Smernice za načrtovanje žepov CNC: vodnik po globini, polmeru in stroških

Optimizacijažepni dizajn cnckonfiguracije zahtevajo izravnavo dosega orodja, polmerov notranjih kotov in togosti obdelovanca glede na rezalno fiziko. Stroški obdelave naraščajo ne-linearno, ko globina votline preseže 3- do 4-kratni premer rezalnika zaradi skaliranja upogiba orodja s kubom dolžine in obratno s četrto potenco premera. Da bi preprečili tresenje, zlom orodja in zožitev sten, morajo načrtovalci določiti polmere notranjih vogalov vsaj 15 % večje od polmera orodja, upoštevati ovojnice zračnosti držala orodja v stopničastih žepih in vzdrževati najmanjšo debelino tal 2,0 mm, da se izognejo zvijanju zaradi preostale napetosti.

CAD geometrija v primerjavi s fizičnimi CNC obdelovalnimi omejitvami

Visual Extrusion Trap v 3D CAD modeliranju

V programski opremi CAD je za ustvarjanje pravokotnega ali poljubnega žepa potreben en sam rez-iztiskanje. V fizični proizvodnji ista značilnost narekuje kinematiko stroja, togost rezalnega orodja, omejitve obremenitve vretena, poti odmika odrezkov in čase ciklov. Funkcija, ki traja tri sekunde za modeliranje, lahko pomnoži končni rezultatStroški CNC obdelave žepovpomembno, če dimenzije notranje votline med delovanjem kršijo fiziko orodjavisoko{0}}natančno CNC rezkanje.

Ko nabavne ekipe in strojni inženirji izdajo risbe delov zunanjim strojnicam, globoko zaprti žepi predstavljajo glavno gonilo naročil za inženirske spremembe, zakasnjenih dobavnih rokov in zavrnitev ponudb. Do okvare pride, ker 3D trdni modeli prikazujejo geometrijo kot toge, nepopustljive količine. Izpuščajo dinamične rezalne sile, omejitve dosega vretena in vibracijsko resonanco, ki se pojavi, ko čelni rezkar vstopi v surovino.

Študija primera: Proizvodna serija optične votline Al6061

V proizvodnem obratu Xiamen Dazao Machinery je naša ekipa inženirjev pregledala proizvodno serijo 120 ohišij optičnih senzorjev, rezkanih iz Al6061-T6. Prvotni model za kupca je imel notranji žep globine 85 mm in širine 30 mm, z ostrimi notranjimi navpičnimi vogali R1,5 mm in neojačano dno debeline 1,2 mm. Risba stranke je določila standardno linearno toleranco ±0,05 mm, ravnost tal 0,03 mm in zahtevo za površinsko obdelavo Ra 0,8 µm.

Izvajanje te funkcije, kot je bilo prvotno narisano, je zahtevalo mikro-rezkalo s premerom 3 mm z razmerjem previsa-in-premera, ki je presegalo 28 proti 1, da so se robovi očistili. Nastala nastavitev je povzročila takojšnje šklepetanje orodja, močno zožitev stene, konice površinske hrapavosti nad Ra 3,2 µm in tri zlomljena orodja iz karbidne trdine v prvih dveh kosih nastavitve. Po našem pregledu podSmernice DFM za obdelavo aluminija, s preoblikovanjem dela s stop-nizkimi ugreznimi koti, povečanim notranjim polmerom vogalov R4,0 mm in 2,5 mm debelino talne obloge je čas obdelovalnega cikla na enoto zmanjšal z 48 minut na 11 minut, hkrati pa ohranil vse funkcionalne vmesnike optičnih senzorjev.

Globina votline, fizika previsa in upogibanje orodja

Zakon o upogibu kubičnega orodja v globokih votlinah

Glavna fizična omejitev vCNC obdelava z globokimi žepije odklon orodja. Ko čelni rezkar zajame material, radialne rezalne sile potisnejo konico orodja stran od programirane poti orodja.

V skladu z načeli mehanike nosilca je fizični odklon cilindričnega rezalnega orodja neposredno sorazmeren z rezalno silo, pomnoženo s kubom dolžine previsa orodja. Poleg tega je upogib obratno sorazmeren modulu elastičnosti materiala orodja, pomnoženemu s četrto potenco premera orodja.

Ker se upogib meri s kubom dolžine orodja in obratno s četrto potenco premera orodja, podvojitev dosega orodja brez spreminjanja njegovega premera poveča upogib za faktor 8. Nasprotno pa prepolovitev premera orodja pri fiksnem previsu povečaOdklon CNC žepnega orodjas faktorjem 16.

Razmerje med-globino in-širino in zračnost ovojnice držala orodja

Po standarduSmernice za oblikovanje CNC žepov, bi morala globina votline ostati znotraj 3- do 4-kratnega premera rezalnega orodja. Določitev sefaPremer CNC orodja za globino žepaomejitev zagotavlja stabilno obremenitev čipa brez tresenja. Za splošno geometrijo votline jeCNC razmerje med globino in širino žepane sme preseči 3 proti 1 za standardne 3-osne nastavitve.

Pri ocenjevanjukako globok je lahko CNC žep, lahko obdelovalni centri izdelajo žepe do 8- do 10-kratnega premera orodja, vendar s tem premaknejo postopek s standardnega dinamičnega grobega obdelave na specializirano,-cenovno proizvodnjo.

Pogosta napaka pri načrtovanjuCNC dizajn z globokim žepompreverja samo dolžino utora orodja, pri tem pa ne upošteva fizičnega ovoja držala orodja, kot je vpenjalna glava ER32, hidravlična vpenjalna glava ali termo{1}}držalo za skrčenje. Ko je žep večji od 50 mm v globino, čelni rezkar ne more preprosto štrleti 60 mm iz vpenjalne vpenjalne klešče brez resne deformacije. Telo držala orodja ima znaten premer; na primer, vpenjalna matica ER32 ima zunanji premer 50 mm. Če je odprtina žepa široka 40 mm in globoka 60 mm, bo vpenjalna matica fizično trčila v zgornji obod obdelovanca, preden orodje doseže spodnji del.

Za obdelavo takšnih elementov brez trka držala:

· Oblikovalec bi moral odpreti zgornji profil votline s stopničasto nasprotno{0}}navrtano geometrijo.

· Strojna delavnica mora uporabljati ozka-krčljiva-držala, ki imajo nižji vpenjalni moment in zahtevajo lažje reze.

· Načrtovalec mora uporabiti kot ugreza od 1 do 3 stopinje na stranskih stenah votline, kar zagotavlja progresivno razdaljo, ko se rezilo spusti.

Izbira polmera notranjega kota in kinematika poti orodja

Konice za vpenjanje rezalnega orodja na notranjih vogalih

Izbira notranje vertikaleCNC radij vogala žepaneposredno uravnava pospešek stroja, kote radialnega vprijema in nastanek sledi strukturnega tresljaja.

Ko čelni rezkar potuje vzdolž ravne stranske stene, je radialni vprijemni kot običajno nizek, v povprečju od 30 do 60 stopinj. Ko rezilo vstopi v oster 90-stopinjski notranji kot, kjer se polmer žepa natančno ujema s polmerom orodja, pride orodje v stik z materialom prek 180-stopinjskega loka.

Ta nenaden porast radialnega vpetja povzroči:

· Takojšnje povečanje radialnega rezalnega pritiska, ki potisne konico orodja stran od vogala.

· Močne visoko{0}}frekvenčne sledi klepetanja na obeh križajočih se stranskih stenah, ki kršijo standardspecifikacije površinske hrapavosti za rezkane žepe.

· Mikro{0}}krušenje vzdolž karbidnih rezalnih robov, pospeševanje obrabe orodja.

· Upočasnitev osi do skoraj-ničelnega podajanja, kar povzroča sledi zadrževanja in kopičenje toplote.

Pravilo za 15-odstotno preveliko velikost kotnega polmera za visoko{1}}hitro rezkanje

Za ohranjanje neprekinjenega gibanja orodja in omogočanje-hitrih trohoidnih ovinkov mora biti programirani polmer notranjega kota vedno večji od polmera rezalnega orodja. Upoštevanjeoptimizacija stroškov polmera notranjega kotaNačela ohranjajo podajalne hitrosti stroja enakomerne in preprečujejo zastoj orodja.

Praktično pravilo za polmere notranjih vogalov določa, da mora biti programirani polmer vogalov enak ali večji od 1,15-kratnega polmera rezalnega orodja.

Za določitev popolnoma ostrega spodnjega vogala, kjer se stranska stena stika s tlemi, je potreben končni rezkar s kvadratnimi vogali. Orodje s kvadratnim- koncem koncentrira rezalne napetosti na ostrih konicah, zaradi česar je orodje nagnjeno k krušenju pri velikih obremenitvah z odrezki. Če dodate polmer zaokroženega roba-na-steno od 0,5 mm do 2,0 mm, omogočite uporabo čelnih rezkarjev s-glavnim delom, ki porazdelijo rezalni pritisk po polmeru in podaljšajo življenjsko dobo orodja za več kot trikrat.

Nadzor debeline tal, preostalih napetosti in zvijanja

Zmote o-pritrjevanja z oljem in vakuumskega pritrjevanja

Določitev pretirano tankeDebelina dna CNC žepauvaja strukturno nestabilnost med rezanjem in geometrijsko popačenje po sprostitvi dela. Pri visoko{1}}hitrostnem rezkanju surove gredice vsebujejo notranje preostale napetosti zaradi kaljenja in raztezanja, razen če inženirjiizberite razrede-aluminija z zmanjšano napetostjokot je Al6061-T651. Ko orodje odstrani 80 % do 90 % neobdelanega bloka, da nastane globoka votlina, se notranje napetosti ponovno uravnovesijo, kar povzroči, da se tanka tla upognejo.

Po mehaniki upogibanja plošče je upogibanje tal pod aksialnimi potopnimi obremenitvami orodja obratno sorazmerno s kocko debeline tal. Zmanjšanje debeline tal s 3,0 mm na 1,0 mm poveča upogibanje tal med rezalnimi prehodi za 27-krat.

Ko debelina dna pade pod 2,0 mm v žepu, ki je širši od 50 mm krat 50 mm, se spodnja plošča ločuje med konkavnimi in konveksnimi oblikami pod rahlim pritiskom palca.

Med obdelavo zadrževalne sile pogosto prikrijejo to nestabilnost:

· Popačenje vakuumske pritrditve:Vakuumska vpenjalna glava potegne tanko dno plosko proti osnovni plošči, medtem ko spodnji končni rezkar plosko odreže površino. Ko se vakuum sprosti, elastična obnovitev potisne tla navzgor, kar povzroči kronsko središče, ki kršidosegljive tolerance pri obdelavi aluminija.

· Mehanska napetost vpenjanja:Mehanske čeljusti primeža stisnejo obod obdelovanca. Ko je sredina žepa izrezana, se oslabljeno dno upogne zaradi preostale vpenjalne obremenitve.

Protokoli za-razbremenitev in strukturna integracija reber

Za ohranjanje ravnosti tal znotraj ±0,020 mm na globokih votlinah ob spoštovanjuminimalna inženirska pravila za debelino stene, Dazao izvaja naslednje-tehnologije trgovskih tal:

· Dvo{0}}stopenjsko raz-obremenjevanje:Grobo izrežite glavno votlino, tako da na tleh in stenah ostane 1,0 mm zaloga, popolnoma sprostite del iz primeža, da omogočite sprostitev napetosti, nato pa rahlo ponovno vpnite s kalibriranim navorom (5 do 8 Nm) za zaključne prehode.

· Vgrajena ojačitvena rebra:Namesto strojne obdelave širokega 1,5 mm ravnega poda, vključite sekajoča se 3,0 mm široka in 4,0 mm visoka ojačitvena rebra čez tla. To poveča strukturni modul preseka za več kot 400 %, hkrati pa dosega ciljno usmerjeno zmanjšanje teže.

Pakiranje čipov, dinamika evakuacije in toplotno varjenje

Mehanika za ponovno rezanje in vgrajen-rob v slepih žepih

Pri operacijah z globokimi votlinami preživetje orodja narekuje odmik ostružkov. Ko globina votline preseže 3-kratni premer orodja, se ostružki težko izognejo odprtini žepa zaradi zračne turbulence in gravitacije.

Pri rezkanju aluminijevih zlitin pri obodnih rezalnih hitrostih od 300 do 800 m/min poznačilnosti CNC obdelave aluminijeve zlitine:

· Standardne šobe za poplavno hladilno tekočino ustvarjajo hidravlični protitlak in vrtinčenje tekočine na odprtini žepa, ki ne prodre do spodnjega območja rezanja.

· Evakuirani ostružki izgubijo hitrost navzgor, padejo nazaj na rezalno pot in se ujamejo med žlebove orodja in stranske stene žepa.

· Rezilni robovi ponovno režejo te ohlapne ostružke in ustvarijo lokalne temperature trenja, ki presegajo 450 stopinj.

Ta ekstremna toplotna konica povzroči, da se duktilne aluminijeve zlitine, kot je Al6061-T6, plastificirajo in se zaradi trenja-privarijo neposredno na žlebove orodja iz karbidne trdine, kar tvori uničujoč vgrajen rob. Ko se žlebovi zamašijo z varjenimi aluminijastimi čipi, se rezalno delovanje ustavi in ​​stebla orodja se takoj zaskočijo.

Skozi-zračno pihanje vretena in spodnje razbremenilne odprtine

Za vzdrževanje enakomernega odvajanja odrezkov brez tveganja pakiranja odrezkov:

Kjer zahteve glede zaprtega ohišja niso obvezne, vključno zstandardne prakse vrtanja lukenj in prezračevanjaz namestitvijo 3,0 mm do 6,0 mm reliefnih drenažnih lukenj na spodnjih vogalih pretvori slepe žepe v odprte pretočne kanale. To omogoča gravitaciji, hladilni tekočini in ostružkom, da prosto izstopijo skozi dno napeljave.

Model stroškov-globinske žepne obdelave

Kazni za amortizacijo orodja in stopnjo odstranitve kovine

Stroški obdelave žepnih elementov se povečajo ne-linearno, ko globina votline preseže standardne kataloške dolžine orodja. Prijavijo se lahko oblikovalcistrategije zmanjševanja stroškov za strojno obdelavo aluminijada bodo proračuni orodja pod nadzorom.

Skupni čas obdelovalnega cikla za votlino se poveča približno s kvadratom razmerja med dejansko globino in trikratnim premerom orodja.

Trije glavni dejavniki vodijo to krivuljo stroškov:

· Nakup in obraba orodja:Standardni 10 mm 3-rezkar z žlebovi stane približno 30 USD. Antivibracijsko orodje s podaljšanim- dosegom 10 mm s prevleko DLC stane od 160 do 240 USD, medtem ko zdrži le del standardne življenjske dobe orodja pod velikimi obremenitvami z odrezki.

· Znižanje stopnje odstranjevanja kovin:Da ohranijo upogib pod 0,02 mm, morajo programerji zmanjšati radialni vpetje s 40 % na 5 % in zmanjšati pomik na zob za več kot 60 %.

· Zaporedni preostali-prehodi rezkanja:Globoki žepi z ozkimi vogalnimi radiji zahtevajo več vmesnih korakov-navzdol z uporabo postopno manjših čelnih rezkarjev, množenja časa cikla in pogostosti menjave orodja.

Monolitno globoko rezkanje v primerjavi z. 5-indeksiranjem osi v primerjavi z razdeljenimi sklopi

Pri analizi ekonomike izdelave delov ocenjevanjeKompromisi pri izbiri 3-osnega v primerjavi s 5-osnim strojemrazkriva jasne stroškovne meje za geometrijo globokega žepa.

Kontrolni seznam za preverjanje DFM in alternativna proizvodnja

Inženirski samo{0}}inšpekcijski potek dela

Preden pošljete modele CAD podjetju Dazao za ponudbo proizvodnje, preverite svojo geometrijo žepa glede na naslednji-kontrolni seznam-korak:

1. Preverite globino žepa glede na premer orodja:Zagotovite, da standardna globina žepa ne presega 3- do 4-kratnega največjega dovoljenega premera rezalnika glede na radije vogalov.

2. Uporabite pravilo 15-odstotnega kotnega polmera:Prepričajte se, da vsi navpični polmeri notranjih kotov merijo vsaj 1,15-kratni nazivni polmer predvidenega rezkalnega orodja.

3. Preverite radije mešanja tal-in-stene:Dodajte 0,5 mm do 2,0 mm prehodni zaokrožek vzdolž talnega oboda, da omogočite uporabo togih no-rezil.

4. Potrdite debelino spodnjega poda:Ohranite debelino talne obloge najmanj 2,0 mm za razpone pod 100 mm in 3,5 mm ali več s konstrukcijskimi rebri za večje površine.

5. Preglejte zračnosti držal orodja:Preverite, ali je zgornja odprtina za votlino primerna za standardne premere vpenjalnih klešč brez trkov s telesi.

EDM z grezilom, žično erozijo in hibridne aditivne strategije

Ko funkcionalne specifikacije zahtevajo globoke funkcije, ki presegajo običajne omejitve rezkanja, Dazao integrira alternativne netradicionalne postopke obdelave: