Tarkkuus CNC-työstöOhut akselit: Kuinka hallitsemme taipumista (hullumatta)
Olkaamme rehellisiä. Jos kysyt joltakin koneistajalta, mitä osaa he vihaavat juoksemista eniten, he eivät sano monimutkaista 5-akselista ilmailu- ja avaruuspyörää. Ne osoittavat todennäköisesti yksinkertaisen näköistä hoikkaa vartta.
Juuri viime kuussa asiakas toi osan todellisen kauhuesityksen. Käytimme 316L ruostumattomasta teräksestä valmistettua akselia. Se näytti enemmän spagettia kuin koneistetulta komponentilta. Sen pituus---halkaisija (L/D) oli 35:1.
Kun L/D-suhde ylittää 10 tai 12, jäykkyyden puute tarkoittaa, että metalli käyttäytyy kuin märkä nuudeli. Jos toimittajaltasi puuttuu oikeat taidot, saatat saada kartiomaisia osia, karkeita pintakäsittelyjä ja kappaleita, jotka taipuvat koneistuksen jälkeen. Olemme nähneet ostajien kysyvän meiltä apua. Heidän viimeinen halpalentoyhtiönsä{5}}toimitti 2 000 vartta, jotka näyttivät banaaneilta.
Tässä on selkeä katsaus siihen, mikä toimii meille myymälässä. Se auttaa vähentämään taipumaa, tärinää ja lämpölaajenemista koneistettaessa ohuita osia. Ei oppikirjateorioita-vain todelliset myymälän-lattiakorjaukset.
Miksi hoikat akselit epäonnistuvat niin usein? Fysiikka päänsärkyn takana?
Kaikki riippuu fysiikasta. Kun vedät kovametallileikkaustyökalua pitkän, tukemattoman metallikappaleen poikki, kohtaat kolme suurta haastetta kerralla.
1. Säteittäinen taipuma ("jousen" vaikutus)
Sorvauksen aikana leikkuutyökalu luo aksiaalivoimaa, joka liikkuu työkappaleen pituutta pitkin. Se luo myös säteittäisen voiman, joka puristuu osan kylkeen. Koska akseli on ohut ja pitkä, siitä puuttuu säteen jäykkyys kestämään tätä radiaalista painetta. Se kirjaimellisesti taipuu pois työkalusta.
Tulos? Työkalu leikkaa vähemmän materiaalia akselin keskeltä kuin päistä. Lopputuloksena on piipun tai "rummun" muotoinen -keskipaksu, päistään ohut. Fysiikka voittaa joka kerta, jos et tue sitä oikein.
2. Se huutava puhe (harmoninen värähtely)
Jos olet viettänyt aikaa konepajassa, tiedät äänen. korkea-äännä, mikä tarkoittaa, että työkalusi pomppii materiaalista sen sijaan, että se viipaloisi sitä.
Huono jäykkyys johtaa{0}}korkeataajuiseen harmoniseen värähtelyyn. Tämä pulina pilaa pintasi ja jättää rumia tiikeri-raitajälkiä. Se voi myös murskata kalliit kovametalliterät muutamassa minuutissa.
3. Lämpölaajeneminen (The Silent Killer)
Metallit kasvavat kuumeneessaan. Pitkän akselin leikkaaminen synnyttää valtavan määrän kitkaa ja lämpöä.
Esimerkiksi 500 mm:n pituinen alumiini voi helposti kasvaa useita tuhannesosia tuumaa vain lämpenemällä koskettamalla. Jos jäykkä istukka ja jäykkä takatuki lukitsevat akselin tiukasti, lisäpituudella ei ole minne mennä. Sen täytyy taittua ja kumartua ulospäin.
Lopullinen ratkaisu: Sveitsiläinen{0}}tyyppinen CNC-koneistus
Jos käytämme ohutta akselia, jonka halkaisija on alle 32 mm (noin 1,25 tuumaa), L/D-suhde voi olla korkea. Siinä tapauksessa emme käytä tavallisia CNC-sorveja. Siirrämme työn suoraan sveitsiläisille-CNC-koneillemme (kuten Citizensille tai Tsugamisille).
Olen suoraan kanssasi:Sveitsiläinen koneistus on paras huijauskoodi ohuille akseleille.
Miksi? Kyse on ohjainholkista.
Toisin kuin perinteinen sorvi, jossa työkappale ulottuu istukasta, sveitsiläinen kone toimii päinvastoin. Erittäin tarkka ohjausholkki syöttää raakatankomassan läpi. Leikkuutyökalu on paikallaan, aivan holkin vieressä-yleensä vain millimetrin tai kahden päässä. Materiaali liukuu ulos, ja työkalu leikkaa sen esiin tullessaan.
Koska työkalu leikkaa aivan tuen vieressä,L/D-suhde leikkauspisteessä on lähellä nollaa. Taivuttaminen katoaa kokonaan. Chatter on kuollut.
Sveitsiläisen-tyyppisen koneistuksen avulla säilytämme tiukat halkaisijatoleranssit ±0,005 mm (0,0002 tuumaa) ja Ra 0,4 -viimeistelyt.
Teemme tämän osille, joita monet muut kaupat kieltäytyvät tarjoamasta. Lisäksi voimme jyrsiä litteitä, porata poikki-reikiä ja napata kierteitä yhdellä asennuksella, mikä käsittelee virheet dramaattisesti.
Perinteiset sorvin kärjet (kun työkappale on liian suuri sveitsiläiselle)
Sveitsiläiset koneet ovat uskomattomia, mutta ne saavuttavat maksimissaan tietyn halkaisijan. Jos asiakas lähettää meille räätälöidyn pumpun akselin, jonka halkaisija on 50 mm ja pituus 800 mm, se ei sovi sveitsiläiseen sorviin. Meidän täytyy luottaa tavanomaiseenCNC-sorvauskeskuksia.
Näin estämme suuria ohuita varsia muuttumasta banaaneiksi:
1. Tasaiset lepot vs. seuraajalepot
Sinun on tuettava leikkauksen keskikohtaa.
· Operaattori korjaa aTasainen lepokoneen sänkyyn. Se pitää yhden tietyn kohdan akselissa, kun työkalu leikkaa muualla. Erinomainen pitkän akselin pään poraamiseen, mutta ei täydellinen pitkille kääntökierroksille.
· A Seuraaja lepopultit suoraan työkalukelkkaan. Se kulkee leikkuutyökalun mukana ja tukee jatkuvasti akselia suoraan leikkausvoimia vastapäätä. Tämä on tehokasta, mutta seuraajien tukirullien asettaminen niin, etteivät ne naarmuta uutta leikkauspintaa, vaatii ammattitaitoista koneistajaa.
2. Syötön kääntäminen taaksepäin (jännitystemppu)
Yleensä aloitat leikkaamisen takatuen päästä ja syötät työkalua istukkaa kohti. Tämä puristaa ohuen akselin. Huono idea.
Sen sijaan ohjelmoimme koneen aloittamaan istukan läheltä ja leikkaamaan taaksepäin kohti peräpylvästä. Tämä asettaa akselin vetojännityksen alle. Ajattele sitä kuin kitaran kielen kiristämistä-, se luonnollisesti haluaa pysyä täysin suorana.
3. Kaksois-tornin puristuskierto
Jos suoritamme työtä kaksoistornilla{0}}CNC-sorvassa, käytämme puristussorvausta. Ohjelmoimme ylemmän ja alemman työkalun leikkaamaan toisiaan vastapäätä.
Yksi työkalu suorittaa rouhintakierroksen, toinen kulkee hieman maaliin. Säteittäiset työntövoimat kumoavat toisensa kokonaan. Akseli ei edes tiedä, että joku työntää sitä.
4. Jousikuormitetut keskukset ja takatuen paine
Aiemmin mainitsemani lämpölaajenemisen torjumiseksi emme koskaan käytä kuollutta kiinteää keskustaa. Käytämme jännittäviä keskuksia, joissa on sisäinen jousi takapalkissa.
Kun akseli kuumenee ja kasvaa raskaan rouhintaajon aikana, jousi vie ylimääräisen pituuden. Se pitää pitopaineen vakiona ja estää osaa lommahtamasta.
Myös hydraulisen takapuomin paineen alentaminen on ratkaisevan tärkeää. Liian suuri paine 10 mm:n akseliin taipuu sen. Tämä voi tapahtua ennen kuin työkalu edes koskettaa sitä.
Työkalugeometrian salaisuudet: mitä välikappaleita todella ostamme
Sinulla voi olla maailman paras kone, mutta jos osut kapeaan akseliin väärällä kovametalliterällä, sinulla on huono aika. Tältä näyttää työkalusängymme näihin töihin:
· Pieni nokkasäde: Vakioterillä on usein 0,8 mm tai 0,4 mm kärjen säde. Ohut akselit pudotamme sen 0,2 mm:iin tai jopa 0,1 mm:iin. Suurempi säde toimii kuin lumiaura ja muodostaa massiivisen radiaalipaineen, joka työntää osan pois. Terävä, pieni säde toimii kuin skalpelli ja pienentää leikkausvoimia.
·Suuret positiiviset harakulmat: Jätämme raskaat, negatiiviset{0}}haravan rouhintaterät. Käytämme erittäin-positiivisia, partateräviä-teräviä alumiini-leikkausteriä, joskus jopa teräksen päällä, leikkaamaan materiaalin siististi. Se auttaa estämään repeytymistä.
· Pyyhkimien sisäosat (The Finish Hack): Normaalisti pieni nenäsäde on huonopintakäsittely. Ellei hidasta syöttönopeutta indeksointiin.
Tämän korjaamiseksi käytämme "Wiper" -lisäosia. Niissä on toissijainen litteä reuna, joka toimii kuten lastalla ja tasoittaa syöttöjälkiä. Näin voimme ajaa pienellä säteellä alhaisella paineella, mutta silti saada kiillotettu pinta kunnollisilla nopeuksilla.
Materiaalinvalintaopas ohuille akseleille
Jokainen metalli käyttäytyy eri tavalla, kun venytät sitä ja yrität leikata sitä. Jos olet materiaalia poimiva insinööri, lue tämä ensin:
· 304/316 ruostumatonta terästä:Painajainen, jos sitä ei käsitellä oikein. Se toimii-kovettuu nopeasti. Jos työkalusi hankaa leikkausten sijaan, pinnasta tulee lasi-kovaa ja osa kumartuu välittömästi. Vaatii erittäin teräviä työkaluja ja jäähdytysnestettä.
· 17-4 PH ruostumaton teräs:Itse asiassa paljon parempi kuin 300-sarja pitkille akseleille. Se koneistuu kauniisti hehkutetussa tilassaan ja pysyy yllättävän suorana.
· Titaani (luokka 5):Se on kumimaista eikä johda lämpöä hyvin. Lämpö pysyy leikkausalueella, mikä tarkoittaa, että työkalu palaa ja akseli työntyy pois. Vaatii erittäin alhaisia leikkausnopeuksia ja korkeapaineista -jäähdytysnestepuhallusta suoraan leikkuureunassa.
· Kylmä-valssattu teräs (esim. 1018 CR):Yleisin ansa. Kylmävalssaus täyttää tangon ulkokuoren valtavalla sisäisellä jännityksellä. Kun koneistamme ulkokuoren irti, jännitys vapautuu epätasaisesti ja akseli vääntyy heti poistuessaan koneesta. Määritä aina Hot-Rolled tai Stressi-Kevennetty massa pitkille akseleille!
Nopea DFM-palvelus kysyäksesi insinööreiltä
Suunnitteluinsinööreille, jotka lukevat tätä: nautimme komponenttien valmistamisesta. Jos määrität pitkän, ohuen akselin, pidä nämä yksinkertaiset DFM (Design for Manufacturability) -vinkit mielessä. Ne tekevät osasta huomattavasti halvempaa ja nopeampaa, jotta voimme koneistaa puolestasi.
1.Löysää keskiosaa:Istukka ja keskiosa pitävät akselisi päistä tiukasti kiinni. Niissä on helppo pitää tiukat toleranssit.
Keskiosa on paikka, jossa osa haluaa kumartaa. Jos keskiosa ei sovi laakeria, hihnapyörää tai tiivistettä vasten, käytä löysempää toleranssia. Käytä esimerkiksi arvoa ±0,1 mm ±0,01 mm:n sijaan. Se säästää tunteja taistelussa konetta vastaan, mikä säästää rahaa.
2.Katso Keywayt:Jyrsintä syvä, pitkä kiilaura pitkin pitkää akselia vapauttaa sisäisen jännityksen. Se voi vääntyä heti, kun se saavuttaajyrsintäkeskus. Jos tarvitset pitkän kiilauran, suunnittele kaksi symmetristä kiilauraa, yksi kummallekin puolelle, tasapainottamaan jännitystä.
Tai suunnittelet maksavasi ylimääräisistä suoristuksista ja{0}}stressiä lievittävistä lämpöhoidoista.
3.Vältä ketjuja kuolleessa keskuksessa:Yksipiste{0}}kierteitys aiheuttaa paljon sivupainetta osaan. Yritä pitää kierreosat lähellä akselin päitä, joissa jäykkyys on suurin.
Real{0}}Maailman tapaustutkimus: Saving a Medical Device Project
Laitetaan kaikki tämä teoria todellisuuteen.
· Osa:Endoskooppisen instrumentin varsi.
· Materiaali:316L ruostumatonta terästä.
· Tekniset tiedot: halkaisija 4 mm, pituus 150 mm (L/D-suhde 37,5:1!).
· Ongelma:Asiakkaan edellinen toimittaja romutti lähes 40 % osista. He eivät pystyneet täyttämään tiukkaa 0,02 mm:n suoruusvaatimusta. Värinäjäljet aiheuttivat osien epäonnistumisen biologisessa puhdistuksessa.
· Korjauksemme:Lopetimme tämän työn välittömästi 5-akseliselle Citizen Swiss -sorvillemme. Pysäyttääksemme pienen harmonisen tärinän kärjessä viimeisen leikkauksen aikana, säätimme 2 000 PSI:n jäähdytysnestelinjojamme.
Suuntasimme ne tarkalleen leikkausalueelle. Tämä vähensi lämpökasvua. Vaihdoimme myös mukautettuun -maadoitettuun-positiiviseen haravapyyhkimeen.
· Tulos:Lähetimme 2 000 kappaleen erän viikon kuluttua. Optisen CMM:n tarkastusraportit osoittivat nollakartion. Asiakkaalla oli 100 %:n tuottoaste kokoonpanolinjallaan.
Johtopäätös
Vuosien jälkeen Dazaon myymälässä voin kertoa sinulle yhden asian. Pitkän, ohuen akselin työstäminen nöyrtyy nopeasti, jos et kunnioita fysiikkaa.
Et vain voi työntää palaa raakaa kylmävalssattua terästä-tavalliseen sorviin, painaa vihreää painiketta ja rukoilla, että se tulee ulos suoraan. Se ei yksinkertaisesti toimi. Fysiikka voittaa tämän taistelun joka ikinen kerta.
Dazaossa olemme itse asiassa rakentaneet valtavan osan maineestamme hoitamalla näitä painajaisia. Teemme sen hallitsemalla aggressiivisesti jokaista pientä muuttujaa. Riippumatta siitä, suorittaako miehistöni työsi huippuluokan sveitsiläisillä{2}}koneillamme poikkeaman poistamiseksi, emme luota onneen.
Valitsemmepa sitten kaksoistornin{0}}puristusleikkauksen, emme luota onneen.
Tai vaihdamme työkalut partakoneen-terävään 0,1 mm:n säteellä estämään puheen.
Emme koskaan antaneet tulosten riippua onnesta. Tiedämme kuinka metalli haluaa liikkua, ja pysäytämme sen ennen kuin se liikkuu.
Mutta katsokaa, tiedän kuinka turhauttavaa näiden osien suunnittelu ja hankinta voi olla. Puhun kyllästyneiden-insinöörien ja ostajien kanssa viikoittain. Heidän toimittajansa lähetti juuri toisen erän taivutettuja akseleita.
Tästä johtuen näen samoja erityisiä,{0}}hiuksia herättäviä kysymyksiä nousevan yhä uudelleen ja uudelleen. Joten, ennen kuin napsautat pois, sukeltakaamme todellisiin vastauksiin yleisimpiin näkemääni hoikkavarren päänsäryihin.
Kauppakerroksen UKK: Vastaaminen vaikeisiin kysymyksiin
Kysymys 1: Miksi hoikka akselini vääntyy sen jälkeen, kun olen ottanut sen pois koneesta, vaikka olisin käyttänyt perätankoa ja se on mitattu täydellisesti istukassa?
A1:Sisäinen stressi. Se on tappaja.
Jos sorvaat -kylmävalssattua terästä, terästehdas vangitsee jännitykset ulkokerrokseen. Kun leikkaat ihon pois, stressi vapautuu. Kun irrotat istukan, osa kumartuu kädessäsi.
Korjata:Lopeta kylmävalssatun{0}}massan käyttö pitkille osille. Käytä kuuma-valssattuja, hehkutettuja tai osta esi-jännitystä-kevennettyjä materiaaleja.
Kysymys 2: Kuinka lopetan sen pelottavan puheen, kun käännyn tarkalleen akselin keskikohtaa?
A2:Värinä tarkoittaa, että radiaalityökalusi paine voittaa akselin jäykkyyden. Pudota ensin insertin kärjen säde 0,1 mm:iin. Pieni säde alentaa radiaalista painetta huomattavasti.
Toiseksi varmista, että työkalusi on tarkalleen keskikorkeudella (tai jopa hiuksen keskikohdan yläpuolella ulkopuolista kääntämistä varten). Jos tämä epäonnistuu, kokeile "Segmentoitua kääntämistä".
Upota ja leikkaa akseli lyhyiksi,{0}}täyssyviksi osiksi. Siirry istukkaa kohti. Älä kestä pitkiä, matalia kulkuja koko osan läpi.
Kysymys 3: Tasainen lepo jättää ikäviä jälkijälkiä ja pisteitä pintaan. Miten korjaan sen?
A3:Lastut todennäköisesti takertuvat tavallisten metallirullien alle tai puristuspaine tuntuu liian korkealta.
Korjata:Kokeile ensin kääntää tasaista, hieman ylimitoitettua telaketjua. Kääri sitten tämä kohta kerroksella messinkilevyä. Kiinnitä rullat sen jälkeen. Jos haluat erittäin herkän pinnan, vaihda teräsrullat mukautettuihin pronssisiin tai teflon (PTFE) kärkiin.
Q4: Onko sveitsiläinen koneistus aina ratkaisu hoikkiin akseleihin?
A4:Ei. Sveitsiläiset koneet ovat uskomattomia, mutta niillä on kaksi haittaa: koko ja asennusaika.
Ne ovat maksimissaan noin 32-38 mm. Ohjainholkin ja työkalujen asentaminen sveitsiläiselle on monimutkaista ja{3}} aikaa vievää.
Jos tarvitset vain pienen prototyyppisarjan kolmesta osasta, sveitsiläinen konekokoonpano on ylivoimainen. Se maksaa aikaa ja rahaa.
Käytä sen sijaan kokenutta perinteistä koneistajaa. Pyydä heitä pyörittämään tavallista sorvia, jossa on kiinteä tukituki.
K5: Voiko ohjelmointitemppuilla yksinään korjata poikkeaman, jos minulla ei ole tasaista lepoa tai sveitsiläistä?
A5:Jossain määrin kyllä. Aiemmin mainitsemani käänteisen-syöttötempun lisäksi voit käyttää SSV:tä (Spindle Speed Variation) G--koodissasi. Ohjelmoimalla kara kiihtymään ja hidastumaan noin 10-15 % leikkaamisen aikana, häiritset tärinää aiheuttavan resonanssin. Se kuulostaa oudolta, kun kone käy, mutta se toimii kuin taikuutta.
K6: Kuinka poraat keskireiän pieneen 3 mm:n akseliin ilman, että sitä taivutetaan välittömästi poranterällä?
A6:Et voi vain työntää keskiporaa pieneen, vapaasti{0}}riippuvaan vaijeriin. Sinun on tuettava sitä täydellisesti. Jos et käytä sveitsiläistä konetta, tarvitset mukautetun jaetun messinkiholkin.
Aseta se karaan pitääksesi kärjen täysin jäykkänä, kun huomaat keskireiän. Ilman ohjainta pora vain työntää osan sivuun ja rikkoutuu.
K7: Onko jäähdytysnesteellä niin väliä pitkille akseleille vai onko se vain työkalun käyttöiän kannalta?
A7:Sillä on täysin merkitystä mittojen vakauden kannalta. 500 mm:n ruostumattoman teräksen pala kasvaa helposti 0,1 mm, kun se lämpenee kosketukseen. Jos lukitset sen keskusten väliin, kasvu pakottaa sen taipumaan sivuttain.
Tarvitset työkalun kärkeen korkean{0}}paineen, suuren-tilavuuden tulvajäähdytysnestettä. Tämä pitää akselin ytimen täysin jäässä koko leikkauksen ajan.
Q8: Voitko hioa ohuita akseleita pitämään tiukat toleranssit kääntämisen jälkeen?
A8:Kyllä, ja se on erittäin suositeltavaa. Keskitön hionta on siirtymämme-toissijaiseen toimintoon ohuille akseleille. Koska säätöpyörä ja työterä tukevat osaa koko pituudeltaan.
Osa ei taivu kulkiessaan hiomalaikkojen läpi. kuinka saamme peili-kuin pintakäsittelyn ja mikroni-tason tarkkuuden aiheuttamatta uusia rasituksia.
