Логотип Би Питрон Черкассы
Информационно — компьютерные технологии в машиностроении
Главная >> Новости >> Новые технологии и средства микрофрезерования
Software
Новые технологии и средства микрофрезерования
Йорген В. Боденхаузен, Вольфганг Мюллер

В таких областях, как микрохирургия, оптика и сенсорика, все большее значение приобретают пластмассовые детали микроскопических размеров. Их массовое производство, обеспечивающее приемлемую стоимость, требует квалифицированного и высокоточного изготовления миниатюрных пресс-форм для инжекционного литья. Поэтому, начиная с апреля 2003 года, страны ЕС финансировали совместный проект СRАFТ (Cooperative Rеsearсh Action for Technology) по использованию микрофрезерования для изготовления пресс-форм инжекционного литья (контракт G1SТ-СТ-2002-50232).

Благодаря содействию Фраунхоферского института IРТ (Fraunhofer Institute of Production Technology), поставщики отдельных технологий (подпроцессов) микрофрезерования получили информацию о полном процессе, от импорта данных об изделии до изготовления и проверки микро-пресс-формы. Помимо института IРТ, в проекте приняли участие разработчики САD/CAM-системы (компания Cimatron), оборудования для микрофрезерования (компания Kern) и специального фрезерного инструмента (компания Magafor), а также компании - изготовители пресс-форм (Promolding B.V., Structoform и MMT AG).

Целевыми технологическими параметрами проекта являлись:

  • Макс, отношение длины инструмента к диаметру: 10
  • Диаметр инструмента: <100мк
  • Угол уклона в матрице пресс-формы: до 1,52 град
  • Точность обработки: до 5 мк
  • Шероховатость поверхности (Ra): < 0,2 мк
  • Материал изделия: инструментальная сталь

После завершения проекта в апреле 2005 года, некоторые результаты продолжают обсуждаться в аспекте функций и возможностей САD/CAM-системы.

САD/САМ-система влияет на результат фрезерования по целому ряду факторов, начиная от импорта данных об изделии, через выбор подходящих стратегий чернового и чистового фрезерования и до формирования управляющей программы для оборудования с ЧПУ. Испытания проводились в системе Cimatron Е, представляющей собой интегрированное САD/САМ-решение для инструментального производства.

Cimatron Е включает в себя подсистему гибридного моделирования, работающую как с твердотельными, так и с поверхностными элементами. Система базируется на ядре ACIS, которое на сегодня обладает наивысшей точностью вычислений в 10 - 6мм (1 нанометр). При импорте данных об изделии могут иметь место случаи "плохой" геометрии, которая исправляется системой до ее использования в САМ-операциях. Так как маленькие отверстия или нарушения непрерывности геометрии могут оказать серьезное воздействие на качество детали, то САD/САМ-система отслеживает связь функций проектирования и изготовления при восстановлении (исправлении) геометрии. По сравнению с чисто твердотельными моделировщиками, гибридный моделировщик Cimatron Е имеет важное преимущество, так как некорректные данные "вылечиваются" в различных функциях работы с поверхностями.

Для фрезерования матриц пресс-форм компания Magafor разработала специальный фрезерный инструмент с диаметром менее 50 мк, то есть тоньше волоса.

Специальная форма конца инструмента 50 мк Инструмент 50мк для микрофрезерования (Magafor)

При этом форма конца инструмента модифицирована с целью достижения лучшего качества обрабатываемой поверхности.

Так как работа инструмента происходит при скоростях шпинделя порядка 160000 об/мин (станок Кеrn), то существует риск поломки инструмента в процессе фрезерования. Последующая замена такого инструмента в процессе обработки привела бы к нарушению непрерывности микроповерхности. Специальные стратегии в CAD/САМ могут помочь в минимизации указанного риска:

  • Врезание инструмента в деталь должно быть как можно более гладким и длительным. Этого можно добиться, используя наклонное врезание или врезание по спирали сверху вниз.
  • Чтобы добиться однородности траектории движения инструмента, можно использовать те же стратегии, что и при высокоскоростной обработке (HSC - High Speed Cutting), например, стратегии округления углов и спирального фрезерования.
  • Для черновой обработки микроуглублений (микроматриц) очень важно наличие знаний о состоянии заготовки в текущий момент обработки, так как неверная информация о состоянии заготовки может привести к поломке инструмента.

В рамках проекта были протестированы также различные стратегии чистовой обработки:Результаты различных стратегий чистовой обработки

  • Поверхностные стратегии обработки с ЧПУ, в которых траектория инструмента генерируется по аппроксимированным поверхностям (вариант 1). В зависимости от точности аппроксимации и возможных изменений направления траектории, здесь могут генерироваться не гомогенные траектории инструмента.
  • Наилучшие результаты достигаются при использовании стратегий 3D-шага, где обработка идет вдоль контурных линий, каждая из которых имеет постоянное значение координаты Z (вариант 2). Здесь могут быть также использованы упомянутые выше стратегии HSC.
  • В качестве альтернативы, Cimatron Е предоставляет опцию фрезерования поверхности вдоль ее параметрических кривых (вариант 3). Она претендует на то, чтобы быть наилучшей стратегией чистовой обработки для микрофрезерования.


Чистовая обработка матрицы для микро-ротора с использованием UV-стратегий.

Траектория Cimatron E

Обработанная пресс-форма для микро-ротора.

Чтобы добиться высокого качества поверхности, необходим правильный выбор стратегии ЧПУ - обработки, а не достаточно малый шаг. Траектория движения инструмента преобразуется, с помощью постпроцессора, в управляющую программу для станка с ЧПУ. Для обеспечения гладкости траектории, система ЧПУ станка должна поддерживать режим не только линейной, но и сплайновой интерполяции.

Кроме того, для повышения точности может быть использовано масштабирование. Геометрия детали масштабируется с коэффициентом увеличения, равным 10, затем траектория инструмента рассчитывается для увеличенных размеров и, с помощью последующего постпроцессирования, пересчитывается с коэффициентом 10 обратно к исходному масштабу. Чтобы сделать этот метод дружественным для пользователя, 7 версия Cimatron Е поддерживает "бесшовное" масштабирование в процессе расчета, без искажения входной или выходной информации для какой-либо из подсистем (моделирования, просмотра, симуляции, получения NC - отчетов и, разумеется, формирования управляющей программы - все в исходном нормальном масштабе).

Вернуться в оглавление новостей

 


Украина, Черкассы, т/ф (0472) 73-65-66 / 73-71-14    office@bee-pitron.com.ua