Фрезерування з ЧПУ: стратегія траєкторії, параметри матеріалу та рішення щодо кріплення, які визначають, чи буде ваша деталь поставлятися за специфікацією
Глибина вашої кишені 18 мм. Ширина 4 мм. Стінка по довгій стороні 1,1 мм. Матеріал 7075-T651. Ваш огляд DFM повернувся з одним прапорцем: «пропорції слота вимагатимуть зменшеної подачі та збільшення пропусків — рекомендуємо переглянути, якщо геометрія стіни функціонально обмежена».
Цей прапор варто зрозуміти, перш ніж відштовхуватися від нього. Завдяки ширині 4 мм максимальний діаметр кінцевої фрези становить 3,2 мм, щоб зберегти заданий радіус кута. Кінцева фреза 3,2 мм на глибині 18 мм працює зі співвідношенням довжини-до-діаметра 5,6:1. У такому співвідношенні інструмент прогинається під-бічним навантаженням, і прогин не є рівномірним - він більший у нижній частині кишені, ніж у верхній, що створює конічну стінку. Конусність може бути в межах вашого допуску паралельності; це може не бути. У будь-якому випадку час циклу подвоюється, тому що швидкість подачі повинна знизитися, щоб контролювати відхилення.
Це взаємозв’язок геометрії-процесу, якийЧПУ фрезеруваннярішення вмикаються. Не те, чи зможе машина досягти функції - вона може -, а те, чи зможе стратегія траєкторії інструменту, вибір інструменту та кріплення зберегти ваші виноски за ціною, яка зробить деталь технологічною.
Стратегія траєкторії: коли трохоїдальне фрезерування перевершує звичайне фрезерування
Фрезерування трохоїдальної траєкторії з ЧПУ порівняно зі звичайною траєкторієюне є абстрактним питанням оптимізації. Він має конкретну відповідь на основі геометрії елементів і матеріалу.
Звичайне оброблення пазів -, яке занурює кінцеву фрезу на всю-ширину в кишеню та переміщає -, утримуючи інструмент у постійному контакті з заготовкою. На алюмінії на помірних глибинах це працює. Проблема виникає, коли проріз вужчий за 1,5 × діаметра фрези або коли співвідношення глибини-до-ширини перевищує 3:1. У цей момент відведення стружки погіршується, тепло різання концентрується в нижній частині щілини, і інструмент відхиляється, оскільки радіальне зачеплення є занадто високим для жорсткості інструменту на цій довжині звису.
Трохоїдальне фрезерування - круглі дугові траєкторії, які обмежують радіальне зачеплення до 10–20% діаметра фрези незалежно від ширини паза - вирішують усі три проблеми одночасно. Навантаження стружки на зуб залишається постійним, оскільки дуга зачеплення залишається постійною. Тепло відводиться, оскільки інструмент виходить з розрізу на кожній дузі. Прогин падає, тому що радіальна сила є часткою звичайного випадку прорізування пазів. Компромісом є-довжина траєкторії: трохоїдальна програма проходить більшу відстань, щоб видалити той самий обсяг. Але на 7075-T651 трохоїдальний дозволяє проходити всю глибину щілини за одну операцію, тоді як звичайна обробка щілин вимагає багаторазового збільшення глибини та меншої подачі на 30–40%.
Практична точка переходу: використовуйте трохоїдальний, коли співвідношення глибини-до-ширини щілини перевищує 2,5:1 або коли ширина щілини становить від 1,0× до 1,5× діаметра різця. Нижче 2,5:1 глибини-до-ширини на відкритому слоті в алюмінії, звичайні траєкторії інструменту є швидшими. Над нею трохоїдальний зберігає час циклу та створює кращу якість стінок -, що має значення, якщо на стінках прорізів є паралельність або прямолінійність.
Врізне фрезерування (插铣) – це третій варіант, який має особливий випадок використання: чорнова -об’ємна обробка глибоких порожнин, де основним обмеженням є швидкість видалення матеріалу, а не якість стінки. Врізне фрезерування спрямовує сили різання аксіально, а не радіально, що означає, що інструмент може працювати на значно більшій глибині без прогину. Оздоблення поверхні погане та потребує фінішної обробки, але для 30-мм-глибини корпусу 7075-T651, де ви видаляєте 80% об’єму під час чорнової операції, врізне фрезерування скорочує час чорнової обробки на 35–50% порівняно з трохоїдальним. Правило рішення: якщо вам потрібна якість стіни на глибокій рисі, трохоїдальний. Якщо вам потрібна швидкість зняття матеріалу з широкої глибокої порожнини, і ви все одно будете фрезерувати остаточно, зануртеся.
Спеціальні-параметри помелу матеріалу: що насправді використовується у виробництві
Таблиця нижче відображає виробничі параметри дляПараметри процесу фрезерування алюмінію з ЧПУта інші матеріали, які ми регулярно використовуємоЧПУ фрезеруванняоперації. Це не каталожні значення - вони відображають те, що ми використовуємо на-обслуговуваних 5-осьових і 3-осьових обробних центрах із охолоджуючою рідиною через шпиндель.
| матеріал | Швидкість різання (м/хв) | Подача на зуб (мм) | Радіальна DOC - чорнова обробка | Радіальний DOC - Оздоблення | Стратегія теплоносія |
|---|---|---|---|---|---|
| 6061-T6 | 400–600 | 0.05–0.12 | 40–60% Dc | 5–10% Dc | Повінь або туман; стиснене повітря для глибоких кишень |
| 7075-T651 | 350–500 | 0.05–0.10 | 30–50% Dc | 5–8% Dc | повінь; туман прийнятний для відкритих елементів |
| Ti-6Al-4V | 50–80 | 0.05–0.10 | 10–20% Dc (трохоїдальний) | 3–5% Dc | Через-шпиндель HPC Обов’язково більше або дорівнює 70 бар |
| 303 Нержавіюча сталь | 80–120 | 0.04–0.08 | 20–30% Dc | 5–8% Dc | повінь; уникайте сухого різання |
| Нержавіюча сталь 316L | 60–100 | 0.03–0.07 | 15–25% Dc | 3–5% Dc | Повінь високого{0}}напору; робота-швидко твердіє |
| Інконель 718 | 25–45 | 0.03–0.06 | 5–10% Dc | 2–3% Dc | Через-шпиндель HPC; керамічний інструмент для чорнової обробки |
| POM (Delrin) | 200–400 | 0.05–0.15 | 30–50% Dc | 10–15% Dc | стиснене повітря; уникайте затоплення теплоносія |
| PEEK | 150–300 | 0.04–0.10 | 20–40% Dc | 5–10% Dc | стиснене повітря; ретельно керуйте видаленням стружки |
Dc=діаметр фрези. Параметри передбачають гострий твердий сплав без покриття на алюмінії та пластмасі; TiAlN-з покриттям на сталі та титані; кераміка на чорновій обробці Inconel.
Один параметр, який рідко з’являється в даних каталогу, але важливий у виробництві: зв’язок між швидкістю шпинделя та власною частотою деталі на тонкостінних елементах-. Якщо ви фрезеруєте алюмінієву стіну товщиною 0,8 мм на високій швидкості шпинделя, і на стіні є відколи або сліди від тріскотіння, виправлення не завжди полягає в уповільненні. Іноді уповільнення переводить шпиндель на гармонічну частоту режиму вібрації стіни. Зміна швидкості шпинделя на ±15% - у будь-якому напрямку - може усунути тріскотіння швидше, ніж зміна швидкості подачі. Це не теорія; це коригування, яке ми робимо на тонкостінних-алюмінієвих корпусах, коли з’являється брязкіт-програми.
Логіка кріплення: рішення про налаштування, яке визначає площинність і позиційну точність
ЧПУ фрезеруваннядопуски на складні деталі не обмежуються точністю позиціонування верстата - сучасні обробні центри зберігають повторюваність позиціонування ±0,003 мм у контрольованих умовах. Що обмежує досяжний допуск у виробництві, так це кріплення: наскільки жорстко утримується деталь, наскільки послідовно контактують опорні поверхні та чи спричиняють зусилля затиску прогин, який зникає після розтискання.
Для призматичних деталей із механічно обробленими елементами на кількох гранях послідовність кріплення має таке ж значення, як і метод кріплення. Перше налаштування має обробити опорні поверхні - грані, які будуть знаходити деталь для всіх наступних операцій. Якщо базові поверхні не є плоскими та паралельними одна одній у межах допуску, необхідного для нижніх елементів, кожна наступна настройка успадковує цю помилку.
Специфічний режим відмови кріплення, який ми бачимо найчастішеФрезерування з ЧПУроботи на першому артикулі: позначки затискачів на опорних гранях, які були оброблені під час попередньої операції. Коли затискач впирається безпосередньо в готову поверхню, локальна контактна напруга пружно деформує поверхню - деталь повертається назад після розтискання, але деформація під час різання означає, що деталь, яка оброблювалася в цій установці, була розташована проти зміщеної опорної точки. Результатом є позиційна помилка, яка виглядає як помилка машини, але насправді є помилкою кріплення. Виправлення полягає в тому, щоб затискати заготовку, необроблені поверхні або попередньо-оброблені жертовні колодки, а не готові базові поверхні.
Для деталей, у яких усі грані функціональні - немає необробленої поверхні, доступної для затискання -, можливі варіанти: м’які губки, оброблені відповідно до профілю деталі, вакуумне кріплення на основній опорній поверхні або додаткова-пластина з різьбовими вставками, врізаними в корпус деталі та пізніше видаленими. Кожен підхід має вартість; ніхто з них не є вільним. Правильний вибір залежить від розміру партії та вимог допуску.
Оздоблення поверхні: як указати Ra без надмірних-допусків
Специфікація Ra обробки фрезерної поверхні з ЧПУце найпоширеніша-затягнута виноска на оброблених деталях. Ra 0,8 мкм досягається за допомогою контрольованого чистового фрезерування та підходить для більшості сполучених поверхонь, ущільнювальних канавок і загальних інженерних поверхонь. Зазначення Ra 0,4 мкм додає спеціальний фінішний прохід при зменшеній подачі. Вказівка Ra 0,2 мкм або вище вимагає або притирки, або операції точного шліфування поверх фрезерування - окремий процес з окремим впливом на вартість і час виконання.
Значення Ra від операції фрезерування є спрямованим: поверхня більш гладка перпендикулярно до напрямку подачі, ніж паралельно йому, оскільки мітки подачі орієнтовані вздовж напрямку подачі. Якщо ваша деталь має ущільнювальну поверхню, яка контактує з прокладкою, відповідний Ra знаходиться поперек напрямку подачі, а не вздовж нього. Щоб значення Ra, наведені в CMM-, були значущими, напрямок вимірювання має збігатися з функціональним напрямком контакту -, який має бути вказаний на кресленні або підтверджений у майстерні.
| Ra Target | Досяжний процес | Типове зниження швидкості подачі порівняно з Ra 3,2 мкм | Примітки |
|---|---|---|---|
| Ra 3,2 мкм | Стандартний фінішний проход | - (базова лінія) | Загальні-неспряжені поверхні |
| Ra 1,6 мкм | Фінішний прохід, контрольовані параметри | Зниження на 20–30%. | Більшість інженерних парових облич |
| Ra 0,8 мкм | Спеціальний фінішний проход, гострі інструменти | 40–50% зниження | Ущільнювальні грані, оптичний монтаж, ковзні посадки |
| Ra 0,4 мкм | Повільний фінішний пас або -флай-кат | 60–70% зниження | Високо{0}}точна герметизація, координати CMM |
| Ra 0,2 мкм | Потрібне шліфування або притирання | Недосяжно лише фрезеруванням | Оптичні чи ущільнювальні поверхні-дзеркальної якості |
| Ra 0,02 мкм | Точне притирання, стеля середнього класу | Спеціалізована обробка | Надточні метрологічні поверхні- |
Одна деталь, яка впливає на показники Ra алюмінію: радіус носа ріжучої пластини або геометрія торця фрези. Більший радіус кута на фінішному інструменті створює більш гладку поверхню за тієї самої швидкості подачі, оскільки висота гребінця - піків, що залишилися між сусідніми проходами -, нижча. Для торцевої фрези з кульковим-носом, що обробляє фасонну поверхню, Ra прямо пропорційний квадрату кроку-, поділеному на радіус кульки. Зменшення кроку-вдвічі зменшує висоту гребінця в 4 рази. Ось чому обробка контурної поверхні на алюмінієвих корпусах часто займає більше часу, ніж обробка плоскої поверхні за тієї самої специфікації Ra.
Можливість фрезерування MID і процес DFM
нашЧПУ фрезеруванняпрограми виконуються на 3-осьових і 5-осьових обробних центрах, зі стратегіями траєкторії інструменту, вибраними для типу елемента: трохоїдальний для глибоких вузьких пазів, чорнова обробка з глибоким заглибленням для великих порожнин, одночасна 5-осьова для складних контурних поверхонь. Ми не застосовуємо один шаблон траєкторії до всіх робіт; стратегія записується для файлу STEP, для кожної операції.
дляФрезерування з ЧПУна матеріалах поза алюмінієм - титан, нержавіюча сталь, інконель, PEEK - план процесу включає інтервали зміни інструменту, у-точках вимірювання процесу та вимоги до термостабілізації перед фінішними проходами. дляточні фрезеровані деталіз допусками більше ±0,01 мм, план перевірки пишеться до того, як буде вирізано перший шматок, а не після.
Надішліть свій файл STEP на нашу адресу команда інженерів процесудля письмового огляду DFM. Ми позначаємо конфлікти геометрії, проблеми з доступом до інструментів і ризики толерантності до того, як програма буде повернена в котирування - протягом 24 годин, без зобов’язань. Для деталей, які вже виробляються в інших місцях і які генерують не-відповідності, ми можемо переглянути існуючий план процесу та визначити першопричину. Почніть з bishenprecision.com.
FAQ
Який радіус кута слід вказати для глибокої фрезерованої кишені, щоб уникнути невеликих-операцій інструменту та тривалого циклу?
Для глибини D кишені вкажіть мінімальний внутрішній радіус кута D/4 - і, якщо дозволяє конструкція, перейдіть до D/3. Для кишені глибиною 15 мм-мінімум 3,75 рандів; R5 краще. Радіус кута дорівнює радіусу найменшого інструменту, яким його можна обробити. Інструменти меншого розміру працюють повільніше, більше відхиляються та частіше ламаються, особливо в матеріалах зі значною силою різання. Кут R2 на 15-міліметровій кишені змушує торцеву фрезу діаметром 4 мм зі зниженими параметрами - додає 25–40% до часу циклу лише для цих кутів. Якщо геометрія кута не має функціональних обмежень, збільшення радіуса до R5 не коштує нічого для креслення та повністю усуває проблему з малим-інструментом.
Чи можете ви утримати ±0,005 мм на 150-мм алюмінієвій поверхні без шліфування?
На виносці площинності, так - з фінішною муфтою-прохід різання та термостабілізація перед вимірюванням. На виносці паралельності між двома гранями, так -, якщо обидві грані оброблено в одній установці з тієї самої бази, тому паралельність встановлюється геометрією осі верстата, а не повторним-закріпленням. На виносці товщини ±0,005 мм на 150 мм відповідь залежить від площинності заготовки перед механічною обробкою та теплового стану під час вимірювання. Алюміній розширюється на 23 мкм на 100 мм на градус - деталь товщиною 150 мм, виміряна на 2 градуси вище контрольної температури, на 0,007 мм товщі, ніж насправді. Механічна обробка досяжна; в умовах вимірювання ±0,005 мм стає важко постійно перевіряти.
Коли мені слід переходити з 3-осьового на 5-осьове фрезерування складної деталі?
Коли набір функцій вимагає більше двох налаштувань на 3-осьовому верстаті, і ці налаштування передбачають повторне-кріплення з готової або напів-заготовленої опорної поверхні. Кожне пере-пристосування вносить-похибку перенесення - зазвичай 0,005–0,015 мм залежно від конструкції пристосування та повторюваності. На деталі з позиційним допуском ±0,01 мм між деталями на різних гранях три повторні -закріплення накопичують достатню похибку, щоб загрожувати бюджету допуску до того, як шпиндель запуститься. П’яти{14}}одночасна обробка усуває повторне-кріплення, досягаючи складних-кутових функцій за одну установку. Надбавка до витрат для 5-осі (зазвичай на 25–40% вища погодинна ставка, ніж 3-осьова) – часто компенсується за час налаштування та зменшує брак деталей, де геометрія в іншому випадку вимагала б чотирьох або більше 3-осьових налаштувань.
Який правильний підхід, коли фрезерована поверхня показує сліди стукоту на тонкій-алюмінієвій частині?
По-перше, виключіть закріплення: перевірте, чи не з’являється тріскотіння лише на елементах, що прилягають до місць розташування затискачів, що свідчить про те, що затискач збуджує резонанс деталі, а не інструмент. Якщо стукіт рівномірний по всій поверхні, проблема полягає в-динаміці заготовки інструмента. Спробуйте змінити швидкість шпинделя на ±10–15% перед зміною швидкості подачі - встановлення швидкості шпинделя, яка дозволяє уникнути резонансної частоти стінки, часто швидше, ніж зменшення подачі. Якщо тріскотіння не зникає, збільште кількість канавок на обробному інструменті (4-зубці замість 2-зубців на алюмінії для цього застосування), щоб збільшити амортизацію в зоні різання. Якщо жоден із цих способів не спрацює, стіна потребує додаткової опори для кріплення – або підкладки, або підходу із заповненою порожниною, де кишеню заповнюють воском перед тонкостінним фінішним проходом.
