Een nieuwe methode voor het nabewerken van 3D near-net-shape componenten

‘Near-net-shape’ componenten (NNS) zijn producten die bijna de finale productvorm hebben, en enkel nog een nabewerking vereisen om binnen de vereiste specificaties, zoals dimensionele nauwkeurigheid en oppervlakteruwheid, te vallen. Afnemende technologieën zijn daarbij nog steeds de meest toegepaste processen die gebruikt worden voor het finaal afwerken ervan tot functionele producten. Het genereren van gereedschapsbanen, voor de aansturing van de CNC-machine, is daarbij essentieel.

Omdat de focus bij onderzoek veelal ligt op finisseerstrategieën, hebben academici in Mexico de onderzoeksfocus verlegd naar een completere methode. Zij hebben onderzoek gedaan naar nieuwe algoritmes voor zowel ruwfrezen als finisseren van 3D NNS modellen. In functie of de uitgangsvorm een NNS of een primaire vorm (bv. blok, cilinder) betreft, zal de nieuwe methode al dan niet enkel voor het finisseren worden toegepast. De nieuwe algoritmes, gebaseerd op 4 stappen, worden hieronder kort toegelicht.

1. Benadering van het 3D-model door een puntenanalyse

Eerst wordt het 3D-model gesliced. Concreet betekent dit een intersectie van het 3D-model met verticale vlakken (fig. 1). Het resultaat hiervan is een set van profielen (fig. 2).

Fig. 1: (a) model (b) intersectie met vlak (c) gesneden profiel

Fig. 2: (a) multi profielen (b) enkelvoudig profiel 

Om het aantal punten van de modelbenadering te reduceren, wordt er vervolgens een visibiliteitsanalyse (volgens 3 methodes) uitgevoerd om niet-zichtbare randen vanuit het gezichtsveld van het snijgereedschap te elimineren. Figuur 3 illustreert als voorbeeld 1 methode, die van randdiscretisatie.

Fig. 3: (a) origineel profiel (b) ontbonden profiel (c) resulterende rand na visibiliteitsanalyse door randdiscretisatie

2. Toegankelijkheidsanalyse van de snijgereedschappen

Dit komt neer op het vinden van haalbare gereedschapsposities voor de snijgereedschappen, waarbij elk type frees (spiebaanfrees, radiusfrees en torische frees) wordt gedefinieerd door een referentiepunt (fig. 4).

Fig. 4: definitie referentiepunten van 3 types van frezen 

3. Evaluatie van de producttolerantie versus de bewerkingstolerantie

Hierbij wordt het minimum aantal punten volgens de voedingsbeweging van de frees berekend opdat de berekende gereedschapsbaan een werkstukoppervlak binnen tolerantie zal frezen. Deze tolerantie wordt de ‘cut step’ genoemd. 

4. Botsingsanalyse

In een laatste fase wordt geëvalueerd of de gegenereerde punten van de gereedschapsbaan botsingsvrij zijn. De analyse houdt rekening met zowel gereedschap als gereedschapshouder.

 

De voorgestelde methode om gereedschapsbanen te genereren werd geïmplementeerd in een open source C++ applicatie die gebruik maakt van de ACIS® kernel voor de vereiste geometrische operaties. De algoritmes zijn voorlopig nog niet geïmplementeerd in commerciële software en enkel in gebruik in een academische omgeving.

 

Meer lezen over de afwerking van near-net-shape componenten? Registreer u en ontvang onze derde white paper rond precisieproductie!

Sign up to receive the white papers

 

Tags: