Obróbka 5-osiowa stanowi zaawansowaną metodę skrawania, umożliwiającą jednoczesne sterowanie osiami liniowymi
(X, Y, Z) oraz obrotowymi (A, C).
Zastosowanie tej technologii pozwala na wydajne kształtowanie powierzchni o złożonej geometrii przy zachowaniu wysokiej dokładności wymiarowej oraz jakości powierzchni. Dzięki eliminacji wielokrotnego mocowania detalu uzyskuje się większą sztywność układu i skrócenie całkowitego czasu cyklu obróbkowego.
W opracowaniu przedstawiono proces obróbki 5-osiowej elementu wykonanego ze stali konstrukcyjnej ulepszanej cieplnie 40HM (42CrMo4). Proces obejmuje etapy obróbki zgrubnej, półwykończeniowej i wykończeniowej, realizowane na centrum obróbczym Doosan DVF 5000, wyposażonym w stół obrotowo-uchylny Ø500 mm, wrzeciono o prędkości maksymalnej 12 000 obr./min.
Ścieżki narzędzi zostały opracowane w systemie CAM EDGECAM, który umożliwia symultaniczne programowanie obróbki 5-osiowej z uwzględnieniem kinematyki maszyny, ograniczeń osi obrotowych oraz optymalizacji parametrów posuwu i prędkości skrawania. Zastosowanie tego oprogramowania pozwoliło na precyzyjne dopasowanie strategii, takich jak frezowanie trochoidalne, plunging czy frezowanie narzędziami baryłkowymi, do warunków technologicznych i geometrii detalu.
Gotowe ścieżki zostały zweryfikowane w środowisku NCSIMULhttps://verashape.com/pl/products/ncsimul-2/, które pozwala na pełną symulację procesu obróbki z uwzględnieniem modelu maszyny Doosan DVF 5000, oprawek, narzędzi oraz detalu. Program umożliwił wykrycie ewentualnych kolizji, sprawdzenie pozycjonowania osi A i C oraz weryfikację długości narzędzi w przestrzeni roboczej. Zastosowanie NCSimul zapewniło pełne bezpieczeństwo procesu i pozwoliło uniknąć błędów podczas rzeczywistej obróbki.
Do realizacji poszczególnych operacji wykorzystano narzędzia i płytki skrawające firmy Tungaloy, charakteryzujące się wysoką trwałością krawędzi tnącej oraz stabilnymi parametrami pracy przy obróbce stali ulepszanych cieplnie. Zastosowane gatunki węglików spiekanych z powłokami AH3225 i APH730 zapewniły optymalne połączenie odporności na zużycie i udarność, co umożliwiło prowadzenie procesu przy wysokich prędkościach skrawania i dużej wydajności usuwania materiału.
Opis procesu technologicznego
Operacja nr 1 – Frezowanie trochoidalne
- Vc = 220 m/min
- fz = 0,2 mm/ząb
- ap = 11 mm
- ae = 1,6 mm (10%)
- n = 4379 obr./min
- Vf = 2627 mm/min
- Średnica narzędzia: Ø16
- Głowica: EPAV12M016C16.0R03
- Ilość zębów: 3
- Płytka: AVMT120408PDER-MM AH3225
- Oprawka: 406.64.32
Frezowanie trochoidalne zostało zastosowane do wstępnego kształtowania kieszeni. Strategia ta minimalizuje obciążenie narzędzia, poprawia warunki chłodzenia i umożliwia efektywne usuwanie materiału z zachowaniem wysokiej trwałości płytek skrawających.
Operacja nr 2 – Plunging (frezowanie wgłębne)
- Vc = 200 m/min
- fz = 0,1 mm/ząb
- ap = 11 mm
- ae = 3 mm
- n = 3183 obr./min
- Vf = 954 mm/min
- Średnica narzędzia: Ø20
- Głowica: EXN03R020M20.0-03-C
- Ilość zębów: 3
- Płytka: LNMU0303ZER-MJ AH3225
- Oprawka: 406.64.32
Metoda plungingu pozwoliła na szybkie zgrubne usunięcie materiału w głąb detalu, szczególnie w rejonach o ograniczonym dostępie bocznym.
Operacja nr 3 – Obróbka zgrubna łopatki (I warstwa 20 mm)
- Vc = 220 m/min
- fz = 0,1 mm/ząb
- ap = 2 mm
- ae = 28 mm
- n = 1750 obr./min
- Vf = 1750 mm/min
- Średnica narzędzia: Ø40
- Głowica: TPAV06M040B16.0R10
- Ilość zębów: 10
- Płytka: AVGT060308PBER-MJ AH3225
- Oprawka: 406.11.16
Ta operacja realizuje wstępne kształtowanie profilu łopatki przy dużej szerokości skrawania, wykorzystując 10-zębne narzędzie o wysokiej wydajności.
Operacja nr 4 – Obróbka zgrubna łopatki (II warstwa 20 mm)
- Vc = 200 m/min
- fz = 0,15 mm/ząb
- ap = 4 mm
- ae = 28 mm
- n = 1194 obr./min
- Vf = 716 mm/min
- Średnica narzędzia: Ø40
- Głowica: TPA10R040M16.0E04
- Ilość zębów: 4
- Płytka: TOMT100408PDER-MJ AH3225
- Oprawka: 406.11.16
Druga warstwa usuwa kolejne 20 mm materiału, przygotowując powierzchnię pod obróbkę szybkościową.
Operacja nr 5 – Obróbka zgrubna szybkościowa (High Feed Milling)
- Vc = 242 m/min
- fz = 0,86 mm/ząb
- ap = 0,5 mm
- ae = 10 mm (40%)
- n = 3082 obr./min
- Vf = 8025 mm/min
- Średnica narzędzia: Ø25
- Głowica: EXSW09M025C25.0R03L
- Ilość zębów: 3
- Płytka: SWMT0904ZER-MM AH3225
- Oprawka: 406.64.25
Zastosowanie frezowania High Feed (HF) pozwala na osiągnięcie bardzo dużych prędkości posuwu przy niewielkiej głębokości skrawania, co znacznie skraca czas cyklu i zmniejsza obciążenie wrzeciona.
Operacja nr 6 – Obróbka półwykończeniowa łopatki (5 osi symultaniczne)
- Vc = 200 m/min
- fz = 0,1 mm/ząb
- ap = 2 mm
- n = 3981 obr./min
- Vf = 800 mm/min
- Średnica narzędzia: Ø16
- Głowica: EBRM16T20S130
- Ilość zębów: 2
- Płytka: ZRBM160-MM APH730
- Oprawka: 406.64.32
Obróbka półwykończeniowa z wykorzystaniem pięciu osi jednocześnie zapewnia równomierną powierzchnię i przygotowuje geometrię pod obróbkę wykończeniową baryłkową.
Operacja nr 7 – Obróbka wykończeniowa frezem baryłkowym (5 osi symultaniczne)
- Vc = 245 m/min
- fz = 0,02 mm/ząb
- ap = 4 mm
- n = 6500 obr./min
- Vf = 700 mm/min
- Średnica narzędzia: Ø12
- Frez baryłkowy: VBO120L19.0R800-5S08
- Ilość zębów: 5
- Adapter: VSSD16L100S08-S
- Oprawka: 405.H16
Zastosowanie frezowania baryłkowego (barrel milling) pozwala na uzyskanie bardzo wysokiej jakości powierzchni przy znacznie mniejszej liczbie przejść niż w przypadku frezów kulistych, co jest szczególnie istotne przy obróbce aerodynamicznych profili łopatek.
Operacja nr 8 – Grawerowanie i fazowanie krawędzi
- Vc = 80 m/min
- fz = 0,08 mm/ząb
- ap = 0,5 / 0,15 mm
- n = 2548 obr./min
- Vf = 408 mm/min
- Średnica narzędzia: Ø10
- Frez: VDS100A45-02S06
- Ilość zębów: 2
- Adapter: VSSD10L110S06-C
- Oprawka: 405.H10
Ostatni etap obejmuje precyzyjne fazowanie krawędzi oraz grawerowanie oznaczeń. Operacja ta wymaga wysokiej stabilności wrzeciona oraz dokładnego pozycjonowania 5-osiowego.
Podsumowanie
Przeprowadzony proces obróbki 5-osiowej elementu ze stali 40HM (42CrMo4) obejmował osiem kolejnych operacji realizowanych z wykorzystaniem nowoczesnych strategii frezarskich, takich jak frezowanie trochoidalne, plunging, High Feed Milling oraz obróbka frezem baryłkowym. Proces został w pełni opracowany w środowisku EDGECAM, które umożliwiło wygenerowanie zoptymalizowanych ścieżek narzędzi z uwzględnieniem kinematyki maszyny Doosan DVF 5000 oraz geometrii detalu.
Symulacja i weryfikacja przebiegu obróbki została przeprowadzona w systemie NCSIMUL, co pozwoliło na dokładne sprawdzenie trajektorii 5-osiowych, kontrolę kolizji oraz analizę pozycjonowania osi obrotowych A i C. Dzięki temu proces został w pełni zabezpieczony przed błędami programistycznymi i mechanicznymi przed wykonaniem na rzeczywistym centrum obróbczym.
Zastosowanie narzędzi i płytek skrawających firmy Tungaloy z gatunków AH3225 oraz APH730 zapewniło wysoką stabilność procesu i trwałość krawędzi skrawających przy jednoczesnym utrzymaniu dużych prędkości skrawania. Wykorzystane powłoki i geometrie płytek umożliwiły efektywne odprowadzanie ciepła, niskie siły skrawania i ograniczone zużycie narzędzia nawet przy obróbce w pełnej 5-osiowej symultanii.
Opracowana technologia pozwoliła na:
- skrócenie całkowitego czasu cyklu obróbki,
- poprawę jakości powierzchni łopatki,
- redukcję liczby mocowań i przejść,
- zwiększenie bezpieczeństwa procesu dzięki weryfikacji w NCSimul,
- optymalizację pracy narzędzi Tungaloy pod kątem wydajności i trwałości.
Podsumowując, integracja systemów EDGECAM i NCSIMUL z odpowiednio dobranymi narzędziami Tungaloy oraz zastosowanie strategii obróbki 5-osiowej pozwoliła uzyskać efektywny, stabilny i powtarzalny proces skrawania stali 40HM. Wyniki potwierdzają zasadność stosowania obróbki 5-osiowej w produkcji elementów o złożonej geometrii i wysokich wymaganiach jakościowych.
