Указания за проектиране на CNC джоб: Ръководство за дълбочина, радиус и цена

Оптимизиранеджобен дизайн cncконфигурациите изисква балансиране на обхвата на инструмента, радиусите на вътрешните ъгли и твърдостта на детайла спрямо физиката на рязане. Разходите за обработка ескалират не-линейно, след като дълбочината на кухината надхвърли 3 до 4 пъти диаметъра на фреза поради мащабиране на деформацията на инструмента с куба на дължината и обратно с четвъртата степен на диаметъра. За да предотвратят дрънкане, счупване на инструмента и конус на стените, дизайнерите трябва да определят радиуси на вътрешните ъгли поне с 15% по-големи от радиуса на инструмента, да вземат предвид хлабините на държача на инструмента в стъпаловидни джобове и да поддържат минимална дебелина на пода от 2,0 mm, за да се избегне изкривяване от остатъчно напрежение.

CAD геометрия срещу физически ограничения за CNC обработка

Капанът за визуално екструдиране в 3D CAD моделиране

В CAD софтуера създаването на джоб с правоъгълна или свободна форма изисква едно изрязване-операция за екструдиране. Във физическото производство същата характеристика диктува кинематиката на машината, твърдостта на режещия инструмент, ограниченията на натоварването на шпиндела, пътеките за освобождаване на стружки и времената на цикъла. Функция, която отнема три секунди за моделиране, може да умножи финалаCNC джобни разходи за обработказначително, ако размерите на вътрешната кухина нарушават физиката на инструменталната екипировка по време нависоко{0}}прецизни фрезови операции с ЦПУ.

Когато екипите за доставки и машинните инженери пускат чертежи на части на външни машинни цехове, дълбоко затворените джобове представляват основен двигател на поръчките за инженерни промени, забавените срокове за изпълнение и отхвърлянето на оферти. Разбивката възниква, защото 3D солидни модели показват геометрията като твърди, неподатливи обеми. Те пропускат динамичните сили на рязане, ограниченията на обхвата на шпиндела и вибрационния резонанс, които възникват, когато крайна фреза влезе в суровия материал.

Казус от практиката: Производствен цикъл на оптична кухина Al6061

В производственото съоръжение на Xiamen Dazao Machinery нашият инженерен екип прегледа производствена серия от 120 корпуса на оптични сензори, фрезовани от Al6061-T6. Оригиналният клиентски модел включва вътрешен джоб с дълбочина 85 mm и ширина 30 mm, с остри вътрешни вертикални ъгли R1,5 mm и неподсилена дебелина на пода 1,2 mm. Чертежът на клиента определя стандартен линеен толеранс от ±0,05 mm, плоскост на пода от 0,03 mm и изискване за покритие на повърхността от Ra 0,8 µm.

Изпълнението на тази характеристика, както е първоначално начертано, изисква микро-фреза с диаметър 3 mm със съотношение на надвеса-към-диаметър над 28 към 1 за изчистване на ъглите. Получената настройка предизвика незабавно тракане на инструмента, силно изтъняване на стената, пикове на грапавостта на повърхността над Ra 3,2 µm и три счупени твърди карбидни инструмента в първите две части за настройка. След нашия преглед подУказания на DFM за обработка на алуминий, препроектирането на частта със стъпка-надолу ъглите на наклона, увеличен радиус на вътрешния ъгъл от R4,0 mm и 2,5 mm дебелина на пода намалиха времето за цикъл на обработка за единица от 48 минути на 11 минути, като същевременно запазиха всички функционални оптични сензорни интерфейси.

Дълбочина на кухината, физика на надвеса и деформация на инструмента

Законът за отклонение на кубичния инструмент в дълбоки кухини

Основното физическо ограничение вCNC обработка с дълбоки джобовее отклонение на инструмента. Когато челна фреза зацепи материала, радиалните сили на рязане избутват върха на инструмента далеч от програмираната траектория на инструмента.

Съгласно принципите на механиката на гредата, физическото отклонение на цилиндричен режещ инструмент е право пропорционално на силата на рязане, умножена по куба на дължината на надвеса на инструмента. Освен това, деформацията е обратно пропорционална на еластичния модул на материала на инструмента, умножен по четвъртата степен на диаметъра на инструмента.

Тъй като отклонението се мащабира с куба на дължината на инструмента и обратно с четвъртата степен на диаметъра на инструмента, удвояването на обхвата на инструмента без промяна на диаметъра му увеличава отклонението с коефициент 8. Обратно, намаляването наполовина на диаметъра на инструмента при фиксиран надвес увеличаваОтклоняване на CNC джобен инструментс коефициент 16.

Съотношения на-към-широчина и хлабина на плика на държача на инструмента

Според стандартаНасоки за проектиране на CNC джобоведълбочината на кухината в идеалния случай трябва да остане в рамките на 3 до 4 пъти диаметъра на режещия инструмент. Определяне на сейфаДиаметър на инструмента с дълбочина на CNC джобограничението гарантира стабилно натоварване на чипа без бърборене. За общата геометрия на кухината,CNC съотношение на дълбочината към ширината на джобане трябва да надвишава 3 към 1 за стандартни 3-осни настройки.

При оценяванеколко дълбок може да бъде един CNC джоб, обработващите центрове могат да изпълняват джобове с диаметър до 8 до 10 пъти по-голям от диаметъра на инструмента, но по този начин процесът се измества от стандартна динамична груба обработка към специализирано производство с висока-цена.

Често срещан пропуск в дизайнаCNC дизайн с дълбок джобпроверява само дължината на канавката на инструмента, като същевременно игнорира физическата обвивка на държача на инструмента, като ER32 патронник, хидравличен патронник или термо{1}}държач за свиване. Когато дълбочината на джоба надвишава 50 mm, челната фреза не може просто да стърчи на 60 mm от цангата без сериозно отклонение. Тялото на инструментодържача има значителен диаметър; например цанговата гайка ER32 има външен диаметър 50 mm. Ако отворът на джоба е 40 mm широк и 60 mm дълбок, цанговата гайка ще се сблъска физически с горния периметър на детайла, преди инструментът да достигне долния етаж.

За обработка на такива характеристики без сблъсък на държача:

· Дизайнерът трябва да отвори горния профил на кухината със стъпаловидна контра{0}}геометрия.

· Машинният цех трябва да използва тънки-свиваеми-държачи, които носят по-нисък момент на затягане и изискват по-леки срезове.

· Проектантът трябва да приложи ъгъл на наклон от 1 до 3 градуса върху страничните стени на кухината, осигурявайки прогресивен хлабина, докато фрезата се спуска надолу.

Избор на радиус на вътрешен ъгъл и кинематика на траекторията на инструмента

Шипове за захващане на режещия инструмент във вътрешните ъгли

Изборът на вътрешния вертикалCNC радиус на ъгъла на джобапряко управлява ускорението на машината, радиалните ъгли на зацепване и появата на следи от структурно трептене.

Когато крайната фреза се движи по права странична стена, радиалният ъгъл на зацепване обикновено е нисък, средно от 30 до 60 градуса. Когато ножът навлезе в остър вътрешен ъгъл от 90 градуса, където радиусът на гнездото съвпада точно с радиуса на инструмента, инструментът влиза в контакт с материала през дъга на захващане от 180 градуса.

Този внезапен скок в радиалното зацепване причинява:

· Моментално увеличаване на радиалния натиск при рязане, принуждаващо върха на инструмента да се отдалечи от ъгъла.

· Силни високо{0}}честотни следи от бърборене по двете пресичащи се странични стени, нарушаващи стандартаспецификации за грапавост на повърхността за фрезовани джобове.

· Микро{0}}отчупване по карбидни режещи ръбове, ускоряващо износването на инструмента.

· Забавяне на оста до почти{0}}нулево подаване, причиняващо следи от престой и натрупване на топлина.

Правилото за надвишаване на 15% ъглов радиус за високо{1}}скоростно фрезоване

За да се поддържа непрекъснато движение на инструмента и да се позволи високо{0}}скоростно трохоидално завиване, програмираният радиус на вътрешния ъгъл винаги трябва да бъде по-голям от радиуса на режещия инструмент. Придържайки се къмоптимизиране на разходите за радиус на вътрешния ъгълпринципи поддържа скоростта на подаване на машината стабилна и избягва спирането на инструмента.

Практическото правило за вътрешни радиуси на ъгъла уточнява, че програмираният радиус на ъгъла трябва да бъде равен или по-голям от 1,15 пъти радиуса на режещия инструмент.

Определянето на напълно остър долен ъгъл, където страничната стена среща пода, изисква челна фреза с квадратни ъгли. Инструментът с квадратен-край концентрира напрежението при рязане върху острите върхове, което прави инструмента податлив на стърготини при големи натоварвания на стружки. Добавянето на радиус на заобляне от пода-към-стената от 0,5 mm до 2,0 mm позволява използването на челни фрези с бик-нос, разпределяйки натиска на рязане по радиуса и удължавайки живота на инструмента повече от три пъти.

Дебелина на пода, остатъчни напрежения и контрол на изкривяването

Заблуди при изкривяване-на консервиране и вакуумно закрепване

Посочване на прекалено тънъкCNC джобна дебелина на подавъвежда структурна нестабилност по време на рязане и геометрична деформация след разтягане на детайла. При високо{1}}скоростно фрезоване суровите заготовки съдържат вътрешни остатъчни напрежения от операциите на закаляване и разтягане, освен ако инженеритеизберете класове-напрегнати алуминиеви материаликато Al6061-T651. Когато инструмент отстрани 80% до 90% от необработения блок, за да образува дълбока кухина, вътрешните напрежения се уравновесяват отново, което води до изкривяване на тънки подове.

При механиката на огъване на плочата, деформацията на пода при аксиални натоварвания на потапяне на инструмента е обратно пропорционална на куба на дебелината на пода. Намаляването на дебелината на пода от 3,0 мм на 1,0 мм увеличава огъването на пода по време на режещи проходи с 27 пъти.

Когато дебелината на пода падне под 2,0 mm в джоб, по-широк от 50 mm на 50 mm, долната плоча проявява масло-консервиращо поведение, щраквайки между вдлъбнати и изпъкнали форми под лек натиск на палеца.

По време на машинната обработка силите на захващане често прикриват тази нестабилност:

· Изкривяване на вакуумното закрепване:Вакуумният патронник издърпва тънкия под плоско към основната плоча, докато долната крайна фреза срязва повърхността плоско. След като вакуумът се освободи, еластичното възстановяване пружинира пода нагоре, създавайки коронован център, който нарушавапостижими толеранси за обработка на алуминий.

· Механично напрежение на затягане:Завъртащите механични челюсти на менгемета компресират периметъра на детайла. След като центърът на джоба е изрязан, отслабеното дъно се извива при остатъчно напрежение на затягане.

Протоколи-за облекчаване на напрежението и структурна интеграция на ребрата

За поддържане на плоскостта на пода в рамките на ±0,020 mm върху дълбоки кухини, като се спазваинженерни правила за минимална дебелина на стената, Dazao прилага следните-техники за етажа на магазина:

· Дву{0}}етапна де{1}}напрегната груба обработка:Обработете грубо основната кухина, оставяйки 1,0 mm материал върху пода и стените, освободете частта от менгемето напълно, за да позволите отпускане на напрежението, след това леко затегнете отново с калибриран въртящ момент (5 до 8 Nm) за довършителни проходи.

· Интегрирани усилващи ребра:Вместо да обработвате широк плосък под от 1,5 mm, включете пресичащи се подсилващи ребра с ширина 3,0 mm и височина 4,0 mm през пода. Това увеличава модула на конструктивното сечение с над 400%, като същевременно се постигат целевите цели за намаляване на теглото.

Пакетиране на чипове, динамика на евакуация и термично заваряване

Механика за повторно изрязване и вграден-ръб в слепи джобове

При операции с дълбока кухина изчистването на стружки определя оцеляването на инструмента. Когато дълбочината на кухината надвишава 3 пъти диаметъра на инструмента, чиповете се борят да избягат от отвора на джоба поради въздушна турбуленция и гравитация.

При фрезоване на алуминиеви сплави при периферни скорости на рязане от 300 до 800 m/min споредCNC машинни характеристики на алуминиева сплав:

· Стандартните дюзи за охлаждаща течност създават хидравлично противоналягане и течност се завихря в отвора на джоба, като не успява да проникне до долната зона на рязане.

· Евакуираните стружки губят скорост нагоре, падат обратно в пътя на рязане и се улавят между каналите на инструмента и страничните стени на джоба.

· Режещите ръбове нарязват повторно тези свободни стружки, генерирайки локализирани температури на триене, надвишаващи 450 градуса.

Този екстремен термичен скок кара пластичните алуминиеви сплави като Al6061-T6 да се пластифицират и да се заваряват чрез триене-директно върху жлебовете на карбидния инструмент, образувайки разрушителен натрупан ръб. След като жлебовете се запушат със заварени алуминиеви чипове, действието на рязане спира и стеблата на инструмента щракват моментално.

През-въздушната струя на шпиндела и долните предпазни отвори

За да поддържате стабилно евакуиране на чипа без риск от опаковане на чипа:

Когато изискванията за запечатано заграждение не са задължителни, вклстандартни практики за пробиване на дупки и вентилиранечрез поставяне на релефни дренажни отвори от 3,0 mm до 6,0 mm в долните ъгли превръща слепите джобове в отворени канали за поток. Това позволява на гравитацията, охлаждащата течност и стружките да излизат свободно през дъното на приспособлението.

Модел на разходите за-задълбочена джобна обработка

Санкции за амортизация на инструментите и процент на отстраняване на метал

Разходите за обработка на елементите на джоба се увеличават не-линейно, след като дълбочината на кухината надвиши стандартните дължини на инструментите в каталога. Дизайнерите могат да кандидатстватстратегии за намаляване на разходите за обработка на алуминийза да поддържате бюджетите за инструменти под контрол.

Общото време на цикъла на обработка за кухина се увеличава грубо с квадрата на съотношението между действителната дълбочина и три пъти диаметъра на инструмента.

Три основни фактора управляват тази крива на разходите:

· Покупка и износване на инструменти:Стандартна 10 mm 3-фреза с канавка струва приблизително $30. Антивибрационен инструмент с удължен-обхват от 10 mm с DLC покритие струва $160 до $240, като същевременно издържа само част от стандартния живот на инструмента при тежки натоварвания на стружки.

· Намаления на скоростта на отстраняване на метали:За да запазят отклонението под 0,02 mm, програмистите трябва да намалят радиалното зацепване от 40% до 5% и да намалят подаването на зъб с над 60%.

· Последователни проходи{0}}за фрезоване:Дълбоките джобове с тесни радиуси на ъглите изискват множество междинни стъпки-надолу, като се използват прогресивно по-малки челни фрези, умножаване на времето за цикъл и честотата на смяна на инструмента.

Монолитно дълбоко фрезоване срещу. 5-индексиране на оси срещу разделени възли

Когато анализирате икономиката на производството на детайли, оценяватеКомпромиси при избора на 3-ос срещу 5-осна машинаразкрива ясни граници на разходите за геометрия с дълбок джоб.

Контролен списък за проверка на DFM и алтернативно производство

Работен процес на инженерна само{0}}инспекция

Преди да изпратите CAD модели на Dazao за производствено офериране, проверете геометрията на вашия джоб спрямо следния списък стъпка-по-стъпка:

1. Проверете дълбочината на гнездото спрямо диаметъра на инструмента:Уверете се, че стандартната дълбочина на гнездото не надвишава 3 до 4 пъти максималния допустим диаметър на фреза въз основа на радиусите на ъглите.

2. Приложете правилото за 15% радиус на ъгъла:Уверете се, че всички вертикални радиуси на вътрешни ъгли измерват поне 1,15 пъти номиналния радиус на предвидения фрезов инструмент.

3. Проверете радиусите на смесване от-под-стена:Добавете преходно филе от 0,5 mm до 2,0 mm по периметъра на пода, за да позволите използването на твърди-фрези.

4. Потвърдете дебелината на долния под:Поддържайте дебелина на пода от поне 2,0 mm за разстояния под 100 mm и 3,5 mm или повече със структурни ребра за по-големи площи.

5. Проверете хлабините на държача на инструмента:Проверете дали горният отвор на кухината побира стандартни диаметри на цангов патронник без сблъскване на тялото.

Синкер EDM, Wire EDM и стратегии за хибридни добавки

Когато функционалните спецификации изискват дълбоки характеристики, които надхвърлят границите на конвенционалното фрезоване, Dazao интегрира алтернативни не-традиционни процеси на обработка: