Mecanitzat CNC de precisióEixos esvelts: com controlem la deflexió (sense tornar-se boig)
Siguem sincers. Si preguntes a qualsevol maquinista de la nostra botiga quina part odia fer funcionar, no et diran un impulsor aeroespacial complex de 5-eixos. Probablement apuntaran a un eix esvelt d'aspecte senzill.
El mes passat, un client va oferir un veritable espectacle de terror d'una part. Hem utilitzat un eix d'acer inoxidable 316L. Semblava més un espaguetis que un component mecanitzat. La seva relació de longitud-a-diàmetre (L/D) augmentava 35:1.
Quan la vostra relació L/D passa de 10 o 12, la falta de rigidesa significa que el metall es comporta com un fideus humit. Si el vostre proveïdor no té les habilitats adequades, podeu obtenir peces afilades, acabats rugosos i peces que es dobleguen després del mecanitzat. Hem vist compradors venir a nosaltres per demanar ajuda. El seu darrer proveïdor de baix-cost va enviar 2.000 eixos que semblaven plàtans.
Aquí teniu una visió clara del que ens funciona a la botiga. Ajuda a reduir la deflexió, la vibració i l'expansió tèrmica en mecanitzar peces esveltes. No hi ha teories de llibres de text-només solucions reals de la botiga-.
Per què els eixos prims fallen tan sovint? La física darrere del mal de cap?
Tot es redueix a la física. Quan arrossegueu una eina de tall de carbur per una peça metàl·lica llarga i sense suport, us enfronteu a tres grans reptes alhora.
1. Deflexió radial (l'efecte "Arc")
Durant el tornejat, l'eina de tall crea una força axial que es mou al llarg de la longitud de la peça. També crea força radial que pressiona al costat de la peça. Com que l'eix és prim i llarg, no té la rigidesa del feix per resistir aquesta pressió radial. Literalment es doblega de l'eina.
El resultat? L'eina talla menys material al centre de l'eix que als extrems. Acabeu amb una forma de barril o "tambor"-gruixuda al mig, prim als extrems. La física guanya cada cop si no la recolzes bé.
2. Aquella xerrada cridant (vibració harmònica)
Si heu passat alguna estona en una botiga de màquines, coneixeu el so. un crit-agut que significa que l'eina rebota sobre el material en lloc de tallar-lo.
La mala rigidesa provoca vibracions harmòniques d'alta-freqüència. Aquesta xerrada arruïna l'acabat de la superfície i deixa marques de ratlles-lletges de tigre. També pot estellar les vostres costoses insercions de carbur en qüestió de minuts.
3. Expansió tèrmica (The Silent Killer)
Els metalls creixen quan s'escalfen. Tallar un eix llarg genera una gran quantitat de fricció i calor.
Per exemple, una longitud d'alumini de 500 mm pot créixer fàcilment diverses mil·lèsimes de polzada només escalfant-se al tacte. Si un mandril rígid i un contrapunt rígid tanquen aquest eix, la longitud addicional no té on anar. S'ha de doblegar i inclinar-se cap a fora.
La solució definitiva: mecanitzat CNC de tipus suís-
Si utilitzem un eix prim de menys de 32 mm (uns 1,25 polzades) de diàmetre, la relació L/D pot ser alta. En aquest cas, no fem servir torns CNC estàndard. Passem la feina directament a les nostres màquines CNC de tipus suís-(com els nostres Citizens o Tsugamis).
Seré directe amb tu:El mecanitzat suís és el codi de trucs definitiu per a eixos prims.
Per què? Tot es tracta de la casquilla guia.
A diferència d'un torn convencional, on la peça s'estén des del mandril, una màquina suïssa funciona al contrari. Un casquet de guia d'alta precisió fa passar el material de la barra crua. L'eina de tall es troba estacionària, just al costat d'aquest casquet-normalment a un mil·límetre o dos de distància. El material llisca cap a fora i l'eina el talla a mesura que surt.
Com que l'eina talla just al costat del suport,la relació L/D al punt de tall és prop de zero. La desviació desapareix completament. Chatter ha mort.
Amb el mecanitzat de tipus suís-, mantenim toleràncies de diàmetre ajustades de ±0,005 mm (0,0002 polzades) i acabats Ra 0,4.
Ho fem amb peces que moltes altres botigues es neguen a cotitzar. A més, podem fresar plans, perforar-forats transversals i roscar rosques tot en una única configuració, que gestiona dràsticament els errors.
Consells de torn tradicionals (quan la peça és massa gran per a un suís)
Les màquines suïsses són increïbles, però arriben al màxim a determinats diàmetres. Si un client ens envia un eix de bomba personalitzat de 50 mm de diàmetre i 800 mm de llarg, no encaixarà en un torn suís. Hem de confiar en el convencionalTornejat CNCcentres.
Així és com evitem que els grans eixos esvelts es converteixin en plàtans:
1. Descans constants vs. Descans de seguidors
Heu de suportar la meitat del tall.
· L'operador arregla aDescans constantal llit de la màquina. Conté un punt específic a l'eix mentre l'eina talla en un altre lloc. Ideal per perforar l'extrem d'un eix llarg, però no perfecte per a passades de gir llargs.
· A Seguidor Restcargols directament al carro d'eines. Viatja amb l'eina de tall, donant suport constantment a l'eix directament oposat a les forces de tall. Això és eficaç, però posar els rodets de repòs seguidor perquè no ratllin la nova superfície de tall requereix un maquinista expert.
2. Girar l'alimentació inversa (el truc de la tensió)
Normalment, comenceu a tallar a l'extrem del contrapunt i alimenteu l'eina cap al mandril. Això posa l'eix prim sota compressió. Mala idea.
En lloc d'això, programem la màquina perquè comenci a prop del mandril i tallem cap enrere cap a la contrapunta. Això posa l'eix sota tensió de tracció. Penseu-hi com si estiressin la corda d'una guitarra-, naturalment, vol mantenir-se perfectament recte.
3. Doble-Torreta de pessic
Si estem executant la feina en un torn CNC de-torta doble, utilitzem el tornejat amb pinça. Programem una eina superior i una eina inferior per tallar l'una oposada a l'altra en el moment.
Una eina agafa el pas de desbastament, l'altra sendera lleugerament per a la passada d'arribada. Les forces d'empenta radials s'anul·len mútuament. L'eix ni tan sols sap que algú l'empeny.
4. Centres vius carregats de primavera- i pressió de contrapunt
Per lluitar contra aquesta expansió tèrmica que he esmentat anteriorment, mai fem servir un centre sòlid mort. Utilitzem centres vius amb molla interna al contrapunt.
A mesura que l'eix s'escalfa i creix durant una passada de desbast intensa, la molla ocupa la longitud addicional. Manté constant la pressió de retenció i evita que la peça es deformi.
A més, la reducció de la pressió hidràulica del contrapunt és crucial. Massa pressió sobre un eix de 10 mm l'inclinarà. Això pot passar abans que l'eina la toqui.
Secrets de geometria d'eines: quins inserts comprem realment
Podeu tenir la millor màquina del món, però si colpeja un eix esvelt amb la plaquita de carbur equivocada, us ho passareu malament. A continuació, es mostra el nostre pessebre d'eines per a aquests treballs:
· Radis de nas diminuts: les insercions estàndard solen tenir un radi de nas de 0,8 mm o 0,4 mm. Per als eixos prims, ho reduïm fins a 0,2 mm (0,008") o fins i tot 0,1 mm. Un radi més gran actua com una llevaneu, creant una pressió radial massiva que allunya la peça. Un radi petit i agut actua com un bisturí i redueix les forces de tall.
·Angles de desbast positius elevats: eliminem les insercions de desbast-negatives i pesades. Utilitzem inserts de tall d'alumini-positius i afilats-d'afaitar-, fins i tot en acer de vegades, per tallar el material netament. Ajuda a prevenir el trencament.
· Insercions d'eixugaparabrises (The Finish Hack): Normalment, un radi minúscul del nas dóna un malacabat superficial. A menys que reduïu la velocitat d'alimentació fins a un rastreig.
Per solucionar-ho, utilitzem insercions "Wiper". Tenen una vora plana secundària que actua com una paleta, suavitzant les marques d'alimentació. Això ens permet executar un radi petit per a baixa pressió, tot i que aconseguim un acabat polit a velocitats decents.
Guia de selecció de material per a eixos esvelts
Cada metall es comporta de manera diferent quan l'estireu i intenteu tallar-lo. Si sou un enginyer que escull un material, llegiu això primer:
· Acer inoxidable 304 / 316:Un malson si no es tracta bé. El treball-s'endureix ràpidament. Si l'eina es frega en comptes de tallar, la superfície es torna dura de vidre-i la peça s'inclina immediatament. Necessita eines extremadament afilades i refrigerant d'inundació.
· Acer inoxidable 17-4 PH:De fet, molt millor que la sèrie 300 per a eixos llargs. Mecanitza molt bé en el seu estat recuit i es manté sorprenentment recte.
· Titani (grau 5):És gomosa i no condueix bé la calor. La calor es manté a la zona de tall, el que significa que l'eina es crema i l'eix s'allunya. Requereix velocitats de tall extremadament baixes i un gran-refrigerant amb gran pressió just a la vora de tall.
· Acer laminat-en fred (p. ex., 1018 CR):La trampa més comuna. El rodatge en fred empaqueta la pell exterior de la barra amb un estrès intern immens. Quan mecanitzem la pell exterior, l'estrès s'allibera de manera desigual i l'eix es deforma tan bon punt surt de la màquina. Especifiqueu sempre estoc-laminat en calent o amb tensió-alleujat per a eixos llargs.
Un favor ràpid de DFM per demanar als enginyers
Als enginyers de disseny que llegeixen això: ens agrada fer els vostres components. Si especifiqueu un eix llarg i prim, tingueu en compte aquests senzills consells de disseny per a la fabricació (DFM). Faran que la peça sigui significativament més barata i ràpida perquè us la mequinitzem.
1.Afluixa el mig:El mandril i el centre subjecten rígidament els extrems de l'eix. Són fàcils de mantenir toleràncies estretes.
El mig és on la part vol inclinar-se. Si la secció del mig no encaixa amb un coixinet, politja o segell, utilitzeu-hi una tolerància més fluixa. Per exemple, utilitzeu ±0,1 mm en lloc de ±0,01 mm. Ens estalvia hores de lluitar contra la màquina, cosa que us estalvia diners.
2.Mira les tecles:El fresat d'una chaveta llarga i profunda al llarg d'un eix llarg allibera la tensió interna. Pot deformar-se alhora quan arriba alcentre de fresat. Si necessiteu una ranura llarga, dissenyeu dues ranures simètriques, una a cada costat, per equilibrar l'alleujament de l'estrès.
O planifiqueu pagar els tractaments tèrmics{0}}d'alleujament i d'alleujament addicionals.
3.Eviteu fils al centre mort:El roscat d'un sol-punt fa molta pressió lateral a la peça. Intenteu mantenir les seccions roscades prop dels extrems de l'eix on la rigidesa és més alta.
Cas d'estudi del-món real: estalvi d'un projecte de dispositiu mèdic
Posem tota aquesta teoria en realitat.
· La part:Un eix d'instrument endoscòpic.
· Material:Acer inoxidable 316L.
· Especificacions: 4 mm de diàmetre, 150 mm de longitud (una relació L/D de 37,5:1!).
· El problema:L'anterior proveïdor del client estava desballestant gairebé el 40% de les peces. No van poder complir l'estricte crida de rectitud de 0,02 mm. Les marques de xafardeig van fer que les peces fallessin en les validacions de neteja biològica.
· La nostra solució:Immediatament vam deixar aquesta feina al nostre torn Citizen Swiss de 5 eixos. Per aturar una lleugera vibració harmònica a la punta durant el tall final, vam ajustar les nostres línies de refrigerant de 2.000 PSI.
Els vam dirigir a la zona de tall exacta. Això va reduir el creixement tèrmic. També hem canviat per una inserció d'eixugaparabrises personalitzada-altura del sòl-positiu.
· El resultat:Vam enviar un lot de 2.000 peces una setmana després. Els informes d'inspecció de la nostra CMM òptica mostraven una conicitat zero. El client tenia una taxa de rendiment del 100% a la seva línia de muntatge.
Conclusió
Després d'anys a la botiga de Dazao, us puc dir una cosa. Mecanitzar un eix llarg i prim us humilirà ràpidament si no respecteu la física.
Simplement no podeu llançar un tros d'acer laminat en fred-cru a un torn estàndard, premeu el botó verd i pregueu que surti recte. Simplement no funciona. La física guanyarà aquesta lluita cada cop.
A Dazao, en realitat hem construït una gran part de la nostra reputació en gestionar aquests treballs exactes de malson. Ho fem gestionant de manera agressiva cada petita variable. Tant si la meva tripulació gestiona la teva feina a les nostres màquines-suïsses de gamma alta per eliminar la desviació, no confiem en la sort.
Tant si fem un tall de pessic-de torreta bessona, no confiem en la sort.
O canviem les eines per una-inserció nítida de radi de 0,1 mm per aturar la xerrada.
Mai deixem que els resultats es redueixin a la sort. Sabem com es vol moure el metall i ho aturem abans que ho faci.
Però mira, sé com de frustrant pot ser dissenyar i obtenir aquestes peces. Parlo amb enginyers-i compradors farts cada setmana. El seu proveïdor acaba d'enviar un altre lot d'eixos doblegats.
A causa d'això, veig les mateixes preguntes específiques-que amoïnen els cabells una i altra vegada. Així doncs, abans de fer clic, aprofundim en les respostes reals als mals de cap més comuns que veig per aquí.
Preguntes freqüents de la botiga: responent a les preguntes difícils
P1: Per què el meu eix prim es deforma després de treure'l de la màquina, fins i tot si he fet servir un contrapunt i es mesura perfectament al mandril?
A1:Estrès intern. Això és un assassí.
Si torneu acer-laminat en fred, la fàbrica d'acer atrapa les tensions a la capa exterior. Un cop talla la pell, l'estrès s'allibera. En el moment en què desenganxeu el mandril, la peça s'inclina a la mà.
Correcció:Deixeu d'utilitzar material-laminat en fred per a peces llargues. Utilitzeu-laminats en calent, recuits o compreu materials pre-alleugerits-de tensió.
P2: Com puc aturar aquesta xerrada aterridora quan giro el centre exacte de l'eix?
A2:La xerrada significa que la pressió de l'eina radial supera la rigidesa de l'eix. Primer, deixeu caure el radi del nas de la vostra inserció fins a 0,1 mm. Un radi petit redueix dràsticament la pressió radial.
En segon lloc, assegureu-vos que la vostra eina estigui exactament a l'alçada del centre (o fins i tot un pèl per sobre del centre per girar a l'exterior). Si això falla, proveu "Tornejat segmentat".
Submergeix i talla l'eix en seccions curtes i-de profunditat. Moveu-vos cap al mandril. No trigueu pas llargs i poc profunds per tota la part.
P3: El meu descans constant és deixar marques desagradables i marcar a la superfície. Com ho soluciono?
A3:Els xips probablement s'enganxen sota els corrons metàl·lics estàndard, o la pressió de subjecció se sent massa alta.
Correcció:Intenteu girar primer una pista suau i lleugerament sobredimensionada. A continuació, emboliqueu aquest punt amb una capa de calçat de llautó. Enganxeu els rodets després d'això. Per obtenir acabats molt delicats, canvieu els corrons d'acer per puntes personalitzades de bronze o tefló (PTFE).
P4: El mecanitzat suís sempre és la resposta per als eixos prims?
A4:No. Les màquines suïsses són increïbles, però tenen dos inconvenients: la mida i el temps de configuració.
Tenen un màxim d'entre 32 i 38 mm. I configurar el casquill i les eines de guia per a un suís és complex i requereix molt de temps{3}}.
Si només necessiteu un petit prototip de tres parts, la configuració d'una màquina suïssa és excessiva. Costa temps i diners.
En comptes d'això, utilitzeu un maquinista tradicional amb experiència. Feu que facin funcionar un torn estàndard amb un suport sòlid.
P5: Els trucs de programació només poden arreglar la desviació si no tinc un descans constant o un suís?
A5:En certa mesura, sí. A part del-truc de feed invers que he esmentat anteriorment, podeu utilitzar SSV (Spindle Speed Variation) al vostre codi G-. En programar l'eix perquè s'acceleri i s'alenteix entre un 10 i un 15% durant el tall, interrompreu la ressonància que provoca la xerrada. Sona estrany quan la màquina funciona, però funciona com per màgia.
P6: Com perforar un forat central en un petit eix de 3 mm sense doblegar-lo a l'instant amb la broca?
A6:No us podeu limitar a introduir un trepant central en un petit filferro{0}}penjant lliure. L'has de suportar perfectament. Si no utilitzeu una màquina suïssa, necessitareu un casquet de llautó dividit personalitzat.
Col·loqueu-lo a l'eix per subjectar la punta completament rígida mentre observeu el forat central. Sense una guia, el trepant només apartarà la peça i es trencarà.
P7: El refrigerant importa tant per als eixos llargs, o és només per a la vida útil de l'eina?
A7:És totalment important per a l'estabilitat dimensional. Una peça d'acer inoxidable de 500 mm creixerà fàcilment 0,1 mm només en escalfar-se al tacte. Si el bloquegeu entre centres, aquest creixement l'obliga a inclinar-se de costat.
Necessiteu refrigerant d'inundació d'alta-pressió i gran-volum a la punta de l'eina. Això manté el nucli de l'eix completament congelat durant tot el tall.
P8: Podeu moldre eixos prims per mantenir toleràncies estretes després de girar?
A8:Sí, i és molt recomanable. El rectificat sense centres és la nostra-operació secundària per a eixos prims. Perquè una roda reguladora i una fulla de treball suporten la peça en tota la seva longitud.
La peça no es doblegarà quan passa per les moles. com obtenim acabats de mirall-i una precisió a nivell-de micres sense induir noves tensions.
