Precizna CNC obradaVitke osovine: Kako kontroliramo defleksiju (a da ne poludimo)
Budimo iskreni. Ako pitate bilo kojeg strojara u našoj radionici koji dio najviše mrzi raditi, neće reći složeni 5-osni rotor za zrakoplove i svemire. Vjerojatno će ukazati na vitko tijelo jednostavnog izgleda.
Samo prošli mjesec, kupac je donio pravi horor show jednog dijela. Koristili smo osovinu od nehrđajućeg čelika 316L. Izgledao je više poput špageta nego strojno obrađene komponente. Njegov omjer duljine-i-promjera (L/D) bio je 35:1.
Kada vaš L/D omjer prijeđe 10 ili 12, nedostatak krutosti znači da se metal ponaša kao mokar rezanac. Ako vašem dobavljaču nedostaju odgovarajuće vještine, možete dobiti konusne dijelove, grube završne obrade i dijelove koji se savijaju nakon strojne obrade. Vidjeli smo kako nam kupci dolaze tražeći pomoć. Njihov posljednji jeftini-dobavljač poslao je 2000 osovina koje su izgledale poput banana.
Ovdje je jasan pogled na ono što nam odgovara u radnji. Pomaže smanjiti otklon, vibracije i toplinsko širenje pri obradi vitkih dijelova. Nema udžbeničkih teorija-samo stvarni{3}}popravci poda.
Zašto vitke osovine tako često kvare? Fizika iza glavobolje?
Sve se svodi na fiziku. Kada povučete alat za rezanje od tvrdog metala preko dugog metalnog komada bez potpore, suočavate se s tri velika izazova odjednom.
1. Radijalni otklon (Efekt "pramca")
Tijekom tokarenja rezni alat stvara aksijalnu silu koja se kreće duž duljine obratka. Također stvara radijalnu silu koja pritišće 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. Na kraju dobijete oblik bačve ili "bubnja"-debeo u sredini, tanak na krajevima. Fizika pobjeđuje svaki put ako je ne podupreš kako treba.
2. That Screaming Chatter (Harmonijska vibracija)
Ako ste neko vrijeme proveli u radionici strojeva, poznat vam je zvuk. visoko-cviljenje koje znači da se vaš alat odbija od materijala umjesto da ga reže.
Loša krutost dovodi do-visokofrekventnih harmoničnih vibracija. Ovo brbljanje uništava vašu završnu obradu i ostavlja ružne tragove-tigrastih pruga. Također može odlomiti vaše skupe karbidne pločice u roku od nekoliko minuta.
3. Toplinska ekspanzija (Tihi ubojica)
Metali rastu kada se zagriju. Rezanje dugačke osovine stvara ogromnu količinu trenja i topline.
Na primjer, aluminij duljine 500 mm može lako narasti nekoliko tisućinki inča samo ako se zagrije na dodir. Ako kruta stezna glava i kruti stražnji dio čvrsto zaključaju tu osovinu, dodatna duljina nema kamo otići. Mora se zakopčati i svijati prema van.
Najbolje rješenje: CNC obrada švicarskog-tipa
Ako koristimo tanku osovinu promjera ispod 32 mm (oko 1,25 inča), omjer L/D može biti visok. U tom slučaju ne koristimo standardne CNC tokarilice. Posao premještamo ravno na naše CNC strojeve -švicarskog tipa (kao što su naši Citizens ili Tsugamis).
Bit ću iskren s tobom:Švicarska strojna obrada je ultimativni kod za varanje za vitke osovine.
Zašto? Sve se vrti oko čahure za vođenje.
Za razliku od konvencionalnog tokarilice, gdje se izradak izvlači iz stezne glave, švicarski stroj radi suprotno. Visoko precizna vodeća čahura dovodi neobrađeni materijal. Alat za rezanje stoji nepomično, tik do te čahure-obično udaljen samo milimetar ili dva. Materijal klizi van, a alat ga reže dok izlazi.
Budući da alat reže tik uz nosač,omjer L/D na točki rezanja je blizu nule. Otklon potpuno nestaje. Brbljanje je mrtvo.
Uz švicarski-tip strojne obrade, održavamo stroge tolerancije promjera od ±0,005 mm (0,0002 inča) i Ra 0,4 završne obrade.
To radimo na dijelovima koje mnoge druge trgovine odbijaju ponuditi. Osim toga, možemo glodati plošne površine, bušiti križne-rupe i narezivati navoje, sve u jednoj jedinici, koja drastično rješava pogreške.
Tradicionalni savjeti za strug (kada je izradak prevelik za Švicarca)
Švicarski strojevi su nevjerojatni, ali maksimalni su pri određenim promjerima. Ako nam kupac pošalje prilagođenu osovinu pumpe promjera 50 mm i dužine 800 mm, ona neće stati u švicarski tokarski stroj. Moramo se osloniti na konvencionalnoCNC tokarenjesredišta.
Evo kako ćemo spriječiti velike vitke trupove da se pretvore u banane:
1. Mirni nasloni naspram pratećih odmorišta
Morate poduprijeti sredinu reza.
· Operater popravlja aStalni odmorna krevet stroja. Drži jedno određeno mjesto na osovini dok alat reže na drugom mjestu. Izvrstan za bušenje kraja duge osovine, ali nije savršen za duge prolaze tokarenja.
· A Prateći odmorvijke desno na nosač alata. Putuje s alatom za rezanje, stalno podupirući osovinu točno nasuprot silama rezanja. Ovo je učinkovito, ali za postavljanje pratećih oslonaca kako ne bi ogrebali novu reznu površinu potreban je stručni strojar.
2. Okretanje obrnutog uvlačenja (trik napetosti)
Obično počinjete rezati na kraju stražnjeg dijela i povlačite alat prema steznoj glavi. Ovo stavlja tanku osovinu pod kompresiju. Loša ideja.
Umjesto toga, programiramo stroj da počne blizu stezne glave i reže unatrag prema stražnjem dijelu. Ovo stavlja osovinu pod vučnu napetost. Zamislite to kao da zatežete žicu gitare-ona prirodno želi ostati savršeno ravna.
3. Dvostruko-okretanje kupole
Ako izvodimo posao na dvo-revolverskom CNC tokarilu, koristimo tokarenje s utiskom. Programiramo gornji alat i donji alat da istovremeno režu jedan nasuprot drugom.
Jedan alat preuzima grubi prolaz, drugi lagano zaostaje za završni prolaz. Radijalne potisne sile se potpuno poništavaju. Vratilo ni ne zna da ga netko gura.
4. Opruga-Opterećena živa središta i pritisak stražnje osovine
Kako bismo se borili protiv tog toplinskog širenja koje sam ranije spomenuo, nikada ne koristimo mrtvo čvrsto središte. Koristimo živa središta s unutarnjom oprugom u stražnjoj strani.
Kako se osovina zagrijava i raste tijekom teške grube obrade, opruga zauzima dodatnu duljinu. Održava konstantan pritisak držanja i sprječava savijanje dijela.
Također, snižavanje hidrauličkog tlaka stražnjeg dijela je ključno. Prejaki pritisak na osovinu od 10 mm će je savijati. To se može dogoditi prije nego što ga alat uopće dotakne.
Tajne geometrije alata: Koje umetke zapravo kupujemo
Možete imati najbolji stroj na svijetu, ali ako pogodite vitku osovinu s pogrešnim karbidnim umetkom, loše ćete se provesti. Evo kako izgleda naš alatni krevetić za ove poslove:
· Mali polumjer 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 poput snježne mašine, stvarajući ogroman radijalni pritisak koji gura dio. Oštar, maleni radijus djeluje poput skalpela, smanjujući sile rezanja.
·Visoki pozitivni kutovi nagiba: odbacujemo teške,-rezne umetke za grubu obradu. Koristimo visoko{2}}pozitivne, kao žilet{3}}oštre-aluminijske umetke za rezanje, ponekad čak i na čeliku, kako bismo čisto rezali materijal. Pomaže u sprječavanju kidanja.
· Umeci brisača (The Finish Hack): Obično mali radijus nosa daje loše rezultatezavršna obrada površine. Osim ako ne usporite brzinu posmaka do puzanja.
Da bismo to popravili, koristimo umetke "Wiper". Imaju sekundarnu ravnu ivicu koja se ponaša poput lopatice, izglađujući tragove dodavanja. To nam omogućuje rad u malom radijusu za niski tlak, a da pri pristojnim brzinama još uvijek dobijemo sjajnu završnu obradu.
Vodič za odabir materijala za vitke osovine
Svaki metal se ponaša drugačije kada ga rastegnete i pokušate rezati. Ako ste inženjer koji bira materijal, prvo pročitajte ovo:
· 304 / 316 nehrđajući čelik:Noćna mora ako se ne postupi kako treba. Djeluje-brzo se stvrdnjava. Ako vaš alat trlja umjesto da reže, površina postaje stakleno-tvrda, a dio se odmah savija. Potreban je izuzetno oštar alat i tekućina za hlađenje.
· 17-4 PH nehrđajući čelik:Zapravo puno bolji od serije 300 za duge osovine. Prekrasno se obrađuje u svom žarenom stanju i ostaje iznenađujuće ravan.
· Titan (5. stupanj):Gumasto je i ne provodi dobro toplinu. Toplina ostaje u zoni rezanja, što znači da alat izgara, a osovina se odguruje. Zahtijeva izuzetno niske brzine rezanja i visoko{2}}tlačno pjeskarenje rashladne tekućine točno na oštrici.
· Hladno{0}}valjani čelik (npr. 1018 CR):Najčešća zamka. Hladno valjanje opterećuje vanjsku površinu šipke golemim unutarnjim naprezanjem. Kada strojno skinemo vanjsku opnu, napetost se neravnomjerno oslobađa, a osovina se iskrivi čim napusti stroj. Uvijek navedite vruće-valjane ili-rasterećene materijale za duge osovine!
Brza DFM usluga koju možete pitati inženjere
Dizajnerima koji ovo čitaju: uživamo u izradi vaših komponenti. Ako navedete dugu, tanku osovinu, imajte na umu ove jednostavne savjete o dizajnu za proizvodnost (DFM). Oni će dio učiniti značajno jeftinijim i bržim da ga obradimo za vas.
1.Olabavite sredinu:Stezna glava i središte čvrsto drže krajeve vaše osovine. Lako ih je držati uskim tolerancijama.
Sredina je mjesto gdje se dio želi pokloniti. Ako srednji dio ne pristaje uz ležaj, remenicu ili brtvu, upotrijebite labaviju toleranciju. Na primjer, koristite ±0,1 mm umjesto ±0,01 mm. To nam štedi sate borbe sa strojem, što vam štedi novac.
2.Pogledajte utore ključeva:Glodanje dubokog, dugog utora za klin duž duge osovine oslobađa unutarnje naprezanje. Može se iskriviti odjednom kada dosegnecentar za glodanje. Ako trebate dugi utor za ključ, dizajnirajte dva simetrična utora za ključ, po jedan sa svake strane, kako biste uravnotežili smanjenje naprezanja.
Ili planirajte platiti dodatno ravnanje i toplinske-tretmane za ublažavanje stresa.
3.Izbjegavajte niti u mrtvoj točki:Navoji- u jednoj točki stvaraju veliki bočni pritisak na dio. Pokušajte zadržati dijelove s navojem blizu krajeva osovine gdje je najveća krutost.
Studija slučaja iz-stvarnog svijeta: projekt spašavanja medicinskog uređaja
Pretvorimo svu ovu teoriju u stvarnost.
· Dio:Držalo endoskopskog instrumenta.
· Materijal:Nehrđajući čelik 316L.
· Specifikacije: promjer 4 mm, duljina 150 mm (omjer L/D 37,5:1!).
· Problem:Prethodni dobavljač klijenta rashodovao je gotovo 40% dijelova. Nisu mogli zadovoljiti striktno ograničenje ravnosti od 0,02 mm. Tragovi klepetanja uzrokovali su da dijelovi nisu prošli provjere biološkog čišćenja.
· Naš popravak:Ovaj smo posao odmah prebacili na naš 5-osni Citizen Swiss tokarski stroj. Kako bismo zaustavili blage harmonične vibracije na vrhu tijekom završnog rezanja, prilagodili smo naše vodove rashladne tekućine od 2000 PSI.
Usmjerili smo ih u točnu zonu rezanja. Ovo je smanjilo toplinski rast. Također smo zamijenili prilagođeni-prizemni-umetak brisača s pozitivnim nagibom.
· Rezultat:Otpremili smo seriju od 2000 komada tjedan dana kasnije. Izvještaji o inspekciji našeg optičkog CMM-a pokazali su nulti konus. Klijent je imao stopu prinosa od 100% na svojoj montažnoj traci.
Zaključak
Nakon godina u trgovini u Dazaou, mogu vam reći jednu stvar. Obrada duge, tanke osovine brzo će vas poniziti ako ne poštujete fiziku.
Jednostavno ne možete baciti komad sirovog hladno{0}}valjanog čelika u standardni tokarski stroj, pritisnuti zeleni gumb i moliti se da ispadne ispravan. Jednostavno ne ide. Fizika će pobijediti u toj borbi svaki put.
U Dazaou smo zapravo izgradili veliki dio svoje reputacije radeći upravo te poslove iz noćne more. Činimo to agresivnim upravljanjem svakom malom varijablom. Bez obzira na to radi li moja ekipa vaš posao na našim vrhunskim švicarskim-strojevima za uklanjanje otklona, ne oslanjamo se na sreću.
Ne oslanjamo se na sreću bez obzira na to biramo li dvo-rezanje kupole.
Ili mijenjamo alate za-oštar umetak polumjera 0,1 mm da zaustavimo brbljanje.
Nikada ne dopuštamo da se rezultati svedu na sreću. Znamo kako se metal želi kretati i zaustavljamo ga prije nego što to učini.
Ali gledajte, znam koliko frustrirajuće može biti dizajniranje i nabava ovih dijelova. Svaki tjedan razgovaram-s umornim inženjerima i kupcima. Njihov dobavljač upravo je poslao još jednu seriju savijenih osovina.
Zbog toga uvijek iznova vidim ista specifična,-za kosu pitanja. Dakle, prije nego što kliknete dalje, zaronimo u prave odgovore na najčešće glavobolje s vitkim tijelom koje vidim vani.
Česta pitanja u trgovini: odgovori na teška pitanja
P1: Zašto se moja vitka osovina iskrivi nakon što je skinem sa stroja, čak i ako sam koristio konjicu i ona je savršeno izmjerila steznu glavu?
A1:Unutarnji stres. To je ubojica.
Ako tokarite hladno{0}}valjani čelik, čeličana zadržava naprezanja u vanjskom sloju. Nakon što skinete tu kožu, stres se oslobađa. U trenutku kada otpustite steznu glavu, dio vam se povija u ruci.
Popraviti:Prestanite koristiti hladno{0}}valjani materijal za duge dijelove. Upotrijebite vruće{2}}valjane, žarene ili kupujte materijale bez pred{3}}naprezanja-.
P2: Kako da zaustavim to zastrašujuće brbljanje prilikom okretanja točno u sredinu osovine?
A2:Klepetanje znači da vaš radijalni pritisak alata nadmašuje krutost osovine. Prvo smanjite radijus vrha umetka na 0,1 mm. Mali radijus drastično smanjuje radijalni tlak.
Drugo, provjerite je li vaš alat točno na sredini (ili čak dlaku iznad sredine za vanjsko okretanje). Ako to ne uspije, pokušajte "Segmentirano tokarenje".
Zaronite i izrežite osovinu u kratkim dijelovima pune-dubine. Pomaknite se prema steznoj glavi. Nemojte dugo, plitko prolazite cijelim dijelom.
P3: Moje mirno mirovanje ostavlja gadne tragove i pogotke na površini. Kako da to popravim?
A3:Strugotina vjerojatno zastaje pod vašim standardnim metalnim valjcima ili vam se čini da je pritisak stezanja previsok.
Popraviti:Prvo pokušajte okrenuti glatku, malo preveliku stazu. Zatim omotajte to mjesto slojem mesinganog podloška. Uključite valjke nakon toga. Za super delikatne završne obrade, zamijenite čelične valjke prilagođenim brončanim ili teflonskim (PTFE) vrhovima.
P4: Je li švicarska strojna obrada uvijek rješenje za vitke osovine?
A4:ne Švicarski strojevi su nevjerojatni, ali imaju dvije mane: veličinu i vrijeme postavljanja.
Maksimalni su oko 32 mm do 38 mm. A postavljanje čahure vodilice i alata za švicarac je složeno i dugotrajno-.
Ako trebate samo mali prototip od tri dijela, postavljanje švicarskog stroja je pretjerano. To košta vremena i novca.
Umjesto toga, koristite iskusnog tradicionalnog strojara. Neka pokreću standardni tokarski stroj s čvrstim osloncem za sljedbenike.
P5: Mogu li programski trikovi sami popraviti otklon ako nemam stabilan odmor ili švicarac?
A5:U određenoj mjeri, da. Osim trika s obrnutim-uvlačenjem koji sam ranije spomenuo, možete koristiti SSV (Spindle Speed Variation) u svom G-kodu. Programiranjem vretena da ubrzava i usporava za oko 10-15% tijekom rezanja, prekidate rezonanciju koja uzrokuje klepetanje. Zvuči čudno kada stroj radi, ali radi poput magije.
P6: Kako izbušiti središnju rupu u sićušnoj osovini od 3 mm bez da je odmah savijete svrdlom?
A6:Ne možete samo gurnuti središnju bušilicu u sićušnu, slobodno{0}}viseću žicu. Morate ga savršeno podržati. Ako ne koristite švicarski stroj, trebat će vam prilagođena podijeljena mjedena čahura.
Postavite ga u vreteno kako biste držali vrh potpuno čvrstim dok uočite središnju rupu. Bez vodilice, svrdlo će samo gurnuti dio u stranu i slomiti se.
P7: Je li rashladno sredstvo toliko važno za duge osovine ili je to samo za vijek trajanja alata?
A7:To je u potpunosti važno za stabilnost dimenzija. Komad od nehrđajućeg čelika od 500 mm lako će narasti za 0,1 mm samo ako se zagrije na dodir. Ako ga zaključate između središta, taj rast ga tjera da se sagne u stranu.
Trebate rashladnu tekućinu pod visokim-tlakom i velikom{1}}volumenom na vrhu alata. Ovo održava jezgru osovine potpuno smrznutom tijekom cijelog rezanja.
P8: Možete li brusiti vitke osovine da zadrže uske tolerancije nakon tokarenja?
A8:Da, i toplo se preporučuje. Brušenje bez središta naš je-sekundarni postupak za vitke osovine. Budući da regulacijski kotač i radna oštrica podupiru dio duž njegove cijele duljine.
Dio se neće saviti dok prolazi kroz brusne ploče. kako dobivamo zrcalne-završetke i mikronsku-točnost bez izazivanja novih naprezanja.
