三菱电机开发出了一项新技术,有望在利用NC机床进行切削加工(NC切削加工)时省去此前为确认加工路径而实施的试加工。
NC切削加工根据用CAD和CAM制作的加工路径操纵工具进行切削加工。其加工路径通常用微小线段的集合来近似表示,因此在有些情况下,相邻加工路径之间会有高低差,这样就会在切削后的加工面留下深度为5μ~10μm的伤痕,为了不产生此类伤痕,目前一直采取实施试加工、针对出现伤痕的部位修改加工路径的方法。即使是深度为5μm~10μm的微小伤痕也很显眼,因此,在直接关系到产品设计美观性部位,只要出现此类伤痕就会变成不合格产品。
三菱电机开发的技术有望通过模拟出这种5μm~10μm深微小伤痕来确认加工路径。以前,只要耗费大量处理时间和存储容量也可以做到这一点,但在实用上很困难。据三菱电机介绍,发现这样的微小伤痕需要1μm水平的模拟分辨率,此次的技术能够以达到实用水平的处理时间和存储容量来实现这种分辨率。例如类似图1中面具样品的切削模拟,采用原技术的话,在分辨率为100μm的情况下需要约40分钟的处理时间,而采用新技术可将分辨率提高至1μm,而且处理时间基本相同。在该模拟中,当分辨率为1μm时,原技术需要的存储容量为16GB,而新技术可大幅减少至50MB。
图1 利用新技术对面具样品实施模拟的结果,与实际加工面的比较
三菱电机自主开发的三维形状表现技术“Multi ADF” (Adaptive Distance Field,自适应距离场),可以缩短此类处理的时间并抑制存储容量。
三菱电机在切削加工模拟中表现三维形状时,将空间分割成多个微小的立方体空间,并根据需要使立方体空间具备形状表现要素。原来每个立方体只能有一个这样的形状要素,而Multi ADF却可以使一个立方体具备多个(目前最多为四个)形状要素。这样一来,按照原方法必须要将立方体继续分割成多个小立方体才能表现的形状,比如弯曲部分,采用新方法后即使不分割成更小的立方体也可表现出来(图2)。
图2 基于Multi ADF的形状表现概念nextpage
图3通过示意图展现了以前的切削加工模拟中的形状表现方法。图中,加工到一半的材料形状和想要切削成的形状上有几处弯曲部分。以前的方法只能让每个立方体拥有一个形状要素,因此,要想表现此类弯曲部分,就必须将立方体分割得更小。
图3 以前切削加工模拟的形状表现
而新开发的方法(Multi ADF)可以使一个立方体最多拥有四个形状要素,因此无需像图4一样将立方体分割成更小的立方体。所以,可以缩短处理时间和存储容量。
图4 通过基于Multi ADF的切削加工模拟得出的形状表现
目前将每个立方体拥有的形状要素数量定为四个的原因是形状要素增多后,虽然形状表现可以变得简单,但绘图时的计算量会增大。据介绍,目前四个形状要素可以最好地保持各方面的平衡。
三菱电机计划在三年内使该技术实现实用化,并向外部销售该技术。据介绍,虽然目前该技术还无法模拟由机床造成的伤痕,但该公司希望通过改进,根据随机床构造而变化的工具动态和机床刚性等实现对加工伤痕的模拟。