ES2677715T3 - Método para el diseño de condiciones de corte para el corte - Google Patents
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Abstract
Un método para el diseño de condiciones de corte que diseña las condiciones de corte requeridas para cortar una pieza de trabajo (2) con una herramienta de corte (1), caracterizado por que comprende: calcular una cantidad de deflexión (α) de la herramienta de corte (1) usando parámetros de diseño que comprenden una velocidad de alimentación (f) de la herramienta de corte (1), una cantidad de corte en dirección axial (da) mediante la herramienta de corte (1), una cantidad de corte en dirección radial (dr) mediante la herramienta de corte (1) y una velocidad de corte (v) de la herramienta de corte (1); determinar si se produce o no vibración de traqueteo en la herramienta de corte (1) durante el corte en función de la cantidad de deflexión (α) calculada de la herramienta de corte (1) y un umbral (ß) predeterminado calcular un espesor de corte máximo (Ctmax) mediante la herramienta de corte (1), que es un espesor de corte máximo permitido de la pieza de trabajo (2), de la velocidad de alimentación (f) de la herramienta de corte y la cantidad de corte en dirección radial (dr) mediante la herramienta de corte (1), cuando se determina que la "vibración de traqueteo" no se produce en la herramienta de corte (1); calcular una temperatura de corte (t) de la herramienta de corte (1) a partir del espesor de corte máximo (Ctmax) calculado, y la velocidad de corte (v) de la herramienta de corte (1); determinar si se cumple o no la vida útil de la herramienta de corte (1) en el corte en función de la temperatura de corte calculada de la herramienta de corte (1) y un umbral predeterminado; calcular una eficacia de corte (e) de la herramienta de corte (1) en el corte a partir de un valor máximo de la velocidad de corte de la herramienta de corte (1) permitida en el corte, la velocidad de alimentación (f) de la herramienta de corte (1), la cantidad de corte en dirección axial (da) mediante la herramienta de corte (1) y la cantidad de corte en dirección radial (dr) mediante la herramienta de corte (1), cuando se cumple la vida útil de la herramienta de corte; y comparar la eficacia de corte (e) calculada de la herramienta de corte (1) con los datos de una eficacia de corte almacenada previamente y cuando la eficacia de corte (e) calculada de la herramienta de corte (1) es un valor máximo entre los datos de la eficacia de corte (e), usando como condiciones de corte, la velocidad de alimentación (f) de la herramienta de corte (1), la cantidad de corte en dirección axial mediante la herramienta de corte (1), la cantidad de corte en dirección radial (dr) mediante la herramienta de corte (1), y la velocidad de corte 30 (v) de la herramienta de corte (1), en el que la cantidad de deflexión (α) de la herramienta de corte se calcula mediante la siguiente expresión: α>= Fbave/G, en el que α es la cantidad de deflexión (m), Fbave es un valor promedio (N) de una resistencia de corte en una dirección de vibración de la herramienta de corte (1), y G es una rigidez a la flexión (N/m) en la dirección de vibración de la herramienta de corte (1).
Description
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DESCRIPCION
Metodo para el diseno de condiciones de corte para el corte Campo tecnico
La presente invencion se refiere a un metodo para el diseno de condiciones de corte para el corte.
Antecedentes de la invencion
En los antecedentes de la tecnica, cuando se realizan cortes tales como torneado o fresado en una pieza de trabajo tal como un material de acero usando una herramienta de corte tal como una fresa de extremo o una fresadora, el corte se ha realizado despues de las "condiciones de corte" tales como una velocidad de alimentacion de la herramienta de corte, una cantidad de corte por la herramienta de corte, una velocidad de corte de la herramienta de corte, la forma de la herramienta de corte, etc. son adecuadas.
Cuando el corte se realiza utilizando una fresa de extremo o una fresadora, puede producirse una vibracion de traqueteo durante el corte dependiendo de la forma de una herramienta de corte, o la forma de la herramienta de corte puede deformarse. Cuando se produce tal vibracion de traqueteo, ocurre un problema grave en cuanto a la precision del mecanizado o la propiedad de la superficie mecanizada de una pieza de trabajo. Por lo tanto, un operario que disena las condiciones de corte para el corte debe establecer las "condiciones de corte" para reducir la velocidad de alimentacion o la cantidad de corte por la herramienta de corte para reducir de este modo una carga a fin de evitar que ocurra el problema mencionado anteriormente.
Ademas, en cuanto a la vida util de una herramienta de corte, surge el problema de que la vida util de la herramienta se vuelve extremadamente corta cuando el corte no se realiza en las condiciones de corte apropiadas. Sin embargo, es diffcil encontrar con precision las condiciones de corte con las que se puede alargar la vida util de la herramienta, y por lo tanto las condiciones de corte (particularmente la velocidad de corte de la herramienta de corte) se disenan con un margen en muchos casos.
Sin embargo, las condiciones de corte provistas, de este modo, con un margen pueden conducir a un costo en exceso para el corte. Por ejemplo, existe el problema de que una herramienta de corte puede ser reemplazada antes de alcanzar su vida util, o el tiempo de corte puede aumentar debido a las condiciones de corte de baja carga.
Para mejorar tal situacion, se han desarrollado tecnicas para el diseno de condiciones de corte optimas. Las tecnicas para el diseno de condiciones de corte optimas son, por ejemplo, las divulgadas en la Literatura no patente 1 y Literatura no patente 2.
Segun la Literatura no patente 1, de manera no lineal, se mide la forma de una pieza de trabajo que se ha sometido a corte, y las condiciones de corte se optimizan basandose en el valor medido y un valor de instruccion dado de antemano para el corte. A continuacion, de manera virtual, se realiza una prueba de vida util de la herramienta en una herramienta de corte, y la vida util de la herramienta y la eficiencia de mecanizado se convierten en perdidas mediante una funcion de perdida y se evaluan en la misma dimension. Despues, las condiciones de corte apropiadas se disenan a partir de la relacion entre la vida util de la herramienta y la eficiencia del mecanizado.
Segun la Literatura no patente 2, se establece una formulacion para optimizar las condiciones de corte en el corte mediante programacion de objetivos no lineales, y se disenan condiciones de corte adecuadas basadas en la formulacion.
Ademas, se conoce un metodo de diseno de condiciones de corte segun el preambulo de la reivindicacion 1 a partir del documento EP 2 540 442 A1.
Lista de citas
Literatura de patentes
Literatura no patente 1: Takeshi WAGO, Masaaki WAKATUKI, et al., "Select Way of Milling Cutting Condition for Hardened Steel", Iwate Industrial Research Institute Study Reports, vol. 6 (1999)
Literatura no patente 2: Katsundo HITOMI, Nobuto NAKAMURA, et al., "Application of Nonlinear Goal Programming to Multiobjective Optimization of Machining Conditions", Transacciones de la Sociedad Japonesa de Ingenieros Mecanicos, Serie C, vol. 46, N.° 409 (septiembre de 1980)
Sumario de la invencion
Problema que debe resolver la invencion
Cuando los operarios se comprometen a cortar las condiciones de corte del diseno segun su experiencia, se
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producen diferencias en las condiciones de corte debido a las diferencias entre las experiencias de corte de los operarios. Por lo tanto, es diffcil disenar las condiciones de corte de manera apropiada. Ademas, cuando un operario inexperto disena condiciones de corte, el operario puede disenar condiciones de corte con un margen demasiado grande, es decir, condiciones de corte altas en costos de fabricacion debido a su falta de experiencia.
Con el fin de resolver el problema anterior, se supone en este caso que las condiciones de corte apropiadas se disenan utilizando Literatura no patente 1 y Literatura no patente 2.
La literatura no patente 1 es una tecnica para tratar estadfsticamente datos de corte de piezas de trabajo que tienen una forma simple para optimizar las condiciones de corte y disenar las condiciones de corte. Sin embargo, la forma de una pieza de trabajo que se va a cortar, de hecho, es a menudo complicada. Por lo tanto, es diffcil aplicar la tecnica a una etapa de corte real. Incluso cuando las condiciones de corte se disenan utilizando Literatura no patente 1, es evidente que surge un problema en cuanto a la precision de mecanizado del corte o la propiedad de la superficie mecanizada de la pieza de trabajo.
Por otro lado, la Literatura no patente 2 es una tecnica para el diseno de condiciones de corte apropiadas mediante el uso de ingeniena de calidad (programacion de objetivos no lineales). Sin embargo, no es realista porque requiere mucho trabajo y tiempo para obtener condiciones de corte debido a una gran cantidad de calculos o una gran cantidad de elementos de condicion para el diseno de las condiciones de corte.
En resumen, no es practico disenar condiciones de corte apropiadas en una etapa de corte real utilizando las tecnicas de Literatura no patente 1 y Literatura no patente 2.
La presente invencion se ha desarrollado teniendo en cuenta el problema mencionado anteriormente. Por lo tanto, uno de sus objetivos consiste en proporcionar un metodo para el diseno de condiciones de corte en el corte, capaz de hacer que la prevencion de la vibracion, la vida util de la herramienta y la eficacia del corte en el corte sean compatibles entre sf, y capaz de disenar facilmente condiciones de corte.
Medios para resolver el problema
Segun la presente invencion, el objetivo anterior se resuelve mediante un metodo para disenar condiciones de corte que tienen las caractensticas de la reivindicacion 1.
En detalle, un metodo para el diseno de condiciones de corte en el corte segun la presente invencion, que disena condiciones de corte requeridas para cortar una pieza de trabajo con una herramienta de corte, usa, como parametros de diseno, una velocidad de alimentacion f de la herramienta de corte, una cantidad de corte en direccion axial da por la herramienta de corte, una cantidad de corte en direccion radial dr por la herramienta de corte, y una velocidad de corte v de la herramienta de corte, e incluye: calcular una cantidad de deflexion a de la herramienta de corte usando, de los parametros de diseno, la velocidad de alimentacion f de la herramienta de corte, la cantidad de corte en direccion axial da por la herramienta de corte y la cantidad de corte en direccion radial dr de la herramienta de corte; determinar si se produce o no una vibracion de traqueteo en la herramienta de corte durante el corte en funcion de la cantidad de deflexion a calculada de la herramienta de corte y un umbral p predeterminado; calcular un espesor de corte maximo Ctmax por la herramienta de corte, que es un espesor de corte maximo permitido de la pieza de trabajo, desde la velocidad de alimentacion f de la herramienta de corte y la cantidad de corte en direccion radial dr por la herramienta de corte, cuando se determina que la "vibracion de traqueteo" no ocurre en la herramienta de corte; calcular una temperatura de corte t de la herramienta de corte a partir del espesor de corte maximo Ctmax calculado, y la velocidad de corte v de la herramienta de corte; determinar si se cumple o no la vida util de la herramienta de corte en el corte en funcion de la temperatura de corte t calculada de la herramienta de corte y un umbral y predeterminado; calcular una eficacia de corte e de la herramienta de corte en el corte desde un valor maximo vmax de la velocidad de corte de la herramienta de corte permitida en el corte, la velocidad de alimentacion f de la herramienta de corte, la cantidad de corte en direccion axial da por la herramienta de corte, y la cantidad de corte en direccion radial dr por la herramienta de corte, cuando se cumple la vida util de la herramienta de corte; y comparar la eficacia de corte e calculada de la herramienta de corte con datos de una eficacia de corte e almacenada previamente y cuando la eficacia de corte e calculada de la herramienta de corte es un valor maximo entre los datos de la eficacia de corte e, utilizando, como condiciones de corte, la velocidad de alimentacion f de la herramienta de corte, la cantidad de corte en direccion axial da por la herramienta de corte, la cantidad de corte en direccion radial dr por la herramienta de corte, y la velocidad de corte v de la herramienta de corte.
Segun la invencion, la cantidad de deflexion a de la herramienta de corte se calcula mediante la siguiente expresion:
a-Fbave/G
a: cantidad de deflexion (m)
Fbave: valor promedio (N) de la resistencia de corte en la direccion de vibracion de la herramienta de corte G: rigidez a la flexion (N/m) en la direccion de vibracion de la herramienta de corte
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Preferentemente, los parametros de diseno pueden incluir ademas un parametro de una forma de la herramienta de corte.
Preferentemente, el espesor de corte maximo Ctmax por la herramienta de corte se puede calcular mediante la siguiente expresion.
Ctmax=fsen0i
Ctmax: espesor de corte maximo (mm) por herramienta de corte f: velocidad de alimentacion (mm/hoja) de la herramienta de corte 0i=acos((r-dr)/r)
r: radio (mm) de la herramienta de corte
dr: cantidad de corte en direccion radial (mm) por herramienta de corte Ventaja de la invencion
Segun el metodo para el diseno de condiciones de corte en el corte segun la presente invencion, es posible prevenir la vibracion, la vida util de la herramienta y la eficacia del corte en una herramienta de corte compatible entre sf, y tambien es posible disenar facilmente condiciones de corte.
Breve descripcion de los dibujos
[Figura 1] La figura 1 es una vista esquematica que ilustra esquematicamente el corte.
[Figura 2] La figura 2 es un diagrama de flujo que ilustra un metodo para el diseno de condiciones de corte en el corte segun la presente invencion.
[Figura 3] La figura 3 es un grafico que muestra la relacion entre la cantidad de deflexion de una herramienta de corte y la presencia/ausencia de un fallo.
[Figura 4] La figura 4 es un grafico que muestra un cambio en la temperatura de la herramienta y en la vida util de la herramienta segun un cambio en la velocidad de corte y en el espesor de corte maximo.
Modo para llevar a cabo la invencion
A continuacion, se describira un metodo para el diseno de condiciones de corte en el corte segun la presente invencion con referencia a los dibujos.
La figura 1 es una vista que ilustra esquematicamente una situacion en la que el corte se realiza en una pieza de trabajo 2 mediante el uso de una herramienta de corte 1 en condiciones de corte disenadas mediante un metodo para el diseno de condiciones de corte segun la presente invencion. La figura 2 es un grafico que ilustra un procedimiento del metodo para el diseno de condiciones de corte segun la presente invencion.
Como se ilustra en la figura 1, una etapa de corte tal como el fresado es una etapa en la que la pieza de trabajo 2 (tal como un material de acero) fijada a una mesa de una fresadora se mecaniza en una forma o dimensiones previstas mediante el uso de una herramienta de corte 1, que gira, como una fresa de extremo o una fresadora.
Lo que se requiere en tal etapa de corte es disenar condiciones de corte adecuadas (una velocidad de alimentacion v, y una cantidad de corte d mediante la herramienta de corte 1, etc.). Si las condiciones de corte no se disenan adecuadamente, por ejemplo, puede producirse una "vibracion de traqueteo" durante el corte debido a la deflexion de la herramienta de corte 1, causando un problema en cuanto a la precision de mecanizado del corte o la propiedad de superficie mecanizada de la pieza de trabajo 2.
Por lo tanto, para descubrir un metodo para el diseno de condiciones de corte adecuadas, los presentes inventores repitieron estudios detallados, en los que el corte se ha realizado en diversas condiciones de corte utilizando herramientas de corte 1 que tienen diferentes formas para estudiar la presencia/ausencia de vibracion de traqueteo durante el corte o propiedades de superficies mecanizadas. Un ejemplo de las condiciones experimentales proporcionadas para los estudios se muestra en la Tabla 1. Los resultados de los experimentos bajo las condiciones experimentales, es decir, la relacion entre la cantidad de desviacion de la herramienta de corte 1 y la presencia/ausencia de un fallo se muestra en la figura 3.
Tabla 1
- Condiciones experimentales
- velocidad de corte v
- 100 m/min (1592 rpm)
- velocidad de alimentacion f
- 0,15 mm/hoja (716 mm/min)
- herramienta de corte
- $ 20 fresa de extremo (Sumitomo WEX)
- numero de hojas
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- Condiciones experimentales
- cantidad de protuberancia L/D
- tres veces o cinco veces mas larga que el diametro de la herramienta
- material de varilla
- acero o carburo
- Sumitomo WEX: WaveMill (marca registrada) Serie WEX fabricada por Sumitomo Electric Industries, Ltd. L/D: longitud de la protuberancia L/diametro de la herramienta D
Como resultado de los estudios, en cuanto a resistencia de corte que actua sobre la herramienta de corte 1, se ha descubierto que la propiedad de superficie mecanizada o la precision de mecanizado en el corte se deteriora cuando una resistencia de corte promedio Fbave excede un cierto valor lfmite superior, siendo Fbave un valor promedio de resistencia de corte en una direccion de vibracion de la herramienta de corte 1 (una direccion radial en el caso de una herramienta de fresa de extremo).
Es decir, el valor lfmite superior del valor promedio Fbave de la resistencia de corte vana segun la rigidez de flexion G en la direccion de vibracion de la herramienta de corte 1. Por lo tanto, a medida que aumenta la rigidez de flexion G de la herramienta de corte 1, aumenta el valor lfmite superior del valor promedio Fbave de la resistencia de corte. El valor lfmite superior del valor promedio Fbave de la resistencia de corte esta en proporcion directa con la rigidez de flexion G. La relacion entre el valor promedio Fbave de la resistencia de corte y la rigidez a la flexion G puede considerarse como una relacion, es decir, una cantidad de deflexion a de la herramienta de corte 1. En este caso, se puede considerar que la propiedad de la superficie mecanizada o la precision de mecanizado en el corte se deteriora cuando la cantidad de deflexion a excede un cierto valor lfmite superior.
En consideracion del hallazgo anterior, y con referencia a la figura 3, puede entenderse que existe un problema en la calidad del mecanizado cuando la cantidad de deflexion a excede de 0,02 mm. Ademas, se puede entender que un fallo en la superficie mecanizada se produce facilmente cuando la cantidad de deflexion a excede de 0,015 mm.
Es decir, los presentes inventores han descubierto que se pueden disenar condiciones de corte adecuadas cuando la cantidad de desviacion a de la herramienta de corte 1 se hace menor que 0,015 mm (se controla la cantidad de deflexion a).
Basandose en el hallazgo anterior, los presentes inventores llegaron a un metodo para el diseno de condiciones de corte.
En el metodo para el diseno de condiciones de corte segun la presente realizacion, se calcula una cantidad de deflexion a de una herramienta de corte 1 usando parametros de diseno tales como una velocidad de alimentacion f de la herramienta de corte 1, una cantidad de corte d por la herramienta de corte 1, etc., y se determina si se produce o no una " vibracion de traqueteo" en la herramienta de corte 1 en funcion de la cantidad de deflexion a. Ademas, en el metodo de diseno, se calcula una temperatura de corte t de la herramienta de corte 1 utilizando los parametros de diseno, y se determina si la vida util de la herramienta se cumple o no en funcion de la temperatura de corte t. Segun el resultado de la determinacion de la vida util de la herramienta y el resultado de la determinacion de la "vibracion de traqueteo", se calcula la eficacia de corte e mas eficiente. Los parametros de diseno a los que pertenece el resultado del calculo estan disenados como condiciones de corte.
Los parametros de diseno usados en el metodo para el diseno de condiciones de corte segun la presente realizacion incluyen la velocidad de alimentacion f de la herramienta de corte 1, una cantidad de corte en direccion axial da por la herramienta de corte 1 y una cantidad de corte en direccion radial dr por la herramienta de corte 1. Los parametros de diseno no estan limitados a los mismos, sino que se puede usar una velocidad de corte v de la herramienta de corte 1 o una forma de la herramienta de corte 1.
La figura 2 ilustra un diagrama de flujo que ilustra el metodo para el diseno de condiciones de corte en el corte segun la presente invencion.
Como se ilustra en la figura 2, en el metodo de diseno de las condiciones de corte, primero se determina si la "vibracion de traqueteo" se produce o no herramienta de corte 1. Antes de determinar la "vibracion de traqueteo", en la Etapa 1 (S1), se establecen los parametros de diseno, incluida la velocidad de alimentacion f de la herramienta de corte 1, la cantidad de corte en direccion axial da por la herramienta de corte 1 y la cantidad de corte en direccion radial dr por la herramienta de corte 1.
En esta ocasion, cuando se decide una de las velocidades de alimentacion f de la herramienta de corte 1, la cantidad de corte en direccion axial da por la herramienta de corte 1 y la cantidad de corte en direccion radial dr por la herramienta de corte 1 a partir de otras condiciones (por ejemplo, el rendimiento de la herramienta de corte y similares), se establece como un valor fijo. Ademas, se supone que los otros parametros de diseno que no sea el valor fijo vanan paso a paso.
Utilizando los parametros de diseno establecidos de este modo, la cantidad de deflexion a de la herramienta de corte
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1 se calcula mediante la Expresion (1) en la Etapa 2.
a=Fbave/G (1)
a: cantidad de deflexion (m)
Fbave: valor promedio (N) de la resistencia de corte en la direccion de vibracion de la herramienta de corte G: rigidez a la flexion (N/m) en la direccion de vibracion de la herramienta de corte
Aqm, se describira un metodo espedfico para calcular la cantidad de deflexion a en la Expresion (1).
Para obtener el valor promedio Fbave de la resistencia de corte en la Etapa 2 (S2), se calcula primero un espesor de corte Ct mediante la herramienta de corte 1 mediante la Expresion (2).
Ct=fsen0 (2)
Ct: espesor de corte (mm) por herramienta de corte
f: velocidad de alimentacion (mm/hoja) de la herramienta de corte
0: angulo de rotacion de la herramienta de corte
Entonces, el espesor de corte Ct calculado se sustituye en la Expresion (3) para calcular un valor de resistencia de corte Fb en una direccion en la que vibra la herramienta de corte 1. Aqm, se determina con antelacion una resistencia de corte Kr espedfica en la direccion de vibracion (direccion radial) de la herramienta de corte 1 basandose en el material de la pieza de trabajo 2 y similares.
Fb=CtdaKr (3)
Fb: resistencia de corte (N) en la direccion de vibracion de la herramienta Ct: espesor de corte (mm) por la herramienta de corte da: cantidad de corte en direccion axial (mm) por herramienta de corte Kr: resistencia de corte espedfica (N/mm2) en la direccion de vibracion corte
Entonces, el valor de resistencia de corte Fb calculado en la direccion de vibracion de la herramienta de corte 1 se sustituye en la Expresion (1) para calcular la cantidad de deflexion a.
Realizando el calculo mencionado anteriormente al cambiar la velocidad de alimentacion f de la herramienta de corte 1, la cantidad de corte en direccion radial dr por la herramienta de corte 1 y la cantidad de corte en direccion axial da por la herramienta de corte 1 paso a paso, se obtiene una resistencia de corte Fbave promedio en la direccion de vibracion de la herramienta de corte 1. Al usar la resistencia de corte Fbave promedio, se calcula la cantidad de deflexion a de la herramienta de corte 1. Cuando la cantidad de deflexion a se calcula de este modo, pase a la Etapa 3 (S3).
En la Etapa 3 (S3), en funcion de la cantidad de deflexion a calculada de la herramienta de corte 1 y un umbral p predeterminado, se determina si se produce o no una vibracion de traqueteo en la herramienta de corte 1 durante el corte. Aqm, el umbral p predeterminado que sirve como un valor de referencia para la "vibracion de traqueteo" de la herramienta de corte 1 se establece en 0,015 mm (cantidad de deflexion) obtenido a partir del resultado de la figura 3.
Cuando la cantidad de deflexion a calculada es menor que el umbral p predeterminado que sirve como valor de referencia (a<p=0,015 mm), se determina que la "vibracion de traqueteo" no ocurre en la herramienta de corte 1. Cuando se determina que la "vibracion de traqueteo" se produce en la herramienta de corte 1, los parametros establecidos se consideran incompatibles y abandonados.
Cuando se determina que la "vibracion de traqueteo" no ocurre en la herramienta de corte 1, pase a la Etapa 4 (S4).
En la Etapa 4 (S4), se calcula un espesor de corte maximo Ctmax mediante la herramienta de corte 1, que es un espesor maximo de corte permitido de la pieza de trabajo 2, mediante la Expresion (4) basada en la velocidad de alimentacion f de la herramienta de corte 1 y la cantidad de corte en direccion radial dr por la herramienta de corte 1. Cuando el espesor de corte maximo Ctmax se calcula de este modo, pase a la Etapa 5 (S5).
Ctmax=fsen01 (4)
Ctmax: espesor de corte maximo (mm) por herramienta de corte f: velocidad de alimentacion (mm/hoja) de la herramienta de corte
de corte
(direccion radial) de la herramienta de
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01 = acos((r-dr)/r)
r: radio (mm) de la herramienta de corte
dr: cantidad de corte en direccion radial (mm) por herramienta de corte
En la Etapa 5 (S5), se calcula una temperatura de corte t de la herramienta de corte 1 a partir del espesor de corte maximo Ctmax calculado mediante la herramienta de corte 1, y la velocidad de corte v de la herramienta de corte 1. La temperatura de corte t de la herramienta de corte 1 se calcula al cambiar la velocidad de corte v de la herramienta de corte 1 paso a paso en el espesor de corte maximo Ctmax calculado por la herramienta de corte 1.
Aqm, se describira el calculo de la temperatura de corte t de la herramienta de corte 1 que caracteriza la presente invencion.
La temperatura de corte t de la herramienta de corte 1 durante el corte, es decir, la temperatura del borde de la hoja de la herramienta, tiene una gran influencia en la vida util de la herramienta de corte 1 (el grado de desgaste de la herramienta de corte 1). Por lo tanto, se debe obtener previamente un valor maximo y de la temperatura de corte de la herramienta de corte 1, en la que puede obtenerse un tiempo de corte predeterminado (puede cumplirse la vida util de la herramienta). Las condiciones de corte se disenan usando el valor maximo obtenido y de la temperatura de corte de la herramienta de corte 1, y la temperatura de corte t de la herramienta de corte 1 durante el corte.
El metodo para calcular la temperatura de corte t de la herramienta de corte 1 consiste en calcular a partir del espesor de corte maximo Ctmax mediante la herramienta de corte 1 y la velocidad de corte v de la herramienta de corte 1 (en el caso de una fresa, el numero de rotacion de la herramienta). Los ejemplos de los mismos pueden incluir un metodo para medir realmente la temperatura de corte t durante el corte, y un metodo para obtenerlo mediante el corte de la simulacion de temperatura tal como un metodo de elementos finitos.
En la presente realizacion, la temperatura de corte t de la herramienta de corte 1 se calcula usando una simulacion de temperatura de corte tal como un metodo de elementos finitos, basado en el espesor de corte maximo Ctmax por la herramienta de corte 1, y la velocidad de corte v de la herramienta de corte 1 cambiada paso a paso para corresponder al espesor de corte maximo Ctmax. La figura 4 muestra una distribucion de la temperatura de corte t calculada.
Como se muestra en la figura 4, por ejemplo, cuando la velocidad de corte v es 200 m/min y el espesor de corte maximo Ctmax es de 0,2 mm, la temperatura de corte t se calcula en 625 °C (para decirlo de otra manera, la vida util de la herramienta es de una hora). Cuando la temperatura de corte t se calcula de este modo, pase a la Etapa 6 (S6).
En la Etapa 6 (S6), entre todos los datos de calculo (todas las combinaciones de condiciones) de la temperatura de corte t de la herramienta de corte 1, se busca un valor maximo y de la temperatura de corte de la herramienta de corte 1 a partir de las condiciones en las que la eficacia de corte e se convierte en el maximo. Despues, pase a la siguiente Etapa 6 (S6).
En la Etapa 7 (S7), se determina si la temperatura de corte t de la herramienta de corte 1 calculada basandose en la figura 4 es como maximo el umbral predeterminado y (el valor maximo de la temperatura de corte de la herramienta de corte 1) o no; en otras palabras, si se cumple o no la vida util de la herramienta de corte 1 durante el corte.
Incidentalmente, cuando la temperatura de corte t calculada de la herramienta de corte 1 es mayor que el valor maximo y de la temperatura de corte de la herramienta de corte 1, es decir, cuando no se cumple la vida util de la herramienta de corte 1, los parametros establecidos se consideran como incompatibles y abandonados.
Cuando la temperatura de corte t calculada de la herramienta de corte 1 es igual o menor que el valor maximo y de la temperatura de corte de la herramienta de corte 1, es decir, cuando se cumple la vida util de la herramienta de corte 1, pase a la Etapa 8 (S8).
En la Etapa 8 (S8), la eficacia de corte e de la herramienta de corte 1 en el corte se calcula a partir de un valor maximo vmax de la velocidad de corte de la herramienta de corte 1 permitida en el corte, la velocidad de alimentacion f de la herramienta de corte 1, la cantidad de corte en direccion axial da por la herramienta de corte 1, y la cantidad de corte en direccion radial dr por la herramienta de corte 1. Cuando la eficacia de corte e se calcula de este modo, pase a la Etapa 9 (S9).
En la Etapa 9 (S9), la eficacia de corte e calculada de la herramienta de corte 1 se compara con datos de eficacia de corte e almacenados previamente. Cuando la eficacia de corte e calculada de la herramienta de corte 1 es un valor maximo entre los datos de la eficacia de corte e, la velocidad de alimentacion f de la herramienta de corte 1, la cantidad de corte en direccion axial da por la herramienta de corte 1 y la cantidad de corte de la direccion radial dr por la herramienta de corte 1 se usa como las condiciones de corte.
Por lo tanto, se puede obtener una combinacion de parametros de diseno (la velocidad de alimentacion f, la cantidad
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de corte en direccion radial dr y la cantidad de corte en direccion axial da) que cumplen la calidad de mecanizado de la pieza de trabajo 2 y la vida util de la herramienta de corte 1. Despues, se repite el calculo cambiando la velocidad de alimentacion f, la cantidad de corte en direccion radial dr y la cantidad de corte en direccion axial da poco a poco, para obtener todas las combinaciones de parametros de diseno que cumplan la calidad de mecanizado de la pieza de trabajo 2 y la vida util de la herramienta de la herramienta de corte 1. De todas las combinaciones de parametros de diseno obtenidas, las condiciones en las cuales la eficacia de corte e es la mas alta se emiten como condiciones de corte adecuadas en la Etapa 10 (S10).
Por otro lado, como resultado de la comparacion entre la eficacia de corte e de la herramienta de corte 1 y los datos de la eficacia de corte e almacenados previamente, cuando la eficacia de corte e de la herramienta de corte 1 no es el valor maximo entre los datos de la eficacia de corte e (la eficacia de corte e no es buena), vuelva al ajuste de los parametros de diseno (la etapa inicial de la Etapa 1), en la que las condiciones de corte se disenan de nuevo.
En resumen, el metodo para el diseno de condiciones de corte en corte segun la presente invencion consiste en calcular una cantidad de deflexion a de la herramienta de corte 1 para evitar que se produzca una "vibracion de traqueteo", para calcular una temperatura de corte t de la herramienta de corte 1 para obtener la vida util deseada de la herramienta, para calcular la eficacia de corte e de la herramienta de corte 1 para maximizar la eficacia de mecanizado, para disenar, a partir del resultado calculado, parametros de diseno, y generar los parametros de diseno como condiciones de corte adecuadas; es decir, para optimizar las condiciones de corte.
Ejemplo experimental
A continuacion, se realizara una descripcion de un resultado experimental en el que las condiciones de corte para el corte se disenaron utilizando el metodo para el diseno de las condiciones de corte en el corte segun la presente invencion.
Como herramienta de corte 1 para uso en este experimento, se ha preparado una herramienta de fresa de extremo con un diametro de herramienta de 30 mm, un radio de punta de 0,8 mm, el numero de hojas de cuatro y una longitud de saliente de 150 mm. Como pieza de trabajo 2, se preparo acero al carbono S45C (acero al carbono para uso mecanico y estructural: JIS G 4051 (1979)). Se ha realizado un experimento para el diseno de condiciones de corte y la optimizacion de las condiciones de corte para realizar el corte en el acero al carbono S45C como la pieza de trabajo 2 utilizando la herramienta de fresa de extremo 1 mencionada anteriormente.
Como resultado de la aplicacion del metodo para el diseno de condiciones de corte, la velocidad de alimentacion f de la herramienta de fresa de extremo 1 se calculo como 197 mm/min, la cantidad de corte en direccion radial dr se ha calculado como 7,5 mm, la cantidad de corte en direccion axial da se ha calculado como 102 mm, el numero de rotacion de la herramienta se ha calculado como 4,918 rpm, y el angulo de torsion se ha calculado como 60 grados.
En funcion de las condiciones de corte calculadas, se ha fabricado la herramienta de fresa de extremo 1 y se ha realizado un experimento de corte utilizando la herramienta de fresa de extremo 1. Como resultado del corte, la propiedad de la superficie mecanizada y la precision de mecanizado en la pieza de trabajo 2 estaban bien. Ademas, se ha demostrado que en el corte real, las condiciones de corte optimizadas cumplen la vida util de la herramienta de una hora (tiempo permitido para el corte) mostrado en los datos del valor lfmite superior de la temperatura de corte t de la herramienta de fresa de extremo 1 (refierase a la figura 4).
Como el resultado experimental mencionado anteriormente, cuando se usa el metodo para el diseno de condiciones de corte en el corte segun la presente invencion, es posible suprimir una "vibracion de traqueteo" en la herramienta de corte 1 y tambien es posible usar la herramienta de corte 1 hasta inmediatamente antes de alcanzar su vida util. Ademas, es posible disenar condiciones de corte adecuadas en las que la eficacia de corte sea la mas eficiente.
La realizacion divulgada en el presente documento debe considerarse no restrictiva sino ejemplar en todos los aspectos.
Por ejemplo, el metodo para el diseno de condiciones de corte en el corte segun la presente invencion se ha descrito utilizando un metodo de corte tal como fresado en el que se realiza un corte con una herramienta de corte 1 rotatoria en una pieza de trabajo 2 fija. Sin embargo, puede aplicarse a un metodo de corte tal como el torneado en el que se realiza un corte con una herramienta de corte 1 fija en una pieza de trabajo 2 rotatoria.
Particularmente en la realizacion divulgada en el presente documento, las cuestiones no divulgadas claramente, tales como las condiciones de manejo o condiciones de operacion, diversos tipos de parametros, dimensiones, pesos y volumenes de componentes, etc. no se apartan del alcance que lleva a cabo, frecuentemente, un experto en la tecnica. Por lo tanto, se usan valores que pueden ser estimados facilmente por una persona normal experta en la tecnica.
Descripcion de numeros y signos de referencia
1 herramienta de corte
2 pieza de trabajo
Claims (3)
- 5101520253035404550REIVINDICACIONES1. Un metodo para el diseno de condiciones de corte que disena las condiciones de corte requeridas para cortar una pieza de trabajo (2) con una herramienta de corte (1), caracterizado por que comprende:calcular una cantidad de deflexion (a) de la herramienta de corte (1) usando parametros de diseno que comprenden una velocidad de alimentacion (f) de la herramienta de corte (1), una cantidad de corte en direccion axial (da) mediante la herramienta de corte (1), una cantidad de corte en direccion radial (dr) mediante la herramienta de corte (1) y una velocidad de corte (v) de la herramienta de corte (1);determinar si se produce o no vibracion de traqueteo en la herramienta de corte (1) durante el corte en funcion de la cantidad de deflexion (a) calculada de la herramienta de corte (1) y un umbral (p) predeterminado calcular un espesor de corte maximo (Ctmax) mediante la herramienta de corte (1), que es un espesor de corte maximo permitido de la pieza de trabajo (2), de la velocidad de alimentacion (f) de la herramienta de corte y la cantidad de corte en direccion radial (dr) mediante la herramienta de corte (1), cuando se determina que la "vibracion de traqueteo" no se produce en la herramienta de corte (1);calcular una temperatura de corte (t) de la herramienta de corte (1) a partir del espesor de corte maximo (Ctmax) calculado, y la velocidad de corte (v) de la herramienta de corte (1);determinar si se cumple o no la vida util de la herramienta de corte (1) en el corte en funcion de la temperatura de corte calculada de la herramienta de corte (1) y un umbral predeterminado;calcular una eficacia de corte (e) de la herramienta de corte (1) en el corte a partir de un valor maximo de la velocidad de corte de la herramienta de corte (1) permitida en el corte, la velocidad de alimentacion (f) de la herramienta de corte (1), la cantidad de corte en direccion axial (da) mediante la herramienta de corte (1) y la cantidad de corte en direccion radial (dr) mediante la herramienta de corte (1), cuando se cumple la vida util de la herramienta de corte; ycomparar la eficacia de corte (e) calculada de la herramienta de corte (1) con los datos de una eficacia de corte almacenada previamente y cuando la eficacia de corte (e) calculada de la herramienta de corte (1) es un valor maximo entre los datos de la eficacia de corte (e), usando como condiciones de corte, la velocidad de alimentacion (f) de la herramienta de corte (1), la cantidad de corte en direccion axial mediante la herramienta de corte (1), la cantidad de corte en direccion radial (dr) mediante la herramienta de corte (1), y la velocidad de corte (v) de la herramienta de corte (1),en el que la cantidad de deflexion (a) de la herramienta de corte se calcula mediante la siguiente expresion:G— Fbave/G,en el que a es la cantidad de deflexion (m),Fbave es un valor promedio (N) de una resistencia de corte en una direccion de vibracion de la herramienta de corte (1), yG es una rigidez a la flexion (N/m) en la direccion de vibracion de la herramienta de corte (1).
- 2. El metodo para el diseno de condiciones de corte en un corte segun la reivindicacion 1, en el que los parametros de diseno comprenden ademas un parametro de una forma de la herramienta de corte (1).
- 3. El metodo para el diseno de condiciones de corte en un corte segun la reivindicacion 1, en el que el espesor de corte maximo (Ctmax) mediante la herramienta de corte (1) se calcula mediante la siguiente expresion:CTmax—fsen01,en el que Ctmax es el espesor de corte maximo (mm) por la herramienta de corte (1), f es la velocidad de alimentacion (mm/hoja) de la herramienta de corte (1),01—acos ((r-dr)/r),r es un radio (mm) de la herramienta de corte (1), ydr es la cantidad de corte en direccion radial (mm) por la herramienta de corte (1).
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