ΕΡΓΑΛΕΙΟΜΗΧΑΝΕΣ ΜΗΧΑΝΟΥΡΓΙΚΕΣ ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΕΣ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΕΡΓΑΛΒΟΜΗΧΑΝΩΝ & Δ1ΑΜ0ΡΦΩΤΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΟΛΟΠΑΣ Τμήμα Μηχανολόγων ΙΛιχανικών Αριστστελε συ Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης Διευθυντής: Kofi. Dr.-lnfl. habil. Κ.-Δ. Μπουζάκης LABORATORY FOR MACHINE TOOLS & MANUFACTURING ENGINEERING Mechanical Engtoeering Department, Ariatotele University Thessaloniki D irector: P rof. D r.-lng. habll. K_-D. Bouzaki* S o Σ υ ν έ δ ρ ν ΕΡΓΑΛΕΙΟΜΗΧΑΝΕΣ ΜΗΧΑΝΟΥΡΓΙΚΕΣ ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΕΣ Πρακτικά Sou Συνεδρίου, παρουσίασης ερευνητικών δραστηριοτήτων του ΞΞΧηV, περιόδου 1996-1999 2-3 Δεκεμβρίου 1999, Θεσσαλονίκη MACHINE TOOLS MANUFACTURING PROCESSES Proceedings of the 5th Conference, presenting the research activities of Ea iv, 1996-1999 2-3 December 1999,Thessaloniki, Greece ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 1999

Κ - Δ. Μ π ο υ ζ ά κ η ς 1, Π. Α ϊ σ ο ύ σ 1, Κ, Ε υ σ τ α Θ ί ο υ * s F. Κ ο υ τ ο ύ τ τ α ς 1 Α. Α ν τ ω ν ι ά δ η ς 2, Γ. Ο ι κ ο ν ό μ ο υ 3, Λ?. Χ α ρ ί σ η ς * 1. Εργαστήριο Εργαλειομηχσνών και Δισμορφω ηκής Μ ηχσνολογίας Α.Π.Θ. 2. Εργαστήριο Εργαλειομηχσνών, TE! Σερρώ ν 3. МЕТКА Α.Ε., Βόλος Π ΕΡΙΛ Η Ψ Η Τα συστήματα CAD/CAM προσφέρουν διάφορες δυνατότητες κατά το φραιζάρισμα ανάγλυφων επιφανειών, άλλα τα περισσότερα δεν λαμβάνουν υπ'όψη την αναμενόμενη τοπομορφία της επιφάνειας, η οποία εξαρτάται από την κινηματική του φραιζαρίσματος (ομόρροπο-αντίρροποελκτικό αντίρροπο φραιζάρισμα κτλ.) και τις συνθήκες χοτής (ταχύτητα κοπής, -πρόωση, βάθος κοπής και άλλα). Στην παρούσα εργασία, παρουσιάζεται ένα -πρόγραμμα Η/Υ, το οποίο, μεταξύ άλλων, υπολογίζει την τοπομορφία της κατεργαζό-ΐενης επιφάνειας και την τιμή της τραχύτητας της κατά το πολυ αξονικό φραιζάρισμα με εργαλεία σφαιρικής απόληξης και προσδιορίζονται βέλτιστες συνθήκες και κινηματικές κοπής με κριτήριο την ποιότητα της ετηφάνειας. Χαρακτηριστικές λέξεις: Προσομοίωση φραιζαρίσματος, ανάγλυφες επιφάνειες, εργαλεία σφαιρικής απόληξης, τραχύτητα. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Τα συστήματα CAD/CAM χρησιμοποιούνται για τσν προσδιορισμό των απαραίτητων δεδομένων που σχετίζονται με την τροχιά του κοπτικσύ εργαλείου στις NC εργαλειομηχανές. Ή αποπεράτωση ανάγλυφων επιφανειών γίνεται συνήθως χρησιμοποιώντας εργαλεία σφαιρικής απόληξης. Για την επίτευξη υψηλής ποιότητας επιφανειών, εξετάστηκε η επίδραση των εζ μέρους συνθηκών κατεργασίας καθώς ^και των διαφόρων κινηματικών κατεργασίας, στην προκύπτσυσα τραχύτητα της επιφάνειας. Στο φραιζάρισμα αποπεράτωσης ανάγλυφων επιφανειών με εργαλεία σφαιρικής απόληξης, -λαμβάνσντας υπ όψη την κίνηση του εργαλείου κατά μήκος της τροχιάς, την κλίση του άξονα του εργαλείου ως προς την τελική επιφάνεια του τεμαχίου και τη φορά περιστροφής τσυ εργαλείου, προκύπτουν διάφορες -κινηματικές φραιζαρίσματος. Στο.τετραξονικό φραιζάρισμα ανάγλυφων επιφανειών, μπορούν л/α διακριθσύν οκτώ διαφορετικές κινηματικές φραιζαρίσματος οι οποίες εξηγούνται στο сгулца 1. Στο πενταςσνικό φραιζάρισμα κατά το οποίο ο άξονας του εργαλείου μπορεί να πάρει ΐλίση τσατοχρόνως σε δύο διευθύνσεις ο αριθμός των κινηματικών φραιζαρίσματος είναι μεγαλύτερος /1ДЗА5,7,8ДЗ/. Για τον προσδιορισμό της αναμενόμενης τραχύτητας και τοπομορφίας της επιφάνειας, λαμβάνσντας υπ όψη τις συνθήκες και τις κινηματικές κοπής, αναπτύχθηκε το πρόγραμμα H/Y BALLMHX71, το οποίο βασίζεται στην μαθηματική περιγραφή της διαδικασίας του πολυαξονικού φραιζαρίσματος και στον υπολογισμό των διεισδύσεων τσυ εργαλείου στο τεμάχιο. Κατά την προσομοίωση αυτή -λαμβάνσνται -υπ όψη η αρχική γεωμετρία τσυ τεμαχίου, ο NC κώδικας για την κατεργασία, του кш. η γεωμετρία τσυ κοπτικσύ εργαλείου. Ή αρχική γεωμετρία του τεμαχίου αποθηκεύεται σε ουδέτερα αρχεία 1GES τα οποία δήμιουργούνται από το χρησιμοποιούμενο σύστημα CAD. Ο NC κώδικας προκύπτει από σύστημα САМ και-περιλαμβάνει, ανάμεσα σε άλλα, τις διαδρομές του εργαλείου. Μέσω της αναππτχθείσας προσομοίωσης εκτός της τραχύτητας και.της τοπομορφίας της επιφάνειας του τεμαχίου, προσδιορίζονται m άλλες παράμετροι όπως "η γεωμετρία του απαραμόρφωτσυ αποβλΐττου και οι συνιστώσες της δύναμης κοπής /9/. Ιΐρακηκά 5σο ^ΣονεόρΙον -κεργχζλεχομηχσνές Μ ηχανοΐψ γ ιχίς Κ χιτζργασίες», 2 3 Αεκεμβρίαο 1999, Θεσσαλονίκη. -Εκίοση: Εργαστήριο Εργαλειομηχανάιν кш Διαμορφατ3χτ\ς Μ ηχανολογίας (Διεοθοντής Καθ. Ж.-А. Ιώχουζάκης), Λ ρ ισ τ ο τ έ ΐα ο ΙΙα ν ε χ η σ τή μ ιο G a tm tü a v ù a fe, -540 0 6, & ε ο σ α λ σ ν ίκ η

Η κλίση του άξονα του εργαλείο σε επίπεδο κάθετο στην διεύθσνση.. *ης πρόωσης Η κλίση τσυ άξονα τοα) εργαλείο σε οάπεδο παράλληλο στην διεύθυνση τηςπρόακτης *Αχ) Ομόρροπο Κ - ί ρ :Β 4 Β σ Ιΐλά γιο με ααβλ^ίατωνία Χ1λάγιο ΐε ο εία τα νια,. ιέοφ» 4, ι 'ιβ ^ 1 ί! Ελιατκό Φ. & & I *! Γ' Ο 15Ρ 1 1 Χγημπ I: ΐΐιβανές κινηματικές φραιζαρίσμαχος με εργαλεία σφοτηκής απόληςης. Λιατρητικό V ί? Φ.ι 1 * Φ.χ$> Β 2. ϋροσομοιωση ΤΟΥ ϋολυαεονικου ΦΡΑΙΖΑΡϋΜΑΤΟΧ Προκειμένου να προσδιοριστεί -η κινηματική στο ταώζκιξσνικό φραιζάρισμα, η τανηματικη αλυσίδα εργαλείο, τεμάχιο, εργαλειομηχανή, αναλύεται σε πέντε διαφορετικά συστήματα σιηα^θγ/αένϋον σγηΐηχ2). Χτήαα 2 : Μαθηματική περιγραφή του πολυαξονικσύ φραώζρίσματος. 136

Η πολύπλοκη κινηματική της κατεργασίας περιγράφεται μέσο των επιμέρους κινήσεων, μετατοπίσεων η περιστροφών, που εκτελούνται σε κάθε σύστημα συντεταγμένων και την συνισταμένη κίνηση στο σύστημα αναφοράς που κάθε φορά ενδιαφέρει, μέσω μετασχηματισμού συντεταγμένων. Η κινηματική кто. η γεωμετρία χου εργαλείου, προσδιορίζονται στο σύστημα συντεταγμένων 1, στο οποίο "λαμβάνει χώρα ο υπολογισμός των διεισδύσεων του εργαλείου και ο προσδιορισμός της τοπομορφίας του τεμαχίου. Για την περιγραφή της μορφής του κοπτικού εργαλείου η κοπτική ακμή χωρίζεται σε στοιχειώδεις κοπτικές ακμές. Αντίστοιχα η αρχική γεωμετρία ταυ τεμαχίου προσδιορίζεται με παράλληλα επίπεδα αναφοράς (βλέπε κάτω δεξί τμήμα του σχήματος 2 ) σύμφωνα με την αρχική γεωμετρία του τεμαχίου, η οποία προκύπτει από το σύστημα CAB και περιγράφεται σε ουδέτερα αρχεία όπως για π,χ. σε αρχεία IGES. Με τη βοήθεια του προαναφερθέντος αλγόριθμου μπορεί -να προσδιοριστεί η τοπομορφία και η τιμή της τραχύτητας της κατεργαζομένης επιφάνειας για διάφορες συνθήκες κοπής και κινηματικές φραιζαρίσματος. Αλλες παράμετροι οι οποίες μπορούν να -υπολογιστούν με το πρόγραμμα ПАТЛ Λ/ΠΟΤ* είναι η γεωμετρία του απαραμόρφωτου αποβλίττσυ, οι ενεργές τιμές των γωνιών-κοπής και οι συνιστώσες της δύναμης κοπής 191. 3. ΑΝΑΛΥΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΤΟΠΟΜΟΡΦΙΑΣ ΚΑΙ ΤΡΑΧΥΤΗΤΑ!: ΤΗΣ ΚΑΤΕΡΓΑΖΟΜΕΝΗΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ. Με βάση το αναπτυχθέν πρόγραμμα προσομοίωσης της διαδικασίας του φραιζαρίσματος μπορούν να προσδιοριστούν οι διεισδύσεις της κοπτικής ακμής του εργαλείου στο τεμάχιο (βλέπε Στήασ 3). Οι στοιχειώδεις κόπηκες ακμές ακολουθούν μία διαδρομή στο χώρο, ανάλογα με την κινηματική της κατεργασίας, η οποίαπεριγράφεται στο αντίστοιχο πρόγραμμα ψηφιακής καθοδήγησης (N0 κώδικα). κοπτικη ακμή στη θέση περιστροφής Φί στιγμιαία γεωμετρία του επιπέδου αναφοράς L. U επίπεδο αναφοράς λεπτομέρεια А 1 πέρασμα 2 πέρασμα 3 :πέρασμα τραχύτητα επιφανειας στο επίπεδο αναφοράς L, τελική τοπομορφία επιφάνειας διεύθυνση χ Σγήαα 3: Προσομοίωση τσυ φραιζαρίσματος με εργαλεία σφαιρικής απόληξης Κάθε στοιχειώδης χοπτική ακμή, τέμνει τα επίπεδα αναφοράς 1^ του τεμαχίου. Από το αποτύπωμα της τροχιάς της κοπτικη ακμής πάνω στα επίπεδα αναφοράς, σε σχέση με τη στιγμιαία.γεωμετρία των επιπέδων 137

και τις διεισδύσεις ταυ εργαλείου στο τεμάχιο, προκύπτουν η στιγμιαία γεωμετρία του τεμαχίου, η τοιπομορφία της επιφάνειας και η τιμής της τραχύτητας. Η τραχύτητα και η τοπομορφία της κστεργαζόμενης επιφάνειας μεταβάλλεται ανάλογα με τις συνθήκες κοπής. Σύμφωνα με τον παραπάνω αλγόριθμο προσομοίωσης της κατεργασίας η επίδραση ορισμένων παράμετρων όπως η πρόωση, το ακπνακό βάθος κοπής και η κλίση τσυ άξονα του εργαλείου στην τραχύτητα και την τοπομορφία της κστεργαζόμενης επιφάνειας 4ΐπορσύν να προσδιοριστούν. Στο στπιια 4 έχει παρασταθεί η εξάρτηση της υπολογισμένης τραχύτητας καθώς και της τοπομορφίας της κατεργαζόμενης επιφάνειας από την πρόωση και το ακζινικό βάθος κοπής, για την περίπτωση του αντίρροπου φραιζαρίσματος όταν ο άξονας τσυ εργαλείου είναι κάθετος στην τελική επιφάνεια του τεμαχίου. Η αύξηση της πρόωσης έχει σαν αποτέλεσμα μία μη γραμμική αύξηση της υπολογισμένης τραχύτητας όπως φαίνεται και από τις προκύπτσυσες τοπομορφίες της επιφάνειας (βλέπε αρισερό μέρος του σχήματος 4). Μια παρόμοια τάση στην υπολογισμένη τραχύτητα παρατηρείται αντίστοιχα με αύξηση τσυ σκηνικού βάθους κοπής (βλέπε δεξί μέρος τσυ σχήματος 4). Στήυα 4: Υπολογισμένη τοπομορφία και τραχύτητα της επφάνειας για διάφορες τιμές πρόωσης και ακτινικού βάθους κοπής. Η επίδραση της γωνίας κλίσης φ του άξονα του κοπηκού εργαλείου στην τελική επιφάνεια του καχεργαζόμενσυ τεμαχίου είναι η παράμετρος που επηρεάζει σημαντικά την τραχύτητα της επιφάνειας /5.6.8,9,12/. Στο στήαα 5 εικονίζεται η επίδραση της γωνίας φ στην τιμή της τραχύτητας όσο και στην τοπομορφία της επιφάνειας. Αυξανόμενης της γωνίας από 0 σε 5 η τιμή της τραχύτητας σταδιακά μειώνεται Με περαιτέρω αύξηση της γωνίας η τιμή της τραχύτητας αυξάνεται. Σ'αυτό το συμπέρασμα οδηγεί και η μελέτη της αντίστοιχης τοπομορφίας της επιφάνειες. Για να ελεγχθεί η αξιοπιστία των προαναφερθέντων υτιολσγιστικών αποτελεσμάτων, έγτνε η κατάλληλη πειραματική έρευνα. Οι υπολογισμένες και οι μετρημένες τιμές έχουν την ίδια συμχεριφορά, παρόλο.που υπάρχει μια απόκλιση μεταξύ των τιμών των πειραματικών αποτελεσμάτων και τον υπολογισμένων η οποία εξαρτάται από τις ιδιότητες του υλικού καθώς και από τη γεωμετρία και τη ροή ταυ αποβλίττσυ. Ειδικότερα η γεωμετρία και η ροή του αποβλίττσυ διαφέρει σε κάθε μία από τις εξεταζόμενες περιπτώσεις φραιζαρίσματος /12/. "Σύμφωνα με τα πειραματικά αποτελέσματα που προέκυψαν κατά το φραιζάρισμα διαφόρων υλικών, οι μετρημένες τιμές της τραχύτητας βρίσκονται, σε απόσταση ά, αψηλότερα από τις αντίστοιχες υπολογισμένες και μέσα σε μια ζώνη διασποράς πλάτους ώη (βλέπε σχόιιαό)- 138

* γ 0 ]ΐ0μηα 11^=4.5 μιπ 2.-43 ί,. = 0.3 τηιη/( ηιΐιτα ει^ε,τεν) ^= 03 τπτη Ε, = 0.3 τητη Χηίιια 5: Υπολογισμένη τοπομορφία και τραχύτητα της επιφάνειας για διάφορες κλίσης του άςονα του εργαλείου. Οι αποστάσεις άπι και ά μεταβάλλονται ανάλογα με το υλικό του τεμαχίου και την κινηματική της κοπής όπως φαίνεται στα σχετικά διαγράμματα για ορισμένα υλικά στο στήιια 7. Η εκτίμηση της αναμενόμενης τραχύτητας, η οποία παρουσιάζεται στην επόμενη παράγραφο αυτής της εργασίας, βασίζεται στις αναλυτικά και πειραματικά προσδιορισμένες παραμέτρους. «Ρ - 6 - ΠΤΤ) Ο αλόγειο με αμβλεία γωνία ι \ 1 1 μ ε τ ρ η μ έ ν η ( ό ι α ^ 7 1 0 Ρ α 6- μιη- Ή 7 1 ΐ ' - κ 1 ι ί ι ι π ο λ ο γ ι σ μ έ ν η 1 2 _ Ο ί. Μ I I 10 20 30 κλίση εργαλείου φ. 'ηγ 0-1 0 10 20 30 κλίση εργαλείου φη{ 0 10 20 30 κλίση εργαλείου Στήιια 6: Υπολογισμένη και μετρημένη τραχύτητα για διάφορες κινηματικές κοπής για υλικό τεμαχίου 0 5 45 (156ΗΥ). 139

Υλυοο τεμαχίου GS45 156HV, a^-cjinm, V ^ -Эвда, v^7üm/mm, I^0.2mm/(tTip,56m), IV-20mm 7 j ГБ35К"ЙЙН\7Л O S45fl5BHvTl r J i _ * > Λ Ύ»ο &жяпв Βψ αρρυκ» αττιρ οσ κ. *iff)fu> imtwaa «μλρρο»ο ανηρρακ. innwaa ομόρρο» Ъ * 3 2 Λ о μ!u-; Γ ί Γ Ι ιλάτΐο tx/ткп Ьшхрггпиб шгпрром. βνηρροβ. Ομ6ρρο*ο оиоррож) *λβητιο бштрптай сотдойвс, смпидь оцбяиито 1 ι»-*; гг Хугшд 7: Υπολογισμένη και μετρημένη τραχύτητα για διάοορες κινηματικές κοπής και υλικά τεμαχίου. Ή έρευνα έγινε σε μη παλινδρομικό φραιζάρισμα. Τα αποτελέσματα του παλινδρομικού φραιζαρίσματος, το οποίο οδηγεί σε συντομότερους χρόνους κατεργασίας, αεν συμπεριλαμβάνονται στην παρούσα εργασία λόγω του γεγονότος ότι η προκύπτουσα τραχύτητα σ αυτή την περίπτωση είναι γενικά μεγαλύτερη απ'* ότι στο μη παλινδρομικό φραιζάρισμα /1,11/. f t 4. Β Ε Λ ΤΙΣΤΟ Π Ο ΙΗ ΣΗ ΤΩ Ν ΣΥ Ν Θ Η Κ Ώ Ν Κ Α Τ Ε Ρ Γ Α Σ ΙΑ Σ ΛΑ Μ Β Α Ν Ω Ν ΤΑ Σ Υ Π Ό Ψ Η Ν ΤΗ Ν JT Α Ν Α Μ ΕΝ ΟΜ ΕΝ Η ΤΡΑΧ Υ ΤΗ ΤΑ Τ Η Σ Ε Π ΙΦ Α Ν Ε ΙΑ Σ. Με βάση τα προαναφερθέντα αναλυτικά και πειραματικά κκιτελέσματα, αναπτύχθηκε ένα πρόγραμμα Η/Υ, όπου μέσω μιας διαδικασίας ερωταπαντήσεων προβλέπονται οι αναμενόμενες τιμές τραχύτητας για τις διάφορες παραμέτρους κατεργασίας. Χρησιμοποιώντας ως κριτήρια βελτιστοποίησης τα παραηττω: *η προκύπτουσα τραχύτητα της επιφάνειας πρέπει να είναι μικρότερη από την προδιαγεγραμμένη τιμή, ο χρόνος κατεργασίας πρέπει να είναι όσο μικρότερος γίνεται, μπορούν να προσδιοριστούν οι βέλτιστες συνθήκες κοπής, για να.επιτευχθεί Τ προδιαγεγραμμένη τιμή της τραχύτητας και-παράλληλα ο χρόνος κατεργασίας να είναι όσο το δυνατσν μικρότερος. Τα ερευνηθέντα -υλικά χρησιμοποιούνται ευρέως από την ελληνική εταιρεία «Μεταλλικές Κατασκευές» (МЕТКА Α-Ε). Αυτή η εταιρεία κατασκευάζει εκτός των άλλων, πτερύγια υδροστροβίλων με την βοήθεια CNC κέντρων κατεργασίας. Εφόσσν σ αυτές τις έρευνες χρησιμοποιήθηκαν εργαλεία σφαιρικής απόληξης H SS, η ταχύτητα κοπής κυμαίνονταν' μεταξύ 50-100 тп/тптг Μέσα с αυτά τα όρια βρέθηκε ότι η ταχύτητα κοπής έχει μικρή επίδραση στην τραχύτητα της επιφάνειας. Κατ αρχήν, επιλέγεται το κοπτικό εργαλείο. Σύμφωνα με το εργαλείο και το υλικό του τεμαχίου επιλέγεται η ταχύτητα κοπής και το αξονικό βάθος κοπής. Επεώή το πρόγραμμα αναφέρειαα σε κατεργασία αποπεράτωσης, το αξονικό βάθος κοπής είναι ίσο με το πάχος του υλικού που πρέπει лчх αφαιρεθεί μέχρι την τελική επιφάνεια. Για να επιλεγεί Τ] βέλτιστη κινηματική του φραιζαρίσματος, λαμβάνσνται υπ όψην χαι οι δυνατότητες της εργαλείο μηχανής. Εάν χρησιμοποιηθεί μια τριαξονική μι^χανή, σι δυνατές κινηματικές -κοπής είναι το αντίρροπο και ομόρροπο φραιζάρισμα. Σ αυτή την περίηεκτη προτείνεται το ομόρροπο φραιζάρισμα ως βέλτιστη λύση, επεώή οδηγεί σε καλύτερες τιμές τραχύτητας της επιφάνειας. Αν είναι διαθέσιμη μία τετραξονική μηχανή, ο χρήστης πρέπει να επίλέξει.μετη βοήθεια παραστάσεων στην οθόνη τουή/υ από τις δυνατές κινηματικές κοπής, λαμβάνόντας υπ^όψην, την τοποθέτηση του τεμαχίου σε σχέση και με τον τέταρτο άξονα της μηχανής (А, В ή С).καθώς επίσης και τις δυνατότητες του -χρησιμοποιούμενου συστήματος CAD/CAM. 140

Παραδείγματος χάρην, στην περίπτωση ταηάτην οποία τ) επιφάνεια τσυ τεμαχίου που εικσνίζεται στο επάνω μέρος τσυ στπιιατοε 8 θα κατεργαστεί σε τετραξονυατ μηχανή, όπως αυτή που φαίνεται στο σχήμα 2, όλες οι κινηματικές κοπής οι οποίες περτ^ράφσνται στο σχήμα 1 είναι δυνατές και ο μόνος περιορισμός είναι οι δυνατότητες τσυ χρησιμοποιούμενου συστήματος ΟΑΙΧΙΑΜ. Μόλις επιλεχθσύν οι δυνατές -κινηματικές κοπής, το πρόγραμμα τις καταγράφει σε λίστα με σειρά από την' καλύτερη προς την χειρότερη σε σχέση με την εκπμώμενη τραχύτητα, έτσι ώστε ο χρήστης να μπορεί ~να επιλέξει την καταλληλότερη. Για να ολοκληρα>θεί *η επιλογή της κινηματική της κοπής πρέπει να καθοριστεί και η γωνία κλίσης του εργαλείου ως προς την επιφάνεια τσυ τεμαχίου. Σττιιια 8: Πρότυπη επιφάνεια και συνδυασμοί πρόωσης ακηνικσύ βάθους κοπής. Αυτή η γωνία επιλέγεται σε διάλογο με την οθόνη σύμφωνα με τα αντίστοιχα αναλυτίκο-πεψαματικά αποτελέσματα, την επιλεχθείσα κινηματική και το υλικό τυυ τεμαχίου. Για να ολοκληρωθεί ο προσδιορισμός των παραμέτρων -κοπής, πρέπει να υπολογιστούν τ\ πρόωση και το ακτινικό βάθος κοπής, έτσι ώστε ο χρόνος κατεργασίας νε. ελαχιστοποιηθεί. Για να αυξηθεί η ταχύτητα των υπολογισμών, ο χρόνος κατεργασίας υπολογίζεται χρησιμοποιώντας, αντί της πραγματικής επιφάνειας του τεμαχίου μια πρότυπη επιφάνεια-". Η ' πρότυπη επιφάνεΐα προσδιορίζεται από ένα παραλληλεπίπεδο με διαστάσεις περίπου ίσες με αυτές της επιφάνειας τσυ πραγματικού τεμαχίου. Αυτό το ^παραλληλεπίπεδο μπορεί π.χ. να είναι ένα επίπεδο αναφοράς πάνω στην εχιφάνεια του εργοτεμαχίου. Ο χρόνος κατεργασίας υπολογίζεται σε ανοιγμένη μορφή σε σχέση με τον μικρότερο που προκύπτει επειδή αντί της πραγματικής επιφανείας χρησιμοποιείται 7} πρότυπη επιφάνεια. 141

Χρησιμοποιώντας για την πρόωση και το ακπνικό βάθος κοπής, τιμές ανάμεσα σε μία ελάχιστη και μία μεγίστη (ΐτηιη/Βη3χ )3τπίπΙ3τπ3ν); αυτομάτως δημιουργούνται ζεύγη τιμών πρόωσης-ακτινικσύ βάθους κοπής χρησιμοποιώντας ένα συγκεκριμένο βήμα (Ιηο.), όπως φαίνεται στο πάνω δεξί μέρος του σχήματος 8. Αυτά τα ζεύγη τιμών αριθμούνιαι όπως τα στοιχεία ενός πίνακα. Για κάθε ζεύγος τιμών υπολογίζεται η αναμενόμενη τραχύτητα και επιλέγονται οι συνδυασμοί που οδηγούν σε τραχύτητες μικρότερες από την προδιαγεγραμμένη τιμή. Για αυτούς τους. συνδυασμούς υπολογίζονται οι χρόνοι κατεργασίας και διαιρούνται με τον μικρότερο από αυτούς. Οι επιλεγμένοι συνδυασμοί στην συνέχεια καταγράφονται σε λίστα σύμφωνα με τον χρόνο κατεργασίας σε αύξουσα ταξινόμηση και έτσι δημισυργείται ένα διάγραμμα της τραχύτητας σε σχέση με τον χρόνο κατεργασίας (κάτω μέρος σχήματος 8). Βάσει αυτών των πληροφοριών ο χρήστης μπορεί να επιλέξειτον καταλληλότερο συνδυασμό πρόωσης και ακηνικού βάθους κοπής, σύμφωνα με την προσδοκώμενη τιμή τραχύτητας. 5. ΉΑΡΑΛΕΙΓΜΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ) ΤΗΣ ΑΝΑΠΤΥΧΘΕΙΣΑΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑΣ Στη συνέχεια ακολουθεί ένα παράδειγμα εφαρμογής, το οποίο εξηγεί τα βασικότερα βήματα της αναπτυχθείσας διαδικασίας. Στο πρώτο βήμα, σύμφωνα με τη κατάσταση επιλογών 4Έίϊεσί% ο χρήστης έχει την δυνατότητα να δει την επίδραση διαφόρων συνθηκών κοπής (βάθος κοπής, πρόωση, κλίση εργαλείου, κλπ.) στην τραχύτητα της επιφάνειας, όπως για παράδειγμα την επίδραση των' κινηματικών κοπής κατά το φραιζάρισμα τεμαχίων από διαφορετικά υλικά (βλέπε στπιια 9αΥ Σγημα 9α: Επίδραση διαφόρων παραμέτρων στην τραχύτητα της επιφάνειας Στη tic 9(3: Επιλογή υλικού τεμαχίου.και γεωμετρίας εργαλείου Σε ένα επόμενο βήμα καθορίζονται το εργαλείο και τ\ γεομετρία του, καθώς επίσης και το υλικό του κατεργαζόμενου τεμαχίου, χρησιμοποιώντας την κατάσταση επιλογών "Cutting tool (βλέπε στήιια 9ΒΙ Οι προδιαγραφές της εργαλείο μηχανή ς (τριαξονική ή πόλυαξονική) ~καθώς και οι κινηματικές της κοπής εισάγσνται με την βοήθεια της κατάστασης επιλογών Cutting idnematics (σττίιια 10ά). Στην ίδια κατάσταση δηλώνεται και η επιθυμητή τιμή της τραχύτητας. Αυτή η τιμή είναι η μεγίστη επιτρεπόμενη για την τραχύτητα της επιφάνειας. Για την επιλογή της καταλληλότερης κινηματικής της κοπής, σύμφωνα με την επίδραση της στη τραχύτητα της επιφάνειας ο χρήστης μπορεί να χρησιμοποιήσει την κατάσταση επιλογών' Effect για βοήθεια (βλέπε σχήμα 9α). Επιπλέον, λαμβάνσνταςυπ οψην τατίλικάτου εργαλείου και του τεμαχίου, επιλέγετε -η ταχύτητα κοπής και το αξονικό βάθος κοπής με την βοήθεια της κατάστασης επιλογών Cutting conditions., όπως παρουσιάζεται στο σγήαα Λ Οβ. Εάν για την κατεργασία επιλεγεί πόλυαξονική μηχανή κατεργασίας, είναι απαραίτητο σ αυτό το βήμα να καθοριστεί η γωνία κλίσης του εργαλείου σε σχέση με την κατεργαζόμενη επιφάνεια του τεμαχίου, χρησιμοποιώντας για βοήθεια την κατάσταση επιλογών Effect*!. Για να γίνουν οι υπολογισμοί των 142

συνδυασμών πρόωσης και ακττνικού βάθους κοπής, οι οποίοι ικανοποιούν τον περιορισμό ως προς την μέγιστη επιτρεπόμενη τιμή της τραχύτητας, πρέπει να καθοριστούν οι διαστάσεις της πρότυπης επιφάνειας του τεμαχίου, όπως επίσης και οι ελάχιστες και μέγιστες τιμές της πρόωσης και του ακττνικσύ βάθους κοπής, καθώς χαι τα αντίστοιχα βήματα νπολογισμών (βλέπε στήοαιοβ) 9 Στήαα 10α: Επιλογή της εργαλειομηχανής και της κινηματικής κοπής Z rruc 10Β: Επιλογή των συνθηκών κοπής Βάσει των προηγούμενων επιλογών και καταγεγραμμένων -παραμέτρων, υπολογίζονται τα ζεύγη των τιμών ακηνικσύ βάθούς κοπής και πρόωσης όπως φαίνονται στ-τν οθόνη ^Optimised η οποία εικονίζεται στο στήιια 11α. Για κάθε συνδυασμό, παρουσιάζονται η ακαμενόμενη τιμή της τραχύτητας και ο ανηγμένος χρόνος κατεργασίας. ^rfyiajja: Υπολογισμένη συνδυασμοί πρόωσης και ακτινικού βάθους κοπής X rnuallb: Βέλτιστες παράμετροι κοπής για την κατεργασία του τεμαχίου Βασιζόμενος σ αυτές τις -πληροφορίες ο -χρήστης επιλέγει τον καταλληλότερο συνδυασμό για την κατεργασία του τεμαχίου. Τέλος στην κατάσταση επιλογάπτ "Οιιΐρπί, -η οποία εικονίζεται στο στήιια 11Β καταγράφονται όλες οι παράμετροι κατεργασίας του τεμαχίου που εικονίζεται στο στήαα 12. Η μετρημένη τιμή τραχύτητας σε διάφορες περιοχές του τεμαχίου κυμαίνονται μεταξύ 4 και 5μιη ενώ η προδιαγεγραμμένη είναι 6μιη και η υπολογισμένη ϋ3μιπ_ Οι διαφορές που -προκύπτουν στην μετρημένη τραχύτητα σε διαφορετικές περιοχές της επιφάνειας του τεμαχίου οφείλονται σε δύο λόγους. Ο πρώτος λόγος είναι η διασπορά των μετρημένων τιμών -κατά την πειραματική διαδικασία. Ο δεύτερος έχει να κάνει με την μορφή του τεμαχίου. Το συγκεκριμένο τεμάχιο έχει καμπυλότητα σε δύο διευθύνσεις. Για να διατηρηθούν σταθερές οι παράμετροι της κοπής, σε όλα τμήματα της επιφάνειας του, το τεμάχιο έπρεπε να 143

κατεργαστεί σε πενταξονιχη μηχανή. Εφόσσν αυτό κί^εργάστηκε σε τετραςονική μηχανή, η γωνία κλίσης του εργαλείου ήταν μεταβαλλόμενη κατά την κατεύθυνση της προώσης. Προδιαγεγραμμένη τιμή τραχύτητη; Rt< 6μιη ί μετρημένη τιμή τραχύαρβς 11^ Σγτίαα 12: Τεμάχιο εφαρμογής με την προδιαγεγραμμένη, την μετρημένη και την υπολογισμένη τιμή τραχύτητας της επιφάνειας 6. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Οι διάφορες κινηματικές φραιζαρίσματος οι οποίες :προσφέρσνται για την αποπεράτωση ανάγλυφων επιφανειών οδηγούν σε διαφορετικές τιμές τραχύτητας. Με στόχο την επίτευξη χαμηλών τιμών τραχύτητας, εκτός από τη βελτιστοποίηση των συνθηκών κοπής, είναι αχαραίτητη και η βέλτιστη επιλογή της κλίσης του εργαλείου, καθώς και της κινηματικής της κοπής. Χρησιμοποιώντας το προαναφερθέν πρόγραμμα Β AULMILL είναι δυνατό να'ύπολογιστεί η προκύπτουαε: τραχύτητα της επιφάνειας κατά το πολυαξονικό φραιζάρισμα, και να προταθούν οι καταλληλότερες παράμετροι κοπής για να επιτευχθεί η προδιαγεγραμμένη τιμή της τραχύτητας. Με αυτόν τσν τρόπο προσδιορίζεται η βέλτιστη στρατηγική φραιζαρίσματος. 7. ΕΥΧΑΡΙΣΤΊΕΣ *Η παρούσα ερευνητική εργασία επιδστήθηκε από τη Γενική Γραμματεία Έρευνας και Τεχνολογίας του Υπουργείου Ανάπτυξης στα πλαίσια του Προγράμματος για την Ανάπτυξη της Βιομηχανικής Έρευνας (ΠΑΒΕ), αριθμός 94 BE -418 με τίτλο: <ΕΒελτιστοζοίηση των κινηματικών του πολυαξονικού φραιζαρίσματος λαμβάνοντας υπ όψην την προκύπτουσα τραχύτητα της επιφάνειας' - 8. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ /1/ Werner A., Prozessauslegung and Prozesssichemsai beim Einsatz von schlanken Schaftfraesem, Dissertation, ΤΉ Aachen, 1993. /2/ Bieter R., CAM-gerechte Technologie fuer die NC- Praesbearbeitiing von 5tahîhohlfonnen. Diss. TH Aachen, 1991. /3/ Eversheim W., Koenig W., R. Bicker, M. T. Cobaaoglou, NC-Fraesbearbeitung von vergueteten Schmiedegesenken, "VDI - Z 131, Nr. 4, p.p. 99-103, 1989. /4/ Bouzakis K. -D., Efstalhiou K. Cbarachaliou C., Amoniadis A. Aichouh P. Analytical, experimental determination of surface topomoiphy in milling, Balkantrib 96, Proceedings of '2nd International Conference on Tiibology, Thessaloniki, p.p. 131-140,1996.

151 Bouzalds 3C -D., Efstaihiou K. Surfacc Roughness in NC-milling with Ball End Tool, Tribology in Industry, Volume 18, No 3, p.p. 111-116,1996. /6/ Bouzakis K.-D., Methenitis G-, Optimale Beschreibang des zeitlicben Verlaufes der Schnittkraftkoinponenten bam mehrachsigen Fraesen, VDI-Z131, Nr. 2, p.p. 30-35,1989. /7/ Schulz 1L, Hock S., High-Speed milling of dies and moulds - cutting conditions and technology, C RP vol. 44, p.p. 35-38,1995. /8/ Bouzakis K.-D., Efstaihiou K_, Aichouh P., Antomadis A-, Determination of free form surface morphology in multi axis milling, 5th International Conference on Tribology, YUTRIB 97, Kopaonik, p.p. 67-67,1997. /9/ Bouzakis KL-D., Aichouh P., Efstaihiou K_, A compmer supported simulation of multi axis milling to determine the chip geometry and the surface topomcrphy, 9* International DAAM Symposium, p.p. 057-058, Romania,1998. /10/ Ehman JL F., Hong M.S., A generalized model of the surface generation process in metal cutting, CIRP vol. 43, p.p. 483-486,1994. /11/ Bouzakis K.-D., Efstathiob K., Surface roughness in NC-milling with ball end tool, 3rd Conference of the Laboratory of Machine Tool and Machine Dynamic, p.p. 169-188, Thessaloniki 1993. /12/ Bouzakis K. -D., Aichouh P., Efstaihiou K., Analytical detsnninarion of the chip geometry and the surface roughness in multiaxis milling with ball end tool based on a computer supported simulation, Balkantrib 99, Proceedings of 3rd International Conference of Tribology, Sinaia - Romania, p.p. 193-202,1999. /13/ Bouzakis JL -D., Aichouh P., Efstaihiou K., G. Kosnoupas, A. Antoniadis, A computer supported simulation of multiaxis milling to determine optimum cutting kinematics concerning the occurring surface roughness, Proceedings of 2nd International German and French Conference' on High Speed Machining, Darmstadt, Germany, p.p. 203-209, March. 10-11,1999, 145