Фрезерная обработка на станке с ЧПУ: стратегия траектории движения инструмента, параметры материала и решения по креплению, которые определяют, соответствует ли ваша деталь спецификации

Фрезерная обработка на станке с ЧПУ: стратегия траектории движения инструмента, параметры материала и решения по креплению, которые определяют, соответствует ли ваша деталь спецификации

Глубина кармана 18 мм. Ширина 4 мм. Стенка по длинной стороне 1,1 мм. Материал 7075-T651. Ваш обзор DFM вернулся с одним флажком: «Пропорции пазов потребуют уменьшения подачи и увеличения количества проходов — рекомендуется проверить, не является ли геометрия стенки функционально ограниченной».

Этот флаг стоит понять, прежде чем сопротивляться ему. Ширина 4 мм требует максимального диаметра концевой фрезы 3,2 мм для поддержания заданного вами углового радиуса. Концевая фреза диаметром 3,2 мм и глубиной 18 мм имеет соотношение длины-к-диаметру 5,6:1. При таком соотношении инструмент прогибается под боковой-нагрузкой, и прогиб не является равномерным - он больше внизу кармана, чем вверху, что приводит к образованию конической стенки. Конусность может находиться в пределах допустимого отклонения от параллелизма; это может быть и не так. В любом случае время цикла удваивается, поскольку скорость подачи должна снизиться, чтобы контролировать отклонение.

Это взаимосвязь-процесса геометрии, котораяФрезерная обработка с ЧПУрешения включаются. Не то, сможет ли станок достичь элемента -, он сможет -, а сможет ли стратегия траектории инструмента, выбор инструмента и крепление удержать ваши выноски при затратах, которые сделают деталь технологичной.

Стратегия траектории движения инструмента: когда трохоидальное фрезерование превосходит традиционную обработку пазов

Фрезерование с ЧПУ: трохоидальная и традиционная траектория движения инструментаэто не абстрактный вопрос оптимизации. У него есть конкретный ответ, основанный на геометрии элемента и материале.

Обычная обработка пазов -, при которой концевая фреза полной- ширины погружается в карман и перемещается -, удерживает инструмент в постоянном контакте с заготовкой. На алюминии на средней глубине это работает. Проблема начинается, когда паз уже в 1,5 раза больше диаметра фрезы или когда соотношение глубины-к-ширине превышает 3:1. В этот момент ухудшается отвод стружки, тепло при резании концентрируется в нижней части паза, и инструмент отклоняется, поскольку радиальное зацепление слишком велико для жесткости инструмента при такой длине вылета.

Траектории трохоидального фрезерования - по дуге окружности, ограничивающие радиальное зацепление до 10–20 % диаметра фрезы независимо от ширины паза -, решают все три проблемы одновременно. Нагрузка стружки на зуб остается постоянной, поскольку дуга зацепления остается постоянной. Тепло уходит, поскольку инструмент выходит из разреза на каждой дуге. Отклонение снижается, поскольку радиальная сила составляет часть обычного случая с прорезями. Компромисс-это длина траектории инструмента: трохоидальная программа проходит большее расстояние, чтобы удалить тот же объем. Но на станке 7075-T651 трохоидальная обработка позволяет выполнять проходы на всю глубину паза за одну операцию, в то время как обычное прорезание пазов требует многократного увеличения глубины и уменьшения подачи на 30–40 %.

Практическая точка пересечения: используйте трохоидальный вариант, когда отношение глубины паза-к-ширине превышает 2,5:1 или когда ширина паза составляет от 1,0 до 1,5 диаметра фрезы. При соотношении глубины-к-ширине открытого паза из алюминия менее 2,5:1 обычные траектории работают быстрее. Выше него трохоидальный вариант экономит время цикла и обеспечивает лучшее качество стенок -, что имеет значение, если на стенках пазов имеется обозначение параллельности или прямолинейности.

Врезное фрезерование (插铣) — третий вариант, и он имеет конкретный вариант использования: черновая-объемная обработка глубоких полостей, где основным ограничением является скорость съема материала, а не качество стенок. При врезном фрезеровании силы резания направляются аксиально, а не радиально, что означает, что инструмент может обрабатывать гораздо большую глубину без отклонения. Чистота поверхности плохая и требует чистового прохода, но для кармана корпуса глубиной 30 мм-из сплава 7075-T651, где при черновой обработке удаляется 80 % объема, погружное фрезерование сокращает время черновой обработки на 35–50 % по сравнению с трохоидальным. Правило принятия решения: если вам нужно качество стены на глубоком элементе, трохоидальном. Если вам нужна скорость съема материала в широкой глубокой полости и вы все равно будете чистовую фрезу, погружайтесь.

Параметры фрезерования-конкретных материалов: что на самом деле происходит в производстве

В таблице ниже отражены производственные параметрыПараметры процесса фрезерования алюминия с ЧПУи другие материалы, которые мы регулярно публикуемФрезерная обработка с ЧПУоперации. Это не каталожные значения, - они отражают то, что мы используем в хорошо обслуживаемых 5-- и 3-осевых обрабатывающих центрах со сквозной подачей СОЖ.

Dc=диаметр фрезы. Параметры предполагают использование острого твердого сплава без покрытия для алюминия и пластика; TiAlN-покрытие на стали и титане; керамика на черновой обработке Inconel.

Один параметр, который редко появляется в данных каталога, но имеет значение в производстве: взаимосвязь между скоростью шпинделя и собственной частотой детали на тонкостенных-элементах. Если вы фрезеруете алюминиевую стену толщиной 0,8 мм на высокой скорости шпинделя, и на стене появляются сколы или следы вибрации, решение проблемы не всегда заключается в замедлении. Иногда замедление приводит к тому, что шпиндель переходит на гармоническую частоту режима вибрации стены. Изменение скорости шпинделя на ±15 % - в любом направлении - может устранить вибрацию быстрее, чем изменение скорости подачи. Это не теория; это корректировка, которую мы вносим в тонкостенные-алюминиевые корпуса, когда в середине-программы появляется вибрация.

Логика фиксации: решение о настройке, определяющее плоскостность и точность позиционирования

Фрезерная обработка с ЧПУдопуски сложных деталей не ограничиваются точностью позиционирования станка - современные обрабатывающие центры обеспечивают повторяемость позиционирования ±0,003 мм в контролируемых условиях. Достижимый допуск в производстве ограничивает крепление: насколько жестко удерживается деталь, насколько плотно контактируют базовые поверхности и вызывают ли силы зажима отклонение, которое освобождается после разжима.

Для призматических деталей с обработанными элементами на нескольких гранях последовательность крепления имеет такое же значение, как и метод крепления. Первая установка должна обрабатывать базовые поверхности - грани, которые будут определять местоположение детали для всех последующих операций. Если базовые поверхности не плоские и не параллельны друг другу в пределах допуска, необходимого для последующих элементов, каждая последующая настройка наследует эту ошибку.

Конкретный вид неисправности крепления, который мы чаще всего видим наФрезерование с ЧПУзадания в первой статье: метки зажимов на базовых поверхностях, обработанных в ходе предыдущей операции. Когда зажим опирается непосредственно на готовую поверхность, местное контактное напряжение упруго деформирует поверхность - деталь пружинит после разжима, но деформация во время резки означает, что деталь, обрабатываемая в этой установке, была расположена относительно смещенной базовой точки. В результате возникает ошибка позиционирования, которая выглядит как ошибка станка, но на самом деле является ошибкой крепления. Решение состоит в том, чтобы зажимать заготовку, необработанные поверхности или предварительно-обработанные расходные площадки, а не готовые базовые грани.

Для деталей, у которых все грани работоспособны - нет необработанной поверхности для зажима -, возможны варианты: мягкие губки, обработанные по профилю детали, вакуумное крепление на основной базовой грани или вспомогательная-плита с резьбовыми вставками, врезанными в тело детали и позже удаленными. Каждый подход имеет свою цену; ни один из них не является бесплатным. Правильный выбор зависит от размера партии и требований к допускам.

Чистота поверхности: как указать Ra без превышения-допусков

ЧПУ фрезерная обработка поверхности, спецификация Ra — это выноска, наиболее часто-затянутая на обработанных деталях. Ra 0,8 мкм достижим с помощью контролируемого прохода чистового фрезерования и подходит для большинства сопрягаемых поверхностей, уплотнительных канавок и поверхностей общего назначения. Указание Ra 0,4 мкм добавляет специальный чистовой проход с уменьшенной подачей. Указание Ra 0,2 мкм или лучше требует либо притирки, либо операции прецизионного шлифования поверх фрезерования - — это отдельный процесс с отдельным влиянием на стоимость и время выполнения заказа.

Значение Ra при фрезеровании является направленным: поверхность более гладкая перпендикулярно направлению подачи, чем параллельно ему, поскольку метки подачи ориентированы вдоль направления подачи. Если ваша деталь имеет уплотняющую поверхность, которая контактирует с прокладкой, соответствующий Ra находится поперек направления подачи, а не вдоль него. Чтобы значения Ra, сообщаемые CMM-, были значимыми, направление измерения должно совпадать с направлением функционального контакта -, которое должно быть указано на чертеже или подтверждено мастерской.

Одна деталь, которая влияет на показания Ra для алюминия: радиус при вершине режущей пластины или геометрия торца концевой фрезы. Больший угловой радиус чистового инструмента обеспечивает более гладкую поверхность при той же скорости подачи, поскольку высота зубца - пиков, остающихся между соседними проходами -, меньше. Для концевой фрезы со сферической-концевой головкой, чистящей контурную поверхность, Ra прямо пропорционально квадрату ступени-, делённому на радиус шара. Уменьшение шага-вдвое уменьшает высоту гребешка в 4 раза. Вот почему обработка контурной поверхности алюминиевых корпусов часто занимает больше времени, чем обработка плоской поверхности при той же спецификации Ra.

Возможности фрезерования MID и процесс DFM

НашФрезерная обработка с ЧПУпрограммы выполняются на 3-осевых и 5-осевых обрабатывающих центрах, при этом стратегии траектории движения инструмента выбираются для каждого типа элемента: трохоидальная обработка для глубоких узких пазов, черновая погружная обработка для полостей большого объема, одновременная 5-осевая обработка для поверхностей со сложным контуром. Мы не применяем один и тот же шаблон траектории ко всем работам; стратегия записывается для каждого файла STEP, для каждой операции.

ДляФрезерование с ЧПУдля материалов за пределами алюминия - титана, нержавеющей стали, инконеля, PEEK - план процесса включает интервалы смены инструмента, точки-замеров в процессе и требования к термостабилизации перед чистовыми проходами. Дляпрецизионные фрезерованные деталипри допусках менее ±0,01 мм план контроля составляется до того, как будет отрезана первая деталь, а не после нее.

Отправьте файл STEP на наш команда инженеров-технологовдля письменного обзора DFM. Мы отмечаем конфликты геометрии, проблемы с доступом к инструментам и риски недопустимости до того, как программа будет предложена - и возвращена в течение 24 часов, никаких обязательств не требуется. Для деталей, уже находящихся в производстве где-либо еще и вызывающих несоответствия-, мы можем просмотреть существующий план процесса и определить основную причину. Начните с сайта bishenprecision.com.

Часто задаваемые вопросы

Какой угловой радиус следует указать для глубокого фрезерованного кармана, чтобы избежать небольших-инструментальных операций и увеличения времени цикла?

Для глубины кармана D укажите минимальный внутренний угловой радиус D/4 - и, если позволяет конструкция, перейдите к D/3. Для кармана глубиной 15 мм- минимум 3,75 ранда; Р5 лучше. Радиус угла равен радиусу наименьшего инструмента, которым можно его обработать. Инструменты меньшего размера работают медленнее, сильнее отклоняются и чаще ломаются, особенно при работе с материалами со значительными силами резания. Угол R2 на кармане диаметром 15 мм вынуждает концевую фрезу диаметром 4 мм при уменьшенных параметрах - добавлять 25–40 % ко времени цикла только для этих углов. Если угловая геометрия не имеет функциональных ограничений, увеличение радиуса до R5 ничего не стоит на чертеже и полностью устраняет проблему с маленьким-инструментом.

Можете ли вы удерживать ±0,005 мм на алюминиевой поверхности толщиной 150 мм без операции шлифования?

Что касается проверки плоскостности, да, - с чистовым проходом-обрезкой и термостабилизацией перед измерением. При обозначении параллельности между двумя гранями да, -, если обе грани обрабатываются в одной и той же установке с одной и той же базовой точки, поэтому параллельность устанавливается геометрией оси станка, а не путем повторной -приспособления. При обозначении толщины ±0,005 мм на 150 мм ответ зависит от плоскостности заготовки перед механической обработкой и термического состояния при измерении. Алюминий расширяется на 23 мкм на 100 мм на градус - деталь толщиной 150 мм, измеренная на 2 градуса выше контрольной температуры, оказывается на 0,007 мм толще, чем на самом деле. Механическая обработка достижима; в условиях измерения становится трудно последовательно проверить ±0,005 мм.

Когда следует переходить с 3-осевого на 5-осевое фрезерование сложной детали?

Когда набор функций требует более двух настроек на 3-осном станке, и эти настройки включают пере-фиксацию готовой или полуобработанной базовой поверхности. Каждое повторное-приспособление вносит ошибку-переноса базовой точки - обычно 0,005–0,015 мм в зависимости от конструкции приспособления и повторяемости. На детали с позиционным допуском ±0,01 мм между элементами на разных гранях три повторных приспособления накапливают достаточно ошибок, чтобы поставить под угрозу бюджет допуска до запуска шпинделя. Одновременная обработка по пяти-осям исключает необходимость повторной-фиксации за счет достижения составных-угловых элементов за одну установку. Дополнительная стоимость для 5-осей (обычно на 25–40 % выше почасовой ставки, чем для 3 осей) часто окупается за время наладки и позволяет сократить брак деталей, геометрия которых в противном случае потребовала бы четырех или более 3-осевых наладок.

Каков правильный подход, если на фрезерованной поверхности имеются следы вибраций на тонкостенной-алюминиевой детали?

Во-первых, исключите фиксацию: проверьте, появляется ли вибрация только на элементах, прилегающих к местам зажима, что говорит о том, что зажим возбуждает резонанс детали, а не инструмента. Если вибрация равномерна по всей поверхности, проблема в динамике инструмента-заготовки. Попробуйте изменить скорость шпинделя на ±10–15 %, прежде чем менять скорость подачи - переводить шпиндель на скорость, позволяющую избежать резонансной частоты стенки, часто оказывается быстрее, чем уменьшение подачи. Если вибрация сохраняется, увеличьте количество канавок на чистовом инструменте (4-зубья вместо 2-канавок на алюминии для этого применения), чтобы увеличить демпфирование в зоне резания. Если ничего из этого не помогает, стена нуждается в дополнительной крепежной опоре — либо опорном приспособлении, либо подходе с заполненной полостью, при котором карман заполняется воском перед чистовой отделкой тонкой стены.