelui frezei cu=0o) pe planulX-Yi rotindu-l n jurul axei Z caretrece prin vrful sculei ( simulnd rotaia frezei fig. 16), se obin n 3D-CAD,

cteva seciuni reprezentative (fig. 17, fig. 18).

8/12/2019 Curs 5 CNC

25/28

8/12/2019 Curs 5 CNC

26/28

26

SECIUNEAINSTANTANEE

Fig. 19. Determinarea ariei seciunii instantanee n AutoCAD 2002

Dnd valori reale parametrilor (ap, ae, sd, D) iutiliznd programul 3D-CAD se pot determina valorile seciunii de achieA, n funcie deunghiul de poziieal tiuluin micareade rotaiea frezei (fig. 19).

8/12/2019 Curs 5 CNC

27/28

27

Fig. 19. Variaia ariei seciunii de achie

pentru cele trei situaii diferite

V1 = 0,0634 mm3

V2 = 0,1237 mm3

V3 = 0,1273 mm3

1

2

3

D=8 mm; sd=0,1 mm

8/12/2019 Curs 5 CNC

28/28

28

a) b)

C.A. - 0o S.A. - 0o

1

Fig. 20. Comparaie ntre suprafeele generate fr nclinare

! !

Frezarea suprafeelor fr nclinare, duce la meninerea permanent avrfului sculei n contact cu suprafaagenerat, rezultnd mici cratere (fig.20, poz. 1), situate sub nivelul minim al tuturor asperitilor(fiind pe zona de

minim a canalelor cilindrice generate de frez),foarte dificil denlturatprinfinisare manual cu hrtie abraziv (operaie care se execut de regulpentru obinereacalitiide suprafaimpus).