CNC vogalni polmer DFM: Vodnik po upogibanju, orodju in stroških

Polmeri notranjih kotov narekujejo premer orodja, doseg orodja, meje upogiba in dinamiko rezanja. Če nastavite polmer notranjega vogala, ki je enak ali manjši od standardnih dimenzij čelnega rezkarja, se sprožijo resni vpad rezalnika, tresenje orodja in napihovanje časa cikla. Določitev polmera vogala, ki je vsaj 15 % do 30 % večji od polmera orodja, omogoča neprekinjeno visoko-hitro krožno interpolacijo, zmanjša rezalne sile za več kot 60 % in odpravi več{6}}stopenjsko obdelavo v mirovanju ali sekundarne operacije EDM z grezilom.

Polmer notranjega vogala pri modeliranju CAD v primerjavi s kinematiko-CNC tal v trgovini

V parametrični programski opremi CAD risanje žepa z navpičnimi 90-stopinjskimi notranjimi robovi ali dodeljevanje zaokrožitve odeje, kot je R0,5 mm, traja nekaj sekund. Izvajanje na 3-osnem ali 5-osnem obdelovalnem centrustoritve precizne CNC obdelave, da geometrijska izbira narekuje vsak proizvodni parameter navzgor in navzdol vveč{0}}osne operacije CNC rezkanja.

Ko model določa akotni polmer cncfunkcija, ki ne upošteva kinematike fizične obdelave, se proizvodnja premakne z učinkovitega volumetričnega odstranjevanja materiala na počasno mikro-rezkanje z visokim-tveganjem. TheCNC polmer notranjega kotadoloča:

1. Največji dovoljeni steblo končnega rezkalnika in premer rezanja.

2. Zahtevana dolžina previsa orodja in posledična togost sklopa orodja.

3. Strategija poti rezalnega orodja: linearna točka-do-točke, krožna interpolacija ali več-rezkanje mirovanja.

4. Profil površinske hrapavosti (Ra) na stranskih stenah žepa in prehodnih tleh.

Zakaj digitalni CAD zaokrožilci ne uspejo na fizičnih CNC rezkalnih strojih?

Sistemi CAD obravnavajo geometrijo kot brezmasne matematične meje. Navpični rob nima fizičnega upora. Pri vretenu CNC stroja pa je odstranjevanje materiala odvisno od vrtilnega momenta, obremenitve odrezkov na zob in omejitev vpetja rezalnika.

Ko čelni rezkar teče vzdolž ravne stene, ostane radialna širina reza konstantna. Ko isto orodje vstopi v notranji kot z enakim polmerom, se fizično kontaktno območje takoj razširi. Če model CAD izsiljuje oster kot ali premajhen polmer, je fizični rezalnik izpostavljen hudemu mehanskemu prekomernemu-vključevanju, kar vodi do upogiba, dimenzijskega zožitve in lomljenja robov.

Analiza primera pri Dazao: zlom orodja v globokih votlinah Al7075-T6

V objektu Xiamen Dazao Machinery je naročnik vesoljske industrije oddal naročilo za aCNC obdelava konstrukcijskega aluminijaprojekt, ki vključuje optično ohišje Al7075-T6. Zasnova je vsebovala pravokotno vdolbino 35 mm globoko z notranjim polmerom kota R0,5 mm. Risba je uporabila splošno toleranco glavnega bloka +/- 0.02 mm in zahtevo za končno obdelavo notranje površine Ra 0,8 mikrometra.

Izid proizvodnje ponazarja, zakaj izbira polmera vogala vpliva na izdelavo dela:

· Izbira orodja:Za obdelavo vogala R0,5 mm je največji premer noža 1,0 mm.

· Razmerje previsa orodja:Doseganje globine 35 mm z rezkarjem iz karbidne trdine 1,0 mm ustvari ekstremno razmerje med dolžino-in-premerom (L/D) 35:1.

· Mehanska okvara:Standardni rezkarji iz karbidne trdine izgubijo togo stabilnost po razmerju L/D 4:1. Med grobo obdelavo z 12-milimetrskim orodjem, ki mu je sledilo sekundarno 3-milimetrsko orodje, je končni finišer z vratom dolžine 1,0 mm-naletel na nabiranje odrezkov in upogibne konice. Dva zaporedna mikro-čelna rezkarja sta se zlomila zaradi ciklične utrujenosti in resonance.

· Ostanki komponent:Hudo tresenje orodja je povzročilo nesprejemljivo končno obdelavo površine Ra 3,2 mikrometra vzdolž kotnega spoja, stranski upogib rezalnika pa je ustvaril dimenzijsko zožitev +0.06 mm od zgoraj navzdol. Serija je bila zavrnjena pri prvem pregledu CMM.

· Inženirski popravek:Inženirji družbe Dazao so sprožili pregled Design for Manufacturability (DFM) in predlagali povečanje polmera vogalov z R0,5 mm na R4,0 mm, poleg kota ugreza 1,5-stopinj na stenah vogalov, ki se ne spajajo. To je omogočilo uporabo togega 6 mm čelnega rezkarja (razmerje L/D približno 5,8:1), skrajšanje časa cikla na votlino s 114 minut na 16 minut, medtem ko je dosegel dosleden zaključek Ra 0,6 mikrometra brez okvare orodja.

Dinamika vklopa rezalnika (CEA) in obremenitev orodja notranjega kota

Obdelava linearnih poti vključuje enakomerno-dinamiko rezanja. Ko čelni rezkar vstopi v notranji kot, se rezalne sile spremenijo iz stalnih obremenitev v dinamične konice sil.

Fizika 180-stopinjskega kotnega vpetja

Pri ravnem prehodu stene žepa z radialno globino reza, ki je enaka 25 % premera rezalnika, ostaja kot vprijema rezalnika stabilen pri približno 60 stopinjah:

Kot vpetja rezalnika=arccos(1 - (2 x radialna globina reza / premer rezalnika))=arccos(1 - 0.5)=60 stopinj

Ko orodje doseže oster 90-stopinjski kot, kjer jePremer orodja CNC radij kotaujema s polmerom funkcije žepa (polmer vogala=polmer orodja), se rezilo preneha linearno premikati vzdolž ene osi in se zasuka. Na točnem vrhu vogala se kontaktni kot orodja takoj poveča s 60 stopinj na 180 stopinj.

Ta nenadna trikratna razširitev stika-orodja z obdelovancem povzroči hude fizične reakcije:

· val radialne sile:Radialna rezalna sila se spreminja ne-linearno glede na vpadni kot. Ko se kontakt ovije okoli polovice oboda orodja, se radialna sila poveča za 250 % do 400 % in potisne konico orodja stran od programirane poti.

· Toplotni udar in zagozditev čipov:Prostor za odvod ostružkov znotraj žleba se na vrhu vogala splošči na nič. Stisnjeni ostružki se privarijo na žlebove iz karbidne trdine, kar povzroči katastrofalno mikro{1}}krušenje vzdolž žlebov in robov orodja.

· Klepetanje harmonikov:Nenadno povečanje mehanske obremenitve vzbudi naravno frekvenco sklopa držala-orodja, zaradi česar so na navpičnih kotnih stenah pomivalne plošče vidni brbotajoči vzorci.

Radialno redčenje odrezkov in kompenzacija hitrosti podajanja krmilnika

Med krožno interpolacijo okoli notranjega vogala potuje središče orodja vzdolž loka s polmerom, ki je manjši od nazivnega polmera vogala, ki se reže:

Polmer središčne črte orodja=Polmer vogala - Polmer orodja

Če krmilnik stroja vzdržuje konstantno programirano linearno podajalno hitrost na srednji črti orodja, se dejanska obodna podajalna hitrost na zunanjem rezalnem robu bistveno poveča:

Dejanska periferna podajalna hitrost=Programirana sredinska podajalna hitrost x (1 + (polmer orodja / polmer središčne črte orodja))

Ko je polmer vogala enak polmeru orodja, se polmer središčne črte orodja približa ničli, kar povzroči, da se obodna hitrost podajanja teoretično dvigne proti neskončnosti. Sodobni CNC krmilniki poskušajo upočasniti, vendar zaostanek osi pogosto povzroči prekomerno-vključevanje, upogibanje orodja in žlebljenje.

Primerjalno merilo Dazao: Zakaj mora polmer vogala presegati polmer orodja za 15 % do 30 %

Da bi zagotovili dosledne obremenitve odrezkov in se izognili mrtvim kotom, morajo notranji polmeri kotov vedno presegati polmere orodja:

Recommended Corner Radius >= 1.15 do 1,30 x polmer orodja

Ta geometrijska zračnost programski opremi CAM omogoča ustvarjanje neprekinjene trohoidne ali prilagodljive krožne poti orodja. Rezalnik se kotali skozi vogal, namesto da bi se ustavil in zasukal, pri čemer vzdržuje neprekinjen kot vpetja pod 90 stopinj, zmanjša radialne odklonske sile za več kot 60 % in trikrat podaljša življenjsko dobo rezkarja.

Globina žepa v primerjavi s polmerom notranjega vogala: upravljanje z upogibom orodja in obdelavo v mirovanju

Določanje polmera notranjega kota brez sklicevanja na globino žepa je eden najpogostejših vzrokov za zamude pri obdelavi in ​​napihnjene stroške komponent. Pri ocenjevanju kompleksnih votlin v3-osna proti 5-osni CNC obdelavi, doseg orodja in oddaljenost držala narekujejo najmanjši dosegljiv radij.

Formula za odklon konzolnega žarka in past razmerja L/D

Čelni rezkar iz karbidne trdine pod stransko rezalno obremenitvijo deluje kot konzolni nosilec, pritrjen na vpenjalno čašo držala orodja. Elastična deformacija na konici orodja se izračuna s klasično mehaniko nosilca:

Upogib orodja=(radialna rezalna sila x dolžina previsa^3) / (3 x modul elastičnosti x vztrajnostni moment površine)

Kjer je vztrajnostni moment površine za trdni valjasti nosilec (Pi x premer orodja^4) / 64. Če nadomestimo to vrednost, dobimo končno formulo za odklon:

Upogib orodja=(64 x radialna rezalna sila x dolžina previsa^3) / (3 x Pi x modul elastičnosti x premer orodja^4)

Ker se deformacijska lestvica meri s kocko dolžine (dolžina previsa^3) in obratno s premerom na četrto potenco (premer orodja^4), globina ostane konstantna, medtem ko se premer orodja zmanjša, da se prilega majhnemuCNC zasnova radija žepapovzroči, da deformacija eksponentno eksplodira. Ta dinamika se neposredno povezuje zCNC smernice za debelino stene DFM, kjer se tanke stene votline upognejo vzdolž odklonjenega rezila.

Napihovanje časa cikla v več-stopenjski obdelavi z mirovanjem

Ko ima žep velike skupne mere, vendar tesne zaobljene robove, obdelave ni mogoče dokončati z enim samim orodjem. Programer CAM mora izvesti več-stopenjsko rezkanje mirovanja:

1. Primarno grobo obdelavo (rezkar-čelni rezkar, npr. premer 16 mm, R2):Odstrani od 85 % do 90 % neobdelane zaloge gredic pri visokih hitrostih podajanja (4500 mm/min). V vsakem navpičnem kotu ostanejo veliki neobdelani trikotni volumni.

2. Pol-končni rezkar (npr. premer 6 mm):Odstrani vogal, ki ga je pustil rezkar 16 mm. Hitrost pomika mora pasti za 50 % zaradi neenakomerne uporabe materiala.

3. Mikro-rezkalnik za vogale (npr. premer 2 mm):Očisti končno konturo kota. Ker se radialni prijem spreminja, ko vstopi v neobrezana območja, je treba hitrost podajanja zmanjšati, da se prepreči zlom orodja.

4. Posledični vpliv na stroške:Vsak dodatni korak obdelave v mirovanju doda cikle menjave orodja, stroške spremljanja obrabe orodja in dušenje hitrosti podajanja, s čimer se skupni čas cikla pomnoži z 2,5x do 4x v primerjavi z votlino, zasnovano za enakomerne poti orodja.

Tehnična izbirna matrika za globino žepa in zaokrožitve vogalov

Za ohranitev strogega nadzora nadCNC radij kota in globina žeparazmerje, morajo mehanski oblikovalci uporabiti naslednje parametre polmera-do-globine, da zagotovijominimalni polmer notranjega kota CNC obdelavaomejitve se upoštevajo:

Koraki upogiba kota od- do- vogala: glavni vzroki in tveganja pri inšpekcijskih pregledih CMM

Pri analiziCNC notranji radij kota za žepstrojne obdelave, se standardni priročniki za načrtovanje osredotočajo izključno na navpični zaključek sten. Podatki o zavrnitvi CMM v proizvodnem obratu Xiamen Dazao Machinery razkrivajo, da se geometrijske okvare pogosto pojavljajo na stičišču med navpičnim polmerom kota in vodoravnim podom.

3D premiki vektorja rezalne sile na vogalih

Med linearnim čiščenjem tal žepa ostajajo rezalne sile večinoma ravninske. Ko končni rezkar prehaja v ozek kot, postanejo rezalne sile kompleksni tri{1}}dimenzionalni vektorji:

1. Vektor radialne sile:Potisne steblo orodja stran od vrha kota vzdolž razpolovljenega kota.

2. Vektor aksialne sile:Ustvarjeno z dvigom vijačnice, potegom orodja aksialno navzdol v obdelovanec ali potiskanjem navzgor, odvisno od smeri vijačnice.

3. Tangencialna rezalna sila:Konice zaradi povečane trenutne prostornine odrezkov.

Ko krmilnik stroja zazna tesen radij, ukaže pojemek osi, da upošteva omejitve pospeška. Ko hitrost mize pade, radialni rezalni pritisk nenadoma popusti.

Upognjeno čelno rezkalo se vrne nazaj proti svojemu neomejenemu ravnotežnemu položaju. Ta mehanska vzmet-nazaj povzroči, da se spodnja rezalna ustnica zagrize globlje v dno žepa na natančnih vstopnih in izstopnih točkah kotnega loka, kar pusti izrazito zarezo ali dvignjeno stopnico, ki meri med 0,015 mm in 0,045 mm.

Napake pri montaži, ki jih povzročajo grebeni spodnjih stopnic

Ta napaka stopnice od tal do- povzroči takojšnje okvare delovanja pri preverjanju delov glede naozke tolerance CNC obdelave:

· Planarna interferenca na parnih komponentah:Ustrezna vezja, litij-ionski baterijski moduli ali optični pod-sklopi se ne morejo poravnati s tlom žepa, kar povzroča kotni nagib in variacijo debeline materiala toplotnega vmesnika.

· Lokalizirane napetosti:Stopnica deluje kot mikroskopska zareza, ki koncentrira dinamične ciklične obremenitve in znižuje pragove utrujenosti v strukturnih avtomobilskih in vesoljskih komponentah.

· Odtekanje izvrtine ležaja:Ko notranji koti tvorijo lokacijske elemente za natančne ležaje, talne stopnice povzročijo aksialno neusklajenost in prezgodnjo obrabo obroča ležaja.

Razrešitev talnih stopnic s polmeri mešanice toroidnega dna

To eliminate the floor-to-corner step, design engineers should avoid calling out a perfectly sharp 90-degree floor-to-wall intersection alongside a small vertical corner radius. Specifying a compound corner with a bottom blend radius (Bottom Radius >= 0.5 mm do 1,5 mm) omogoča uporabo čelnih rezkarjev (toroidnih) z bi-nosom.

Rezalniki s kotnim-polmerom-rezila porazdelijo rezalne sile po neprekinjeni toroidni krivulji, preprečujejo aksialno dolbenje in ustvarjajo enakomerne prehode-na-steno brez sekundarnega ročnega odstranjevanja robov.

Oblikovanje za kvadratne dele za parjenje: fileji pasje kosti v primerjavi s postopki EDM

Standardna mehanska zasnova pogosto zahteva pravokotne komponente (kot so vodila, jedrni zatiči, konektorji ali drsni bloki), da se popolnoma namestijo v vdolbino. Uporaba zvokaNačela oblikovanja DFM ohišja iz aluminijapreprečuje nepotrebne nastavitve sekundarnega orodja.

Primerjava mehanskega reliefa: pasja kost, T-kost in prerezana geometrija

Kadar funkcionalna montaža zahteva pravokotni odmik brez dodajanja sekundarnih stopenj izdelave,CNC obdelava pasje kostiponuja praktično rešitev.

Za zagotovitev popolne kvadratne zračnosti z vstavljenim filejem pasje kostiCNC obdelava kvadrata notranjih vogalovmora najmanjši premer reliefnega rezila glede na širino nasprotnega kvadrata izpolnjevati:

Minimum Relief Tool Diameter >= (Sparitvena kvadratna širina / 1,414) - Odmik zračnosti

Rotacijsko CNC rezkanje v primerjavi z zmogljivostmi žične EDM in grezila

Ko funkcionalne ali estetske zahteve zahtevajo prave ostre vogale (polmer < 0,1 mm), rotacijskiCNC rezkanje ostrih notranjih vogalovje fizično nemogoče in zahteva alternativne postopke.

1. Žična EDM (obdelava z električnim praznjenjem):

· Uporabnost:Samo skozi-žepe in odprte-reže.

· Toleranca in polmer:Z medeninasto žico debeline 0,05 mm dosega polmere notranjih kotov, tako majhne kot R0,03 mm, pri čemer ohranja tolerance +/- 0.002 mm.

· Meritev stroškov:Zelo stroškovno{0}}učinkovit za globoke{1}}funkcije v primerjavi z mikro-rezkanjem.

2. EDM z grezilom (ram / potopni EDM):

· Uporabnost:Slepi žepi in zaprte-spodnje votline.

· Režijski stroški proizvodnje:Zahteva natančno CNC visokohitrostno rezkanje-bakrenih ali grafitnih elektrod z visoko-gostoto, ki mu sledijo več-stopenjsko grobo obdelavo in nastavitve vrteče{3}}iskrične erozije.

· Meritev stroškov:Poveča stroške posamezne funkcije za 300 % do 600 % v primerjavi s standardnim CNC rezkanjem.

CNC modeliranje stroškov obdelave vogalov in primerjava časov cikla

Vsako zmanjšanje polmera notranjega vogala sproži eksponentni premik v času cikla, porabi orodja, urnih postavkah stroja in tveganju za odpad. Razumevanje te korelacije je osrednjega pomenazmanjšanje stroškov CNC obdelave aluminija po meriv srednje{0}}do-velikih proizvodnih serijah.

Razčlenitev stroškov procesne poti: EDM z velikim radijem vs

Izbira polmera kota neposredno določa pot obdelave:

· Pot A (optimiziran velik file):Grobanje in končna obdelava z enojno nastavitvijo s standardnimi togimi rezalniki. Nič sprememb orodja, namenjenega izključno čiščenju vogalov.

· Pot B (pod-milimetrski zaokrožek):Primarno visokohitrostno grobo-obdelovanje, ki mu sledita dve stopnji mirovanja obdelave z dolgimi -vratnimi mikro-končnimi rezkarji, ki delujejo pri omejenih pomikih.

· Pot C (oster 90-stopinjski kot v slepi votlini):CNC pred{0}}rezkanje, obdelava z bakreno ali grafitno elektrodo, sekundarna erozija EDM z iskro in ročno poliranje na mizi za odstranitev preoblikovanih plasti EDM.

Empirični podatki o stroških obdelave žepa 100 mm x 100 mm x 40 mm

Za prikaz, kako narekujejo notranji radijiStroški CNC obdelave vogalov, naslednji podatki modelirajo en sam standardni žep, strojno obdelan v Al6061-T6 na 4-osnem obdelovalnem centru (cena strojne delavnice 85 USD na uro):

Pravila Dazao Engineering DFM za optimizacijo notranjih kotov

Da bi ohranili strog nadzor dimenzij in hkrati zmanjšali proizvodne stroške, bi morale inženirske ekipe ta praktična pravila vključiti v risbe komponent.

Štiri nepogajalna pravila DFM za strukturne inženirje

1. Frakcijsko ne-standardno pravilo:Nikoli ne določite polmera notranjega vogala, ki se ujema s polmerom celotnega orodja. Na primer, ne določite vogala R3,0 mm, če pričakujete, da bo trgovina uporabljala standardni rezkar 6,0 mm (polmer orodja 3,0 mm). Določite R3,5 mm do R4,0 mm. To zagotavlja prostor za središčno linijo rezila za vzdrževanje neprekinjenega gibanja brez zadrževanja na vrhu.

2. Omejitev globine žepa-do-polmera 3:1:Ohranite razmerje med globino žepa in polmerom notranjega vogala na ali manj kot 3:1 za standardno ceno:

Razmerje med globino žepa in radijem kota: (globina žepa/polmer kota)<= 3

Če mora votlina doseči globino 30 mm, navedite polmer vogala vsaj R10,0 mm. Če mora biti polmer manjši od R3,0 mm (Razmerje=10), vključite več-stopenjsko votlino ali kot ugreza od 1,5-stopinje do 3,0 stopinje na vogalnih stenah, da omogočite težja čelna rezkala s stožčastim steblom.

3. Ohranite enakomernost polmera čez del:Izogibajte se izpisu R2,0 mm na enem žepu, R3,0 mm na drugem in R1,5 mm na zunanji reži. Standardizacija polmerov notranjih vogalov v vseh funkcijah omogoča, da eno samo orodje za končno obdelavo izvaja neprekinjene operacije po celotni komponenti, kar zmanjšuje cikle menjave orodja in skrajša čas programiranja.

4. Polmer stene ločite od spodnjega polmera: When designing deep structural housings, keep the vertical wall corner radius large (Radius >= 4.0 mm), pri tem pa ohranite zaokroženo površino spodnjega dna (polmer dna približno 0,5 mm do 1,0 mm). To omogoča visoko{4}}trdnim ploščatim ali-končnim rezkarjem, da učinkovito obdelujejo obe funkciji, ne da bi pri tem povzročali tresenje ali talne stopnice.

Kontrolni seznam za revizijo načrtovanja javnega naročila za izogibanje stroškom

Preden objavite proizvodne risbe za oceno ponudbe ali začnete afaza funkcionalne hitre izdelave prototipov, morajo vodje nabave pregledati risbe za tri glavne rdeče zastavice:

· Zastava 1:Privzeta splošna toleranca-bloka naslova (+/- 0.05 mm), ki se uporabljajo za ne-kritične notranje zaobljene vogale, kar preprečuje, da bi trgovina uporabljala prevelike rezkare za grobo obdelavo.

· Zastava 2:Slepi žepi z navpičnimi 90-stopinjskimi vogali brez reliefnih izrezov v obliki pasje ali T-kosti.

· Zastava 3:Globoke, ozke votline, kjer je polmer vogala manjši od 0,15-kratnika globine žepa, kar kaže na ekstremno deformacijo orodja in visoko tveganje za odpadke.

Optimizirajte svoje CNC komponente po meri s stroji Dazao

Odpravite zamude pri izdelavi, napake zaradi upogiba orodja in nepotrebne stroške sekundarnega postopka pred rezanjem surovin. Povežite se z našim inženirskim oddelkom zaoddajte svoje risbe v inženirski pregled DFM(STEP, IGES ali Parasolid) in prejmete podrobno analizo izdelave skupaj z natančno proizvodno ponudbo podjetja Xiamen Dazao Machinery.