Smjernice za dizajn CNC džepova: Vodič za dubinu, radijus i cijenu

Optimiziranjedžep dizajn cnckonfiguracije zahtevaju domet alata za balansiranje, radijuse unutrašnjeg ugla i krutost radnog komada u odnosu na fiziku rezanja. Troškovi obrade rastu ne-linearno kada dubina šupljine pređe 3 do 4 puta prečnik rezača zbog skaliranja ugiba alata s kockom dužine i obrnuto s četvrtom potencijom prečnika. Da bi se spriječilo treperenje, lomljenje alata i suženje zida, dizajneri moraju specificirati unutrašnje radijuse uglova najmanje 15% veće od radijusa alata, uzeti u obzir zazore držača alata u stepenastim džepovima i održavati minimalnu debljinu poda od 2,0 mm kako bi se izbjeglo savijanje zaostalog naprezanja.

CAD geometrija u odnosu na fizička ograničenja CNC obrade

Zamka vizualnog ekstruzije u 3D CAD modeliranju

U CAD softveru, kreiranje džepa pravougaonog ili slobodnog oblika zahtijeva jednu operaciju{0}}ekstrudiranja. U fizičkoj proizvodnji, ta ista karakteristika diktira kinematiku mašine, krutost reznog alata, ograničenja opterećenja vretena, putanje za čišćenje strugotine i vremena ciklusa. Funkcija kojoj su potrebne tri sekunde za modeliranje može umnožiti konačni rezultatCijena CNC džepne obradeznačajno ako dimenzije unutrašnje šupljine krše fiziku alata tokomvisoko{0}}precizne CNC operacije glodanja.

Kada timovi za nabavku i mašinski inženjeri pošalju crteže delova u spoljne mašinske radionice, duboki zatvoreni džepovi predstavljaju primarni pokretač naloga za inženjerske promene, odloženih rokova isporuke i odbijanja ponude. Do sloma dolazi zato što 3D čvrsti modeli prikazuju geometriju kao krute, nepopustljive zapremine. Izostavljaju dinamičke sile rezanja, ograničenja dosega vretena i vibracionu rezonanciju koja se javlja kada završni mlin uđe u sirovi materijal.

Studija slučaja: Al6061 Optical Cavity Production Run

U proizvodnom pogonu Xiamen Dazao Machinery, naš inženjerski tim je pregledao proizvodni ciklus od 120 kućišta optičkih senzora izrađenih od Al6061-T6. Originalni model za kupce imao je unutrašnji džep 85 mm dubine i 30 mm širine, sa oštrim unutrašnjim vertikalnim uglovima R1,5 mm i neojačanom debljinom poda od 1,2 mm. Nacrt kupca navodi standardnu ​​linearnu toleranciju od ±0,05 mm, ravnost poda od 0,03 mm i zahtjev za završnu obradu površine od Ra 0,8 µm.

Izvođenje ove karakteristike kako je prvobitno nacrtano zahtijevalo je mikro-glodalicu prečnika 3 mm sa omjerom prepusta-prema-prečnika većim od 28 prema 1 da bi se uglovi očistili. Rezultirajuća postavka izazvala je trenutno treperenje alata, jako suženje zida, šiljke površinske hrapavosti iznad Ra 3,2 µm i tri slomljena alata od čvrstog karbida unutar prva dva komada za postavljanje. Nakon našeg pregleda podDFM smjernice za strojnu obradu aluminija, redizajniranje dijela sa stepenastim-uglovima promaja, povećan radijus unutrašnjeg ugla od R4,0 mm i debljina poda od 2,5 mm smanjili su vrijeme ciklusa obrade po jedinici sa 48 minuta na 11 minuta uz zadržavanje svih funkcionalnih interfejsa optičkih senzora.

Dubina šupljine, fizika prepusta i otklon alata

Zakon o ugibu kubnog alata u dubokim šupljinama

Primarno fizičko ograničenje uCNC obrada dubokog džepaje otklon alata. Kada krajnja glodalica zahvati materijal, radijalne sile rezanja guraju vrh alata dalje od programirane putanje alata.

Prema principima mehanike grede, fizički otklon cilindričnog reznog alata je direktno proporcionalan sili rezanja pomnoženoj sa kockom dužine prepusta alata. Nadalje, otklon je obrnuto proporcionalan modulu elastičnosti materijala alata pomnoženom s četvrtom potencijom prečnika alata.

Budući da se otklon mjeri s kockom dužine alata i obrnuto s četvrtom potencijom prečnika alata, udvostručenje dosega alata bez promjene njegovog prečnika povećava otklon za faktor 8. Obrnuto, prepolovljenje prečnika alata pri fiksnom prepustu povećava seCNC džepni otklon alatasa faktorom 16.

Dubina-prema-omjeri širine i razmak omotača držača alata

Po standarduSmjernice za dizajn CNC džepova, dubina šupljine bi u idealnom slučaju trebala ostati unutar 3 do 4 puta većeg od prečnika reznog alata. Određivanje sefaCNC prečnik alata dubine džepalimit osigurava stabilno opterećenje čipa bez klepetanja. Za opštu geometriju šupljina,CNC omjer dubine i širine džepane bi trebalo da prelazi 3 prema 1 za standardne 3-osne postavke.

Prilikom evaluacijekoliko dubok može biti CNC džep, obradni centri mogu izraditi džepove do 8 do 10 prečnika alata, ali to pomjera proces sa standardne dinamičke grube obrade na specijaliziranu,-skupinu proizvodnju.

Uobičajeni previd u dizajnuCNC dizajn dubokog džepaprovjerava samo dužinu žleba alata, a zanemaruje fizički omotač držača alata, kao što je ER32 stezna stezna glava, hidraulična stezna glava ili termoskupljajući držač. Kada džep prelazi dubinu od 50 mm, krajna glodalica ne može jednostavno viriti 60 mm iz stezne čahure bez ozbiljnog otklona. Telo držača alata ima značajan prečnik; na primjer, ER32 navrtka ima vanjski prečnik od 50 mm. Ako je otvor džepa širok 40 mm i dubok 60 mm, matica čaure će se fizički sudariti s gornjim perimetrom obratka prije nego što alat dođe do donjeg poda.

Za obradu takvih karakteristika bez sudara držača:

· Projektant treba da otvori gornji profil šupljine sa stepenastom kontra{0}}probušenom geometrijom.

· Mašinska radionica mora postaviti tanke-skupljanje{1}}držače, koji nose manji moment stezanja i zahtijevaju lakše rezove.

· Dizajner treba da primeni ugao promaja od 1 do 3 stepena na bočnim zidovima šupljine, obezbeđujući progresivni zazor kako sekač spušta.

Odabir radijusa unutarnjeg kuta i kinematika putanje alata

Šiljci za zahvat reznog alata na unutrašnjim uglovima

Izbor unutrašnje vertikaleCNC radijus ugla džepadirektno upravlja ubrzanjem mašine, radijalnim uglovima zahvata i pojavom strukturnih tragova klepetanja.

Kada se glodalo kreće duž ravne bočne strane, radijalni ugao zahvata je obično nizak, u prosjeku od 30 do 60 stepeni. Kako rezač ulazi u oštar unutrašnji ugao od 90 stepeni gde se radijus džepa tačno poklapa sa radijusom alata, alat dolazi u kontakt sa materijalom preko luka zahvata od 180 stepeni.

Ovaj nagli porast radijalnog zahvata uzrokuje:

· Trenutačno povećanje radijalnog pritiska rezanja, tjerajući vrh alata dalje od ugla.

· Ozbiljne-tragove visoke frekvencije na obje strane koje se ukrštaju, kršeći standardspecifikacije hrapavosti površine za brušene džepove.

· Mikro{0}}odrezivanje duž reznih ivica od tvrdog metala, ubrzava habanje alata.

· Usporavanje osovine na skoro-nultu vrijednost, uzrokujući tragove zadržavanja i nakupljanje topline.

Pravilo prevelike veličine radijusa ugla od 15% za -brzo glodanje

Da bi se održalo kontinuirano kretanje alata i omogućile-brzine trohoidne putanje zavoja, programirani radijus unutrašnjeg ugla uvijek mora biti veći od polumjera reznog alata. Pridržavajući seoptimizacija troškova radijusa unutrašnjeg uglaprincipi održavaju stabilne brzine pomaka mašine i izbegavaju zastoj alata.

Praktično pravilo za unutrašnje radijuse ugla navodi da programirani radijus ugla mora biti jednak ili veći od 1,15 puta radijusa reznog alata.

Određivanje potpuno oštrog donjeg ugla gdje se bočna stijenka susreće s podom zahtijeva završnu glodalicu s četvrtastim uglovima. Alat s kvadratnim{1}}krajom koncentriše naprezanje rezanja na oštrim vrhovima, čineći alat sklonim lomljenju pod velikim opterećenjem strugotine. Dodavanje poluprečnika fileta za pod-na-od 0,5 mm do 2,0 mm omogućava upotrebu -glavnih glodala, raspodjelu pritiska rezanja po radijusu i produženje vijeka trajanja alata za više od tri puta.

Debljina poda, zaostala naprezanja i kontrola savijanja

Pogreške u-izvijanju i vakuumskom fiksiranju

Određivanje pretjerano tankogCNC džepna debljina podaunosi strukturnu nestabilnost tokom rezanja i geometrijsko izobličenje nakon otpuštanja dijela. U-brzinom mljevenja, sirove gredice sadrže unutrašnje zaostale naprezanja od operacija gašenja i istezanja osim ako inženjeriodaberite razrede materijala za{0}}ublažene naprezanjakao što je Al6061-T651. Kada alat ukloni 80% do 90% sirovog bloka kako bi se formirala duboka šupljina, unutrašnji naponi se ponovo uravnotežuju, uzrokujući povijanje tankih podova.

Pod mehanikom savijanja ploča, otklon poda pod aksijalnim opterećenjem alata poniranjem je obrnuto proporcionalan kocki debljine poda. Smanjenje debljine poda sa 3,0 mm na 1,0 mm povećava savijanje poda tokom prolaza rezanja za 27 puta.

Kada debljina poda padne ispod 2,0 mm preko džepa šireg od 50 mm x 50 mm, donja ploča pokazuje ponašanje-u konzerviranju ulja, skače između konkavnih i konveksnih oblika pod laganim pritiskom palca.

Tokom obrade, sile prianjanja često prikrivaju ovu nestabilnost:

· Izobličenje vakuumskog fiksiranja:Vakumska stezna glava povlači tanki pod ravno uz osnovnu ploču dok donja završna glodalica za završnu obradu seče površinu ravno. Jednom kada se vakuum oslobodi, elastični oporavak podiže pod prema gore, stvarajući ukrućeni centar koji kršiostvarive tolerancije obrade aluminijuma.

· Mehaničko stezanje:Zatezanjem mehaničkih čeljusti stisnu perimetar radnog predmeta. Kada se središte džepa izvuče, oslabljeno dno se kopča pod zaostalim naprezanjem stezanja.

Protokoli za ublažavanje stresa- i integracija strukturnih rebara

Za održavanje ravnosti poda unutar ±0,020 mm na dubokim šupljinama uz poštovanjeinženjerska pravila minimalne debljine zida, Dazao implementira sljedeće shop{0}}tehnike:

· Dvo{0}}de-naprezanje grube obrade:Izbušite glavnu šupljinu ostavljajući 1,0 mm materijala na podu i zidovima, potpuno oslobodite dio od škripca kako biste omogućili opuštanje naprezanja, a zatim lagano ponovno zategnite kalibriranim momentom (5 do 8 Nm) za završne prolaze.

· Integrisana rebra za učvršćivanje:Umjesto obrade velikog ravnog poda od 1,5 mm, ugradite rebra za ojačanje širine 3,0 mm i visine 4,0 mm po podu. Ovo povećava modul strukturne presjeke za preko 400% uz postizanje ciljanih ciljeva smanjenja težine.

Pakovanje čipova, dinamika evakuacije i termičko zavarivanje

Mehanika ponovnog rezanja i nadograđena-ivica u slijepim džepovima

U operacijama sa dubokim šupljinama, čišćenje strugotine diktira opstanak alata. Kada dubina šupljine pređe 3 puta prečnik alata, strugotine se bore da pobegnu iz džepnog otvora zbog turbulencije vazduha i gravitacije.

Prilikom glodanja aluminijskih legura pri perifernim brzinama rezanja od 300 do 800 m/min premakarakteristike CNC obrade od legure aluminijuma:

· Standardne mlaznice rashladne tečnosti stvaraju hidraulički protivpritisak i kovitlanje tečnosti na otvoru džepa, ne uspevajući da prodre do donje zone rezanja.

· Evakuisana strugotina gubi brzinu prema gore, pada nazad na putanju rezanja i biva uhvaćena između žlebova alata i bočnih zidova džepova.

· Rezne ivice ponovo režu ove labave strugotine, stvarajući lokalizovane temperature trenja koje prelaze 450 stepeni.

Ovaj ekstremni termički šiljak uzrokuje da se duktilne aluminijumske legure poput Al6061-T6 plastificiraju i trenjem-zavaruju direktno na žljebove karbidnih alata, formirajući destruktivnu ivicu. Jednom kada se žlebovi začepe zavarenim aluminijskim strugotinama, djelovanje rezanja prestaje i drške alata momentalno pucaju.

Kroz-puhanje zraka vretena i donje otvore za otpuštanje

Za održavanje stabilne evakuacije strugotine bez rizika od pakiranja strugotine:

Tamo gdje zahtjevi za zapečaćeno kućište nisu obavezni, ugraditistandardne prakse bušenja rupa i ventilacijepostavljanjem reljefnih drenažnih rupa od 3,0 mm do 6,0 mm u donjim uglovima pretvara slijepe džepove u otvorene kanale za protok. Ovo omogućava gravitaciji, rashladnoj tečnosti i strugotini da slobodno izlaze kroz dno uređaja.

In-Model troškova dubinske džepne obrade

Kazne za amortizaciju alata i stopa uklanjanja metala

Troškovi obrade džepnih karakteristika rastu ne-linearno kada dubina šupljine premaši standardne kataloške dužine alata. Dizajneri se mogu prijavitistrategije smanjenja troškova za obradu aluminijumada se budžeti alata drže pod kontrolom.

Ukupno vrijeme ciklusa obrade za šupljinu raste otprilike s kvadratom omjera između stvarne dubine i tri puta prečnika alata.

Tri glavna faktora utiču na ovu krivu troškova:

· Kupovina i habanje alata:Standardna glodalica za flautu od 10 mm 3-košta približno 30 USD. Alat za zaštitu od vibracija-sa proširenim dosegom od 10 mm sa DLC premazom košta 160 do 240 USD, dok izdržava samo djelić standardnog vijeka trajanja alata pod velikim opterećenjem strugotine.

· Smanjenje stope uklanjanja metala:Da bi zadržali otklon ispod 0,02 mm, programeri moraju smanjiti radijalni zahvat sa 40% na 5% i smanjiti pomak po zubu za preko 60%.

· Sekvencijalni odmor-Prolazi glodanja:Duboki džepovi sa uskim radijusima uglova zahtijevaju višestruke posredne korake{0}}dolje korištenjem progresivno manjih krajnjih glodala, množenjem vremena ciklusa i učestalosti izmjene alata.

Monolitno duboko glodanje naspram. 5-indeksiranja osi naspram podijeljenih sklopova

Prilikom analize ekonomije proizvodnje dijelova, ocjenjivanje3-osne u odnosu na 5-osni izbor mašinaotkriva jasne granice troškova za geometriju dubokog džepa.

DFM kontrolna lista za provjeru i alternativna proizvodnja

Inženjerski{0}}Tok rada samoinspekcije

Prije nego što podnesete CAD modele Dazaou za ponudu proizvodnje, provjerite svoju geometriju džepa u skladu sa sljedećom -po{1}}listom korak po{1}}:

1. Provjerite dubinu džepa u odnosu na promjer alata:Osigurajte da standardna dubina džepa ne prelazi 3 do 4 puta maksimalnog dozvoljenog prečnika rezača na osnovu radijusa uglova.

2. Primijenite pravilo 15% radijusa ugla:Provjerite jesu li svi vertikalni radijusi unutarnjeg kuta najmanje 1,15 puta veći od nominalnog polumjera predviđenog alata za glodanje.

3. Potvrdite radijuse miješanja poda-do-zida:Dodajte prijelazni ugao od 0,5 mm do 2,0 mm duž perimetra poda kako biste omogućili upotrebu krutih{2}}glodala.

4. Potvrdite debljinu donjeg poda:Održavajte debljinu poda od najmanje 2,0 mm za raspone ispod 100 mm i 3,5 mm ili više sa strukturalnim rebrima za veće površine.

5. Pregledajte zazore držača alata:Provjerite da li gornji otvor šupljine odgovara standardnim promjerima stezne čaure bez sudara tijela.

Sinker EDM, Wire EDM i hibridne aditivne strategije

Kada funkcionalne specifikacije zahtijevaju duboke karakteristike koje premašuju konvencionalna ograničenja glodanja, Dazao integriše alternativne ne-tradicionalne procese obrade: