Analýza obráběcích strategií při 5osém obrábění tenkostěnných dílů

Abstract

Tato bakalářská práce se zabývá optimalizací 5osého dokončovacího frézování tenkostěnných lopatek turbínového kola. Cílem bylo navrhnout a experimentálně ověřit strategie obrábění, které zohledňují proměnlivou tuhost obrobku a umožňují zvýšení rozměrové a tvarové přesnosti bez ztráty produktivity. V první části byly analyzovány dostupné přístupy z odborné literatury, včetně metod využívajících modální analýzu, FEM simulace a adaptivní generování drah. Na základě této rešerše bylo navrženo sedm strategií frézování, které se lišily způsobem rozložení přídavku na obrábění a mírou optimalizace. Pro výpočet stabilních řezných parametrů byly použity stability lobe diagramy a simulační modely v prostředí SolidWorks Simulation a MATLAB. Experiment byl proveden na vertikálním CNC stroji MCV~1210, přičemž každá strategie byla aplikována na identický polotovar. Vyhodnocení přesnosti proběhlo pomocí 3D optického skeneru a datové analýzy v softwaru GOM Inspect. Výsledky ukázaly, že nejpřesnějších výsledků dosáhla strategie s adaptivním přídavkem podle lokální tuhosti. Z technicko-ekonomického hlediska se jako nejvýhodnější ukázala strategie spojující přijatelnou přesnost s nejkratším časem obrábění. Práce potvrzuje, že vhodná kombinace simulace a praktické implementace může výrazně zlepšit efektivitu i kvalitu výroby složitých tenkostěnných součástí.This bachelor thesis focuses on the optimization of 5-axis finishing milling of thin-walled turbine blade components. The aim was to design and experimentally evaluate machining strategies that account for variable stiffness along the blade height, aiming to improve dimensional and shape accuracy without sacrificing productivity. The first part of the thesis presents an analysis of relevant literature, including methods based on modal analysis, FEM simulations, and adaptive toolpath generation. Based on this review, seven different machining strategies were proposed, varying in the distribution of machining allowance and the level of process optimization. Stable cutting parameters were calculated using stability lobe diagrams and simulations conducted in SolidWorks Simulation and MATLAB. The experiment was performed on a vertical CNC machine (MCV 1210), with each strategy applied to an identical workpiece. Accuracy was evaluated using a non-contact 3D optical scanner and analyzed in GOM Inspect. The results showed that the best accuracy was achieved using a strategy with an adaptively distributed machining allowance based on local stiffness. From a techno-economic perspective, the most effective solution combined acceptable accuracy with the shortest machining time. The study demonstrates that a well-balanced combination of simulation and practical CAM implementation can significantly enhance both the quality and efficiency of manufacturing complex thin-walled components.