Precizna CNC obradaVitka osovina: kako kontroliramo skretanje (a da ne poludimo)
Budimo iskreni. Ako pitate bilo kog mehaničara u našoj radnji koji dio najviše mrze da radi, neće reći složeni 5-osni aerokosmičko radno kolo. Vjerovatno će upućivati na vitku osovinu jednostavnog izgleda.
Samo prošlog mjeseca, mušterija je uvela pravu horor predstavu. Koristili smo osovinu od nehrđajućeg čelika 316L. Više je ličio na špagete nego na mašinski obrađenu komponentu. Njegov omjer dužine-prema-promjeru (L/D) bio je 35:1.
Kada vaš omjer L/D prijeđe 10 ili 12, nedostatak krutosti znači da se metal ponaša kao mokri rezanci. Ako vašem dobavljaču nedostaju odgovarajuće vještine, možete dobiti konusne dijelove, grube završne obrade i komade koji se savijaju nakon strojne obrade. Vidjeli smo kako nam kupci dolaze tražeći pomoć. Njihov posljednji nisko{5}}dobavljač isporučio je 2.000 osovina koje su izgledale kao banane.
Evo jasnog uvida u ono što nam radi u radnji. Pomaže u smanjenju otklona, vibracija i termičkog širenja prilikom obrade vitkih dijelova. Bez teorija udžbenika-samo prave radnje-popravke poda.
Zašto vitke osovine tako često otkazuju? Fizika iza glavobolje?
Sve se svodi na fiziku. Kada vučete rezni alat od tvrdog metala preko dugog metalnog komada bez potpore, suočavate se s tri glavna izazova odjednom.
1. Radijalna defleksija (efekat "luka")
Tokom tokarenja, rezni alat stvara aksijalnu silu koja se kreće duž dužine radnog komada. Također stvara radijalnu silu koja pritiska u stranu dijela. Budući da je osovina tanka i dugačka, nedostaje joj krutost grede da se odupre tom radijalnom pritisku. Doslovno se savija od alata.
Rezultat? Alat reže manje materijala u sredini osovine nego na krajevima. Završite sa bačvom ili oblikom "bubnja"-debele u sredini, tanke na krajevima. Fizika pobjeđuje svaki put ako je ne podržavate kako treba.
2. To vrišteće brbljanje (harmonične vibracije)
Ako ste proveli neko vrijeme u mašinskoj radionici, znate zvuk. visoko-cviljenje što znači da se vaš alat odbija od materijala umjesto da ga reže.
Loša krutost dovodi do visoko-harmonskih vibracija visoke frekvencije. Ovo brbljanje uništava vašu površinu i ostavlja ružne tigraste-trage. Takođe može odlomiti vaše skupe umetke od karbida u roku od nekoliko minuta.
3. Toplotna ekspanzija (Tihi ubica)
Metali rastu kada se zagreju. Rezanje dugačke osovine stvara ogromnu količinu trenja i topline.
Na primjer, aluminijum dužine 500 mm može lako da naraste nekoliko hiljaditih delova inča samo ako se zagreje na dodir. Ako kruta stezna glava i kruti stražnji nosač čvrsto zaključaju to vratilo, dodatna dužina nema gdje otići. Mora se kopčati i savijati prema van.
Ultimativni popravak: CNC obrada švicarskog-tipa
Ako koristimo tanku osovinu koja je ispod 32 mm (oko 1,25 inča) u prečniku, omjer L/D može biti visok. U tom slučaju ne koristimo standardne CNC strugove. Prebacujemo posao direktno na naše CNC mašine švicarskog-tipa (poput naših Citizens ili Tsugamis).
Biću iskren sa tobom:Švicarska strojna obrada je ultimativni cheat kod za vitke osovine.
Zašto? Sve je u vezi sa vodičem.
Za razliku od konvencionalnog struga, gdje se radni komad proteže od stezne glave, švicarska mašina radi na suprotan način. Vrlo precizna vodeća čaura provlači sirovu šipku. Alat za rezanje stoji nepomično, odmah pored te čahure-obično udaljene samo milimetar ili dva. Materijal klizi napolje, a alat ga reže kako izlazi.
Budući da alat seče tik uz oslonac,L/D omjer na mjestu reza je blizu nule. Defleksija potpuno nestaje. Chatter je mrtav.
Sa švajcarskim- obradom, održavamo čvrste tolerancije prečnika od ±0,005 mm (0,0002 inča) i završne obrade Ra 0,4.
To radimo na dijelovima koje mnoge druge trgovine odbijaju citirati. Osim toga, možemo glodati ravne, izbušiti unakrsne-rupe i urezati navoje sve u jednoj jedinici, što drastično rješava greške.
Tradicionalni savjeti za strug (kada je radni komad prevelik za švicarca)
Švicarske mašine su nevjerovatne, ali imaju maksimum pri određenim prečnicima. Ako nam kupac pošalje prilagođenu osovinu pumpe prečnika 50 mm i dužine 800 mm, ona neće stati u švicarski strug. Moramo se osloniti na konvencionalnoCNC tokarenjecentri.
Evo kako sprečavamo velike vitke osovine da se pretvore u banane:
1. Stalni odmori naspram odmori sljedbenika
Morate poduprijeti sredinu reza.
· Operater popravlja aSteady Restdo kreveta mašine. Zadržava jedno određeno mjesto na osovini dok alat seče na drugom mjestu. Odlično za bušenje kraja dugačke osovine, ali nije savršeno za duge prolaze okretanja.
· A Follower Restvijke pravo na nosač alata. Putuje sa reznim alatom, stalno podržavajući osovinu direktno nasuprot silama rezanja. Ovo je efikasno, ali postavljanje valjaka za oslonac za sljedbenike tako da ne izgrebu novu reznu površinu zahtijeva stručnog strojara.
2. Obrnuto okretanje (trik sa zatezanjem)
Obično počnete da sečete na kraju zadnjeg dela i uvlačite alat prema steznoj glavi. To stavlja tanku osovinu pod kompresiju. Loša ideja.
Umjesto toga, programiramo mašinu da startuje u blizini stezne glave i seče unazad prema stražnjoj zupci. Ovo dovodi osovinu pod vučnu napetost. Zamislite to kao čvrsto povlačenje žice gitare-koja prirodno želi da ostane savršeno ravna.
3. Dvostruko-okretanje kupole
Ako izvodimo posao na CNC strugu sa dva revolvera, koristimo okretanje prstima. Gornji alat i donji alat programiramo da seku jedan naspram drugog u tom trenutku.
Jedan alat uzima grubi prolaz, drugi lagano traga za završnim prolazom. Radijalne sile guranja jedna drugu u potpunosti poništavaju. Okno čak i ne zna da ga neko gura.
4. Opružni-Centri uživo napunjeni oprugom i pritisak u stražnjem dijelu
Za borbu protiv toplotnog širenja koje sam ranije spomenuo, nikada ne koristimo mrtvi čvrsti centar. Koristimo centre pod naponom sa unutrašnjom oprugom u stražnjem dijelu.
Kako se osovina zagrijava i raste tokom teškog grubog prolaza, opruga zauzima dodatnu dužinu. Održava pritisak držanja konstantnim i sprječava izvijanje dijela.
Takođe, snižavanje hidrauličkog pritiska u stražnjem dijelu je ključno. Prevelik pritisak na osovinu od 10 mm će je savijati. To se može dogoditi prije nego što ga alat dotakne.
Tajne geometrije alata: koje umetke zapravo kupujemo
Možete imati najbolju mašinu na svetu, ali ako udarite u tanku osovinu pogrešnim umetkom od karbida, loše ćete se provesti. Evo kako izgleda naš krevetić za alat za ove poslove:
· Mali poluprečnik nosa: Standardni umetci često imaju radijus nosa od 0,8 mm ili 0,4 mm. Za vitke osovine to spuštamo na 0,2 mm (0,008") ili čak 0,1 mm. Veći radijus djeluje kao snježni stroj, stvarajući masivni radijalni pritisak koji odbacuje dio. Oštar, mali radijus djeluje poput skalpela, smanjujući silu rezanja.
·Visoki pozitivni uglovi grabljanja: Odbacujemo teške, negativne-umetke za grubo grebanje. Koristimo visoko-pozitivne,-oštre aluminijumske-metke za rezanje, čak i na čeliku ponekad, da bismo materijal srezali čisto. Pomaže u sprečavanju kidanja.
· Umeci brisača (finish hack): Normalno, mali radijus nosa daje lošezavršna obrada površine. Osim ako ne usporite brzinu uvlačenja do puzanja.
Da to popravimo, koristimo umetke "Wiper". Imaju sekundarnu ravnu ivicu koja djeluje kao lopatica i izglađuje tragove uvlačenja. Ovo nam omogućava da trčimo u malom radijusu za nizak pritisak, dok i dalje dobijamo uglačanu završnu obradu pri pristojnim brzinama.
Vodič za odabir materijala za vitke osovine
Svaki metal se ponaša drugačije kada ga rastegnete i pokušate da ga isečete. Ako ste inženjer koji bira materijal, prvo pročitajte ovo:
· 304 / 316 nerđajući čelik:Noćna mora ako se ne postupa pravilno. Djeluje-brzo stvrdnjava. Ako vaš alat trlja umjesto rezova, površina postaje staklena-tvrda, a dio se odmah savija. Potreban je izuzetno oštar alat i rashladno sredstvo.
· 17-4 PH nerđajući čelik:Zapravo mnogo bolje od serije 300 za duge osovine. Prelijepo se obrađuje u žarenom stanju i ostaje iznenađujuće ravan.
· Titanijum (5. razred):Gumasta je i ne provodi dobro toplinu. Toplina ostaje u zoni rezanja, što znači da alat sagorijeva, a osovina se gura. Zahtijeva izuzetno niske brzine rezanja i pjeskarenje rashladnom tekućinom pod visokim-pritiskom na ivici rezanja.
· Hladno valjani čelik (npr. 1018 CR):Najčešća zamka. Hladno valjanje opterećuje vanjsku kožu šipke ogromnim unutrašnjim stresom. Kada mašinski skinemo vanjsku kožu, naprezanje se neravnomjerno oslobađa, a osovina se iskrivljuje čim napusti mašinu. Uvijek navedite vruće-valjane ili napregnute-rasterećene zalihe za dugačke osovine!
Brza DFM usluga koju treba pitati inženjere
Za dizajnere koji ovo čitaju: uživamo u izradi vaših komponenti. Ako navedete dugačku, tanku osovinu, imajte na umu ove jednostavne savjete o dizajnu za proizvodnost (DFM). Oni će učiniti dio znatno jeftinijim i bržim da ga obradimo umjesto vas.
1.Olabavite sredinu:Stezna glava i centar čvrsto drže krajeve vaše osovine. Lako se drže čvrstih tolerancija.
Sredina je mjesto gdje se dio želi pokloniti. Ako srednji dio ne pristaje uz ležaj, remenicu ili zaptivku, koristite labaviju toleranciju. Na primjer, koristite ±0,1 mm umjesto ±0,01 mm. To nam štedi sate borbe sa mašinom, što štedi vaš novac.
2.Gledajte Keyways:Glodanje dubokog, dugačkog utora za klin duž dugačke osovine oslobađa unutrašnje naprezanje. Može se iskriviti odjednom kada dođe docentar za mljevenje. Ako vam je potreban dugačak utor za ključeve, dizajnirajte dva simetrična utora za ključeve, po jedan sa svake strane, kako biste uravnotežili oslobađanje od naprezanja.
Ili planirajte da platite dodatno ravnanje i toplinske tretmane{0}}za ublažavanje stresa.
3.Izbjegavajte niti u mrtvom centru:Jedno{0}}urezivanje navoja stavlja veliki bočni pritisak na dio. Pokušajte držati navojne dijelove blizu krajeva osovine gdje je krutost najveća.
Prava-Svjetska studija slučaja: Spasavanje projekta medicinskog uređaja
Pretvorimo svu ovu teoriju u stvarnost.
· dio:Drška za endoskopski instrument.
· Materijal:316L nerđajući čelik.
· Specifikacije: prečnik 4 mm, dužina 150 mm (L/D odnos 37,5:1!).
· Problem:Prethodni dobavljač klijenta je rashodovao skoro 40% delova. Nisu mogli ispuniti strogi zahtjev za ravnomjernost od 0,02 mm. Tragovi čavrljanja uzrokovali su da dijelovi nisu uspjeli proći validaciju biološkog čišćenja.
· Naš popravak:Odmah smo bacili ovaj posao na naš 5-osni Citizen Swiss strug. Da bismo zaustavili blagu harmoničnu vibraciju na vrhu tokom završnog rezanja, prilagodili smo naše linije rashladne tečnosti od 2000 PSI.
Usmjerili smo ih na tačnu zonu sečenja. To je smanjilo toplinski rast. Također smo zamijenili na prilagođeni umetak za brisanje-visokih prizemnih-pozitivnih grabulja.
· Rezultat:Poslali smo seriju od 2.000 komada nedelju dana kasnije. Izvještaji o inspekciji našeg optičkog CMM-a pokazali su nula konus. Klijent je imao stopu prinosa od 100% na svojoj montažnoj traci.
Zaključak
Nakon godina u radnji u Dazaou, mogu vam reći jednu stvar. Obrada dugačke, tanke osovine brzo će vas poniziti ako ne poštujete fiziku.
Jednostavno ne možete baciti komad sirovog hladno-valjanog čelika u standardni strug, pritisnuti zeleno dugme i moliti se da izađe ravno. To jednostavno ne radi. Fizika će svaki put pobijediti u toj borbi.
U Dazaou smo zapravo izgradili ogroman dio naše reputacije na rukovanju upravo ovim poslovima iz noćne more. Mi to radimo agresivnim upravljanjem svakom malom varijablom. Bez obzira da li moja ekipa obavlja vaš posao na našim vrhunskim-švajcarskim mašinama za uklanjanje progiba, ne oslanjamo se na sreću.
Bez obzira da li biramo dvostruki-rezanje kupole, ne oslanjamo se na sreću.
Ili zamjenjujemo alat za-oštar umetak radijusa 0,1 mm da zaustavimo brbljanje.
Nikada ne dozvoljavamo da se rezultati svode na sreću. Znamo kako se metal želi kretati i zaustavljamo ga prije nego što to učini.
Ali gledajte, znam koliko frustrirajuće dizajniranje i nabavka ovih dijelova može biti. Svake sedmice razgovaram sa-umornim inženjerima i kupcima. Njihov dobavljač je upravo poslao još jednu seriju savijenih osovina.
Zbog toga, vidim da se ista specifična pitanja-koje čuju za kosu pojavljuju iznova i iznova. Dakle, prije nego što klikneš, hajde da zaronimo u prave odgovore na najčešće glavobolje sa vitkim zglobovima koje vidim.
Česta pitanja o Shop Flooru: Odgovori na teška pitanja
P1: Zašto se moja vitka osovina iskrivi nakon što je skinem sa mašine, čak i ako sam koristio zadnji dio i to je savršeno izmjereno u steznoj glavi?
A1:Unutrašnji stres. To je ubica.
Ako okrećete hladno{0}}valjani čelik, čeličana zadržava naprezanja u vanjskom sloju. Jednom kada odrežete tu kožu, stres se oslobađa. U trenutku kada otkopčate steznu glavu, dio se savija u vašoj ruci.
Popravi:Prestanite koristiti hladno{0}}valjane materijale za dugačke dijelove. Koristite vruće-valjane, žarene ili kupite materijale koji su prethodno{3}}raspušteni-naponom.
P2: Kako da zaustavim to zastrašujuće brbljanje pri okretanju tačno na sredini osovine?
A2:Brbljanje znači da vaš radijalni pritisak alata nadmašuje krutost osovine. Prvo, smanjite radijus nosa umetka na 0,1 mm. Mali radijus drastično smanjuje radijalni pritisak.
Drugo, provjerite je li vaš alat točno na središnjoj visini (ili čak dlaku iznad centra za vanjsko okretanje). Ako to ne uspije, pokušajte sa "Segmentiranim okretanjem".
Uronite i izrežite osovinu u kratke,-dubine pune sekcije. Krećite se prema steznoj glavi. Ne treba dugo, plitki prolazi kroz cijeli dio.
P3: Moj stalni odmor ostavlja gadne tragove i poene na površini. Kako da to popravim?
A3:Krhotine se vjerovatno zakače ispod vaših standardnih metalnih valjaka ili je pritisak stezanja previsok.
Popravi:Pokušajte prvo okrenuti glatku, malo preveliku stazu. Zatim zamotajte to mjesto slojem mesingane podloške. Nakon toga uključite valjke. Za super delikatne završne obrade, zamijenite čelične valjke za prilagođene bronzane ili teflonske (PTFE) vrhove.
P4: Da li je švicarska mašinska obrada uvijek odgovor za vitke osovine?
A4:Ne. Švicarske mašine su nevjerovatne, ali imaju dva nedostatka: veličinu i vrijeme postavljanja.
Njihov maksimalni opseg iznosi oko 32 mm do 38 mm. A postavljanje vodeće čahure i alata za Švajcarca je složeno i dugotrajno-.
Ako vam je potreban samo mali prototip od tri dijela, postavka švicarske mašine je prevelika. To košta vremena i novca.
Umjesto toga, koristite iskusnog tradicionalnog strojara. Neka pokreću standardni strug sa čvrstim osloncem.
P5: Mogu li samo trikovi programiranja popraviti otklon ako nemam stalan odmor ili švajcarac?
A5:U određenoj mjeri, da. Osim trika s povratnim-uvlačenjem koji sam ranije spomenuo, možete koristiti SSV (Varijacija brzine vretena) u svom G-kodu. Programiranjem vretena da ubrza i uspori za oko 10-15% tokom rezanja, poremetite rezonanciju koja uzrokuje klepetanje. Zvuči čudno kada mašina radi, ali radi kao magija.
P6: Kako izbušiti centralnu rupu u maloj osovini od 3 mm, a da je ne savijate odmah bušilicom?
A6:Ne možete samo ugurati centralnu bušilicu u malu, slobodno{0}}okačenu žicu. Morate to savršeno podržati. Ako ne koristite švicarsku mašinu, trebat će vam prilagođena podijeljena mesingana čaura.
Stavite ga u vreteno kako biste držali vrh potpuno krutim dok uočite središnju rupu. Bez vodilice, bušilica će samo gurnuti dio u stranu i slomiti se.
P7: Da li je rashladna tečnost toliko važna za dugačka vratila ili je samo za vijek trajanja alata?
A7:To je u potpunosti bitno za stabilnost dimenzija. Komad od nerđajućeg čelika od 500 mm lako će narasti za 0,1 mm samo od toplote na dodir. Ako ga zaključate između centara, taj rast ga prisiljava da se povija u stranu.
Potreban vam je -pritisak, -velika zapremina rashladnog sredstva na vrhu alata. Ovo održava jezgro osovine potpuno zamrznutim tokom cijelog rezanja.
P8: Možete li izbrusiti vitke osovine da zadrže čvrste tolerancije nakon okretanja?
A8:Da, i toplo se preporučuje. Brušenje bez centra je naš odlazak-u sekundarnu operaciju za vitke osovine. Zato što regulacioni točak i radna oštrica podržavaju deo po celoj dužini.
Dio se neće saviti dok prolazi kroz brusne ploče. kako postižemo zrcalne-završne obrade i mikronski-tačnost bez izazivanja novih naprezanja.
