CNC-taskusuunnitteluohjeet: Syvyys-, säde- ja kustannusopas

Optimointitasku design cnckokoonpanot edellyttävät työkalun ulottuvuuden, sisäkulmasäteiden ja työkappaleen jäykkyyden tasapainottamista leikkausfysiikkaa vastaan. Koneistuskustannukset kasvavat ei--lineaarisesti, kun onkalon syvyys ylittää 3–4 kertaa leikkurin halkaisijan, johtuen työkalun taipuman skaalauksesta pituuskuution kanssa ja käänteisesti halkaisijan neljännen potenssin kanssa. Välttääkseen tärinän, työkalun rikkoutumisen ja seinämän suippenemisen suunnittelijoiden on määritettävä sisäkulmasäteet vähintään 15 % suuremmat kuin työkalun säde, otettava huomioon työkalunpitimen välyskuoret porrastetuissa taskuissa ja säilytettävä lattian vähimmäispaksuus 2,0 mm jäännösjännityksen vääntymisen välttämiseksi.

CAD-geometria vs. fyysiset CNC-koneistuksen rajoitukset

Visual Extrusion Trap 3D CAD-mallinnuksessa

CAD-ohjelmistossa suorakaiteen tai vapaamuotoisen taskun luominen vaatii yhden leikkauksen{0}}pursotuksen. Fyysisessä valmistuksessa sama ominaisuus sanelee koneen kinematiikkaa, leikkuutyökalun jäykkyyttä, karan kuormitusrajat, lastunpoistoradat ja sykliajat. Ominaisuus, jonka mallintaminen kestää kolme sekuntia, voi moninkertaistaa lopputuloksenCNC-taskun työstökustannuksetmerkittävästi, jos sisäontelon mitat rikkovat työkalun fysiikkaa aikanaerittäin{0}}tarkkoja CNC-jyrsintää.

Kun hankintatiimit ja mekaaniset insinöörit julkaisevat osapiirustuksia ulkoisille konepajoille, syvät suljetut taskut ovat ensisijainen tekijä suunnittelun muutostilauksissa, viivästyneissä toimitusajoissa ja tarjousten hylkäämisessä. Hajoaminen johtuu siitä, että 3D-kiinteät mallit näyttävät geometrian jäykinä, perääntymättömänä tilavuutena. Niistä jätetään pois dynaamiset leikkausvoimat, karan ulottuvuuden rajoitukset ja värähtelyresonanssi, joita esiintyy, kun päätyjyrsin tulee raakamassaan.

Tapaustutkimus: Al6061 optisen ontelon tuotantoajo

Xiamen Dazao Machineryn tuotantolaitoksessa insinööritiimimme tarkasteli 120 Al6061-T6:sta jyrsityn optisen anturikotelon tuotantoa. Alkuperäisessä asiakasmallissa oli sisätasku, jonka syvyys oli 85 mm ja leveys 30 mm, terävät R1,5 mm:n sisäiset pystykulmat ja vahvistamaton 1,2 mm:n lattiapaksuus. Asiakkaan piirustuksessa vakiolineaaritoleranssiksi määriteltiin ±0,05 mm, lattian tasoudeksi 0,03 mm ja pintakäsittelyvaatimuksena Ra 0,8 µm.

Tämän ominaisuuden suorittaminen alkuperäisen piirustuksen mukaisesti vaati halkaisijaltaan 3 mm:n mikro-jyrsintä, jonka ylitys---halkaisijasuhde ylitti 28:1 kulmien tyhjentämiseksi. Tuloksena oleva asennus aiheutti välitöntä työkalun tärinää, voimakasta seinämän kapenemista, pinnan karheuspiikkejä yli Ra 3,2 µm ja kolme rikki kovametallityökalua kahdessa ensimmäisessä asennuskappaleessa. Alla olevan arviomme jälkeenDFM-ohjeet alumiinin työstöön, osan uudelleensuunnittelu, jossa on askel{0}}alasvetokulma, suurempi sisäkulman säde R4,0 mm ja lattian paksuus 2,5 mm, mikä pienensi koneistusjakson aikaa yksikköä kohden 48 minuutista 11 minuuttiin säilyttäen samalla kaikki toiminnalliset optiset anturiliitännät.

Ontelon syvyys, ulkoneman fysiikka ja työkalun taipuma

Kuutiotyökalun taipumalaki syvissä onteloissa

Ensisijainen fyysinen rajoitussyvätaskuinen CNC-työstöon työkalun taipuma. Kun päätyjyrsin koskettaa materiaalia, radiaaliset leikkausvoimat työntävät työkalun kärjen pois ohjelmoidulta työstöradalta.

Palkkimekaniikan periaatteiden mukaan lieriömäisen leikkuutyökalun fyysinen taipuma on suoraan verrannollinen leikkausvoimaan kerrottuna työkalun ylityspituuden kuutiolla. Lisäksi taipuma on kääntäen verrannollinen työkalumateriaalin kimmomoduuliin kerrottuna työkalun halkaisijan neljännellä potenssilla.

Koska taipuma skaalautuu työkalun pituuden kuution kanssa ja käänteisesti työkalun halkaisijan neljännen potenssin kanssa, työkalun ulottuman kaksinkertaistaminen muuttamatta sen halkaisijaa lisää taipumaa kertoimella 8. Päinvastoin, työkalun halkaisijan puolittaminen kiinteän ylityksen kohdalla lisää.CNC-taskutyökalun taipumakertoimella 16.

Syvyys---leveyssuhteet ja työkalunpitimen kirjekuoren välys

Standardin mukaanCNC-taskun suunnitteluohjeet, ontelon syvyyden tulisi ihanteellisesti pysyä 3–4 kertaa leikkuutyökalun halkaisijan sisällä. Kassakaapin määrittäminenCNC-taskun syvyystyökalun halkaisijaraja varmistaa vakaan lastujen kuormituksen ilman tärinää. Yleistä ontelogeometriaa vartenCNC-taskun syvyyden ja leveyden suhdeei saa ylittää 3:1 tavallisissa 3-akselisissa asetuksissa.

Arvioitaessakuinka syvä CNC-tasku voi olla, työstökeskukset voivat suorittaa taskuja jopa 8–10 kertaa työkalun halkaisijaan asti, mutta tämä siirtää prosessin tavallisesta dynaamisesta rouhinnasta erikoistuneeseen, korkeahintaiseen{2}}valmistukseen.

Yleinen suunnittelun valvontaCNC syvä tasku muotoilutarkistaa vain työkalun uran pituuden jättäen huomioimatta työkalunpitimen fyysisen kuoren, kuten ER32-holkkiistukan, hydrauliistkan tai lämpö{1}}kutistepitimen. Kun tasku on yli 50 mm syvä, päätyjyrsin ei voi yksinkertaisesti työntyä ulos 60 mm holkista ilman voimakasta taipumaa. Työkalunpitimen rungolla on huomattava halkaisija; esimerkiksi ER32 holkkimutterin ulkohalkaisija on 50 mm. Jos taskun aukko on 40 mm leveä ja 60 mm syvä, holkkimutteri törmää fyysisesti työkappaleen yläreunaan ennen kuin työkalu saavuttaa pohjakerroksen.

Tällaisten ominaisuuksien koneistaminen ilman pidikkeen törmäystä:

· Suunnittelijan tulee avata onkalon yläprofiili porrastetulla -poratulla geometrialla.

· Konepajassa on käytettävä ohuita{0}}viivakutistesovitteita-, joissa on pienempi kiristysmomentti ja jotka vaativat kevyempiä leikkauksia.

· Suunnittelijan tulee soveltaa 1–3 asteen syväyskulmaa ontelon sivuseiniin, mikä tarjoaa progressiivisen välyksen, kun leikkuri astuu alas.

Sisäkulman säteen valinta ja työkaluradan kinematiikka

Leikkuutyökalujen kiinnityspiikit sisäkulmissa

Sisäisen pystysuoran valintaCNC-taskun kulman sädeohjaa suoraan koneen kiihtyvyyttä, säteittäisiä kiinnityskulmia ja rakenteellisten tärinäjälkien syntymistä.

Kun päätyjyrsin kulkee pitkin suoraa sivuseinämää, säteittäinen tarttumiskulma on tyypillisesti pieni, keskimäärin 30-60 astetta. Kun leikkuri menee terävään 90 asteen sisäkulmaan, jossa taskun säde vastaa tarkasti työkalun sädettä, työkalu koskettaa materiaalia 180 asteen kytkentäkaaren poikki.

Tämä äkillinen säteittäisen kiinnittymisen nousu aiheuttaa:

· Välitön säteittäisen leikkauspaineen nousu, joka pakottaa työkalun kärjen poispäin kulmasta.

· Vakavia korkean taajuuden{0}}puhinaa molemmilla risteävillä sivuseinillä, mikä rikkoo standardiajyrsittyjen taskujen pinnan karheusvaatimukset.

· Mikro-lastu kovametallireunoilla, mikä nopeuttaa työkalujen kulumista.

· Akselin hidastuminen lähelle{0}}nollaa, mikä aiheuttaa viipymäjälkiä ja lämmön kertymistä.

15 %:n kulmasäteen ylimitoitussääntö nopealle-jyrsimiselle

Työkalun jatkuvan liikkeen ylläpitämiseksi ja nopeiden -trochoidaalisten kaarreratojen sallimiseksi ohjelmoidun sisäkulman säteen on aina oltava suurempi kuin leikkaustyökalun säde. noudattamallasisäkulman säteen kustannusoptimointiperiaatteet pitävät koneen syöttönopeudet tasaisina ja välttävät työkalun jumiutumisen.

Käytännön sisäkulmasäteiden sääntö määrää, että ohjelmoidun kulman säteen on oltava yhtä suuri tai suurempi kuin 1,15 kertaa leikkuutyökalun säde.

Täysin terävän alakulman määrittäminen, jossa sivuseinä kohtaa lattian, vaatii neliömäisillä kulmilla varustettu päätyjyrsin. Neliömäinen-päätytyökalu keskittää leikkausjännityksen teräviin kärkiin, mikä tekee työkalusta alttiita lohkeamaan suurilla lastukuormituksilla. Lattia---seinään sekoitussäteen lisääminen 0,5–2,0 mm mahdollistaa nokkajyrsimien käytön, mikä jakaa leikkauspaineen säteen poikki ja pidentää työkalun käyttöikää yli kolme kertaa.

Lattian paksuus, jäännösjännitykset ja vääntymisen hallinta

Öljy-tölkkien nurjahdus ja tyhjiökiinnitysvirheet

Määritetään liian ohutCNC-taskun lattian paksuusaiheuttaa rakenteellista epävakautta leikkauksen aikana ja geometrista vääristymistä osan irrotuksen jälkeen. Nopeassa-jyrsinnässä raaka-aineaihiot sisältävät sisäisiä jäännösjännityksiä karkaisu- ja venytysoperaatioista, elleivät insinööritvalitse jännitys{0}}kevytetyt alumiinimateriaalitkuten Al6061-T651. Kun työkalu poistaa 80–90 % raakakappaleesta syvän ontelon muodostamiseksi, sisäiset jännitykset tasapainottuvat uudelleen, jolloin ohuet lattiat taipuvat.

Levyn taivutusmekaniikassa lattian taipuma aksiaalisen työkalun upotuskuormituksen alaisena on kääntäen verrannollinen lattian paksuuden kuutioon. Lattian paksuuden pienentäminen 3,0 mm:stä 1,0 mm:iin lisää lattian taipumista leikkauskertojen aikana 27-kertaiseksi.

Kun lattian paksuus putoaa alle 2,0 mm:n yli 50 mm x 50 mm leveän taskun poikki, pohjalevy näyttää öljyä-puristumista ja napsahtaa koveran ja kuperan muodon väliin kevyellä peukalolla.

Koneistuksen aikana työntövoimat usein peittävät tämän epävakauden:

· Tyhjiökiinnitysvääristymä:Tyhjiöistukka vetää ohuen lattian tasaiseksi pohjalevyä vasten, kun taas alaviimeistelyjyrsin leikkaa pinnan tasaiseksi. Kun tyhjiö on vapautettu, elastinen palautus joustaa lattiaa ylöspäin ja muodostaa kruunun keskikohdan, joka rikkoosaavutettavissa olevat alumiinin työstötoleranssit.

· Mekaaninen puristusjännitys:Kiristetyt mekaaniset ruuvipuristimet puristavat työkappaleen kehää. Kun taskun keskiosa on irrotettu, heikentynyt pohja solkii jäännöspuristusjännityksen alaisena.

Stressi-poistoprotokollat ​​ja rakennerivien integrointi

Säilytä lattian tasaisuus ±0,020 mm:n sisällä syvissä onteloissa kunnioittaenvähimmäisseinäpaksuuden tekniset säännöt, Dazao ottaa käyttöön seuraavat myymälä{0}}lattiatekniikat:

· Kahden-vaiheen-rasituksen poistaminen:Karhenna pääontelo jättäen 1,0 mm massaa lattialle ja seinille, vapauta osa kokonaan ruuvipuristimesta jännityksen lieventämiseksi, ja kiristä sitten kevyesti kalibroidulla vääntömomentilla (5-8 Nm) viimeistelyä varten.

· Integroidut jäykistimen rivat:Laajenevan 1,5 mm:n tasaisen lattian työstämisen sijaan yhdistä lattiaan risteävät 3,0 mm leveät ja 4,0 mm korkeat vahvistusrivat. Tämä lisää rakenteellista osamoduulia yli 400 % ja samalla saavuttaa asetetut painonpudotustavoitteet.

Chip pakkaus, evakuointidynamiikka ja lämpöhitsaus

Leikkausmekaniikka ja sisäänrakennettu{0}}yläreuna sokeissa taskuissa

Syväontelooperaatioissa lastun välys määrää työkalun säilymisen. Kun onkalon syvyys ylittää 3 kertaa työkalun halkaisijan, lastut eivät pääse pakoon taskun aukosta ilman turbulenssin ja painovoiman vuoksi.

Kun jyrsintään alumiiniseoksia reunaleikkausnopeuksilla 300-800 m/minalumiiniseoksen CNC-työstöominaisuudet:

· Tavalliset tulvajäähdytysnestesuuttimet luovat hydraulisen vastapaineen ja nesteen pyörteitä taskun aukossa, eivätkä ne pääse tunkeutumaan alempaan leikkausalueeseen.

· Evakuoidut lastut menettävät ylöspäin suuntautuvan nopeuden, putoavat takaisin leikkausradalle ja jäävät työkalun urien ja taskujen sivuseinien väliin.

· Leikkuureunat leikkaavat nämä irtonaiset lastut ja synnyttävät paikallisia kitkalämpötiloja, jotka ylittävät 450 astetta.

Tämä äärimmäinen lämpöpiikki saa sitkeät alumiiniseokset, kuten Al6061-T6, plastisoitumaan ja kitka-hitsautumaan suoraan kovametallityökalujen uriin, jolloin muodostuu tuhoava reuna. Kun urat tukkeutuvat hitsatuilla alumiinilastuilla, leikkaus pysähtyy ja työkalun varret napsahtavat välittömästi.

-Spindle Air Blast ja pohjan kevennysaukkojen kautta

Tasaisen lastunpoiston ylläpitäminen vaarantamatta lastujen pakkaamista:

Jos suljetun kotelon vaatimukset eivät ole pakollisia, mukaan lukiennormaalit reikien poraus- ja tuuletuskäytännötsijoittamalla 3,0 mm - 6,0 mm:n kevennysreiät alanurkkiin muuntaa sokeat taskut avoimina virtauskanaviksi. Tämä mahdollistaa painovoiman, jäähdytysnesteen ja lastujen vapaan poistumisen kiinnikkeen pohjan läpi.

Perusteellinen-taskukoneistuksen kustannusmalli

Työkalujen poistot ja metallinpoistoprosentti sakot

Taskuominaisuuksien työstökustannukset kasvavat ei{0}}lineaarisesti, kun onkalon syvyys ylittää luettelon vakiotyökalujen pituudet. Suunnittelijat voivat hakeakustannussäästöstrategiat alumiinin työstöönpitääksesi työkalubudjetit hallinnassa.

Ontelon kokonaistyöstöjakson aika kasvaa karkeasti todellisen syvyyden ja työkalun halkaisijan kolminkertaisen suhteen neliöllä.

Kolme päätekijää ohjaa tätä kustannuskäyrää:

· Työkalujen osto ja kuluminen:Tavallinen 10 mm 3-huilujyrsin maksaa noin 30 dollaria. Laajennettu-10 mm:n tärinänvaimennustyökalu DLC-pinnoitteella maksaa 160–240 dollaria, mutta kestää vain murto-osan työkalun normaalista käyttöiästä raskaassa lastukuormituksessa.

· Metallinpoistonopeuden vähennykset:Jotta taipuma pysyy alle 0,02 mm:n, ohjelmoijien on pudotettava säteittäinen kiinnitys 40 %:sta 5 %:iin ja vähennettävä syöttöä hammasta kohti yli 60 %.

· Jaksottaiset tauko{0}}jyrsintäkierrokset:Syvät taskut, joissa on tiukat kulmasäteet, vaativat useita välivaiheita{0}}alaspäin, käyttämällä asteittain pienempiä päätyjyrsimiä, kertomalla syklin kestoa ja työkalun vaihtotiheyttä.

Monoliittinen syväjyrsintä vs{0}}akselin indeksointi vs. halkaistut kokoonpanot

Kun analysoidaan osien valmistuksen taloustiedettä, arvioitaessa3-akselin ja 5-akselisen koneen valinnan kompromissitpaljastaa selkeät kustannusrajat syvälle taskugeometrialle.

DFM-vahvistustarkistuslista ja vaihtoehtoinen valmistus

Suunnittelun itsetarkastuksen{0}}työnkulku

Ennen kuin lähetät CAD-malleja Dazaolle tuotantotarjousta varten, tarkista taskun geometria seuraavan vaiheittaisen--tarkistuslistan perusteella:

1. Tarkista taskun syvyys suhteessa työkalun halkaisijaan:Varmista, että standarditaskun syvyys ei ylitä 3–4 kertaa suurinta sallittua leikkurin halkaisijaa kulman säteiden perusteella.

2. Käytä 15 %:n kulman säteen sääntöä:Varmista, että kaikki pystysuoran sisäkulman säteet ovat vähintään 1,15 kertaa aiotun jyrsintätyökalun nimellissäde.

3. Tarkista lattian-ja-seinän sekoitussäteet:Lisää 0,5–2,0 mm:n siirtymäfilee lattian kehää pitkin, jotta voit käyttää jäykkiä härkä-nenäleikkureita.

4. Vahvista pohjakerroksen paksuus:Säilytä lattian paksuus vähintään 2,0 mm, jos jänneväli on alle 100 mm, ja 3,5 mm tai enemmän rakenteellisilla rivoilla suuremmilla alueilla.

5. Tarkista työkalunpitimen välykset:Tarkista, mahtuuko ylemmän ontelon aukko vakioholkkiistukan halkaisijat ilman kehon törmäyksiä.

Sinker EDM, Wire EDM ja hybridi-lisäainestrategiat

Kun toiminnalliset tekniset tiedot vaativat syvällisiä ominaisuuksia, jotka ylittävät perinteiset jyrsintärajat, Dazao integroi vaihtoehtoisia ei-{0}}perinteisiä työstöprosesseja: