Obsah
Dosiahnutie presných tolerancií pri CNC obrábaní si vyžaduje viac než len použitie špičkového stroja. Konečná presnosť súčiastky závisí od mnohých faktorov vrátane správania sa materiálu, rezných podmienok, opotrebenia nástroja a konštrukcie súčiastky.
Táto príručka popisuje, ako sa riadi presné CNC obrábanie, bežné zdroje rozmerových chýb a konštrukčné aspekty, ktoré pomáhajú zlepšiť presnosť a znížiť výrobné problémy.
Vysvetlenie presného CNC obrábania
Presné CNC obrábanie využíva riadené procesy rezania na výrobu dielov, ktoré spĺňajú špecifikované rozmery, tolerancie, požiadavky na povrch a ciele opakovateľnosti.
Presnosť neznamená uplatňovanie čo najmenšej tolerancie všade. Skutočným cieľom je kontrolovať prvky, ktoré ovplyvňujú uloženie, tesnenie, zarovnanie alebo pohyb.
Presnosť vs. opakovateľnosť
Tieto pojmy opisujú rôzne požiadavky:
- presnosť: Ako blízko je výsledok k cieľu
- opakovateľnosť: Ako konzistentne sa dosahuje rovnaký výsledok
- tolerancia: Povolená odchýlka od výkresu
- rozlíšenie: Najmenší pohyb zobrazený riadiacou jednotkou stroja
Presné rozlíšenie ovládania nezaručuje rovnakú presnosť rezania. Hádanie nástroja, teplota, pohyb upínacieho prípravku a kalibrácia stále ovplyvňujú výsledok.
Presné CNC obrábacie procesy
CNC frézovanie
CNC frézovanie vytvára vrecká, drážky, otvory, ploché povrchy, šikmé plochy, puzdrá a vložky foriem. Trojosové stroje spracovávajú mnoho jednoduchých dielov, zatiaľ čo štvorosové a päťosové zariadenia zlepšujú prístup k ďalším plochám.
Viac osí neznamená automaticky vyššiu presnosť. Ich hlavnou výhodou je často menej nastavení, čo znižuje chyby pri prepolohovaní a prenose vzťažných bodov.
CNC sústruženie a švajčiarske obrábanie
Sústruženie je vhodné pre hriadele, čapy, puzdrá, puzdrá, spojky a závitové časti.
Presné CNC obrábanie so švajčiarskou technológiou podopiera polotovar blízko oblasti rezu, vďaka čomu je užitočné pre malé alebo štíhle súčiastky. Konvenčné sústruženie môže byť stále praktickejšie pre väčšie alebo jednoduchšie diely.
Frézovanie-sústruženie, EDM a brúsenie
Sústružnícke frézy kombinujú sústruženie, frézovanie a vŕtanie v jednom nastavení. To môže zlepšiť vzťah medzi prvkami znížením nutnosti premiestňovania.
EDM je užitočné pre tvrdé vodivé materiály, úzke drážky a jemné vnútorné detaily. Brúsenie sa často používa pre kontrolované priemery, ploché povrchy a nízku drsnosť povrchu.
Čo riadi presnosť CNC strojov?
Strojová a tepelná stabilita
Rozmery ovplyvňujú tuhosť stroja, stav vretena, kalibrácia, zahrievanie, teplota chladiacej kvapaliny a tepelná kompenzácia.
Nástroj, stroj a obrobok sa pri zahrievaní rozťahujú. Súčiastka meraná bezprostredne po obrábaní sa môže po ochladení mierne zmeniť, najmä ak sú tolerancie prísne.
Obrábanie a držanie obrobku
Hádzanie nástroja, opotrebovanie, stav ostria a presah ovplyvňujú veľkosť a povrchovú úpravu. Dlhé nástroje sa môžu pod zaťažením deformovať, zatiaľ čo opotrebované nástroje môžu materiál tlačiť namiesto čistého rezania.
Upnutie môže tiež deformovať súčiastku. Tenké hliníkové puzdro môže v upínacom prípravku správne merať, ale po uvoľnení sa môže pohnúť, pretože bola vyvinutá príliš veľká sila.
Materiál a geometria
Materiál ovplyvňuje reznú silu, teplo, tvorbu otrepov a opotrebovanie nástroja. Nerezová oceľ sa môže deformačne spevniť, hliník môže vytvárať otrepy a technické plasty sa môžu vplyvom tepla alebo upnutia pohybovať.
Tenké steny, hlboké dutiny, dlhé úseky a hlboké otvory sa ťažšie ovládajú ako krátke, dobre podopreté prvky. Rovnaká tolerancia nie je rovnako náročná na každej súčiastke.
Programovanie a riadenie procesov
Stabilný proces oddeľuje ťažké hrubovanie od kritického dokončovania. Ponechanie kontrolovaného prídavku na dokončovanie umožňuje konečnému prechodu nástroja odoberať konzistentnejšie množstvo materiálu.
Obmedzenia životnosti nástroja, kompenzácia frézy a korekcie odsadenia tiež pomáhajú zachovať rozmery počas dlhších sérií.
Kontrola a kalibrácia
Posuvné meradlá, mikrometre, dutinomery, súradnicové měřiace stroje, optické systémy a drsnomery slúžia na rôzne účely. Metóda merania musí zodpovedať danému prvku a tolerancii.
Meradlo so slabým rozlíšením alebo opakovateľnosťou nedokáže spoľahlivo potvrdiť presný rozmer.
CNC tolerancie a povrchová úprava
Pre každý materiál, prvok alebo veľkosť súčiastky neexistuje jednotná tolerancia, preto by sa tolerancie CNC obrábania mali definovať podľa geometrie, nastavenia, nástrojov, teploty a metódy kontroly.
Všeobecné vs. kritické tolerancie
Uloženie ložísk, priemery hriadeľov, tesniace plochy, zarovnávacie otvory, vzťažné body a klzné rozhrania môžu odôvodňovať prísne tolerancie. Vôľne rozmery a nefunkčné plochy zvyčajne nie.
Nadmerné tolerovanie zvyšuje riziko dokončovacích prechodov, kontroly a nepodarkov bez toho, aby nevyhnutne zlepšilo produkt.
Tolerancia vs. drsnosť povrchu
Rozmerová tolerancia a drsnosť povrchu sú odlišné požiadavky. Otvor môže mať správnu veľkosť, ale môže byť príliš drsný na tesnenie. Leštená plocha môže vyzerať hladko, ale stále môže byť v nesprávnej polohe.
Povrchová úprava závisí od geometrie nástroja, rýchlosti posuvu, vibrácií, materiálu a stavu nástroja. Hladký povrch neznamená automaticky presný.
DFM pre presné CNC diely
Znížiť počet nastavení
Súvisiace prvky by sa mali podľa možnosti obrábať v rovnakom nastavení, najmä ak závisia od polohy, kolmosti, sústrednosti alebo hádzania.
Každé nové nastavenie predstavuje ďalší prenos vzťažných bodov. Viacosové obrábanie môže pomôcť, ale dobre navrhnutý upínač môže dosiahnuť rovnaký výsledok na jednoduchšom stroji.
Ovládajte tenké steny a hlboké prvky
Tenké steny sa môžu ohnúť pod reznými a upínacími silami. Hlboké dutiny vyžadujú dlhšie nástroje, ktoré zvyšujú vibrácie a sťažujú odvádzanie triesok.
Vyhnite sa hlbokým a úzkym prvkom, pokiaľ nie sú funkčné. Hrúbka a hĺbka steny by sa mali posúdiť vzhľadom na materiál, prístup k nástrojom a požadovanú toleranciu.
Používajte praktické polomery a tolerancie
Rotujúca fréza zanecháva vo vnútorných rohoch polomer. Ostré vnútorné rohy môžu vyžadovať elektroerozívne obrábanie, preťahovanie alebo zmenu konštrukcie.
Štandardné otvory, závity, polomery a prístupné hĺbky prvkov znižujú náklady a riziko. Jasné vzťažné body tiež uľahčujú obrábanie a kontrolu.
Materiály pre presné CNC obrábanie
| Materiál | Hlavné výhody | Úvahy o obrábaní |
| Hliník | Ľahký a obrobiteľný | Otrepy, rozpínanie, pohyb tenkej steny |
| Šperky z chirurgickej ocele | Pevný a odolný voči korózii | Teplo, spevnenie, opotrebenie nástroja |
| Uhlíková a legovaná oceľ | Silný a široko dostupný | Tvrdosť a stav tepelného spracovania |
| Mosadz a meď | Vodivý a detailne zrozumiteľný | Otrepy a povrchové značenie |
| titán | Vysoký pomer pevnosti k hmotnosti | Koncentrácia tepla a opotrebovanie nástroja |
| Technické plasty | Odolné voči svetlu a korózii | Rozťažnosť a deformácia zovretia |
Výber materiálu ovplyvňuje čas rezania, nástroje, teplotu, povrchovú úpravu a stabilitu procesu. Konkrétna zliatina alebo trieda je rovnako dôležitá ako všeobecná skupina materiálov.
Keď sa hodí presné CNC obrábanie
CNC obrábanie je vhodné pre funkčné prototypy, zákazkové upínacie prípravky, vložky do foriem a diely, ktoré vyžadujú prísne tolerancie. Funguje tiež dobre pre nízko až stredne objemovú výrobu, najmä keď je potrebné obrobiť niekoľko kritických prvkov z rovnakého vzťažného bodu.
Pre jednoduchšie tvary alebo väčšie objemy môže byť vhodnejší iný proces. Presná výroba plechov je zvyčajne vhodnejšia pre tenké kryty, ohýbané panely, konzoly a iné tvarované plechové konštrukcie. Vstrekovanie plastov je zvyčajne ekonomickejšie pre veľké množstvá plastových dielov, ak je opodstatnené použitie nástrojov. Porovnanie CNC obrábania a vstrekovania plastov by malo zohľadniť objem výroby, geometriu, materiál, toleranciu a investície do nástrojov.
Medzi typické presné CNC obrábané diely patria hriadele, puzdrá, puzdrá, upínacie prípravky, vložky foriem, robotické držiaky a dosky zariadení. Hriadeľ môže závisieť od priemeru a hádzavosti, zatiaľ čo puzdro sa môže viac spoliehať na polohu otvoru a rovinnosť.
Čo ovplyvňuje náklady na CNC obrábanie?
- Materiál Cena materiálu, tvrdosť, obrobiteľnosť, rýchlosť rezania a opotrebenie nástroja ovplyvňujú náklady.
- Geometria a nastavenia Hlboké vrecká, tenké steny, zložité uhly a viacstranné obrábanie zvyšujú čas programovania a nastavenia.
- Tolerancie a kontrola Prísne tolerancie môžu vyžadovať pomalšie dokončovanie, viac meraní, lepšiu kontrolu teploty alebo sekundárne brúsenie.
- Množstvo a konečná úprava Množstvo ovplyvňuje rozdelenie nákladov na nastavenie. Náklady sa zvyšujú aj odhrotovaním, tepelným spracovaním, eloxovaním, pokovovaním, montážou a balením.
- Náklady na CNC obrábanie by sa mali hodnotiť podľa materiálu, času obrábania, nastavení, tolerancií, kontroly a sekundárnych operácií, a nie len podľa hodinovej sadzby.
Výber dielne s presnými CNC obrábacími strojmi
Schopná dielňa na presné CNC obrábanie by mala rozumieť materiálu, geometrii, toleranciám, upínaniu obrobkov, nástrojom, kontrole a sekundárnemu spracovaniu. Samotná značka stroja a počet osí nedokazujú spôsobilosť.
Spoľahlivý dodávateľ by mal vysvetliť, ako budú kritické prvky obrábané a merané. Jeho CNC obrábacie služby by mali zodpovedať skutočnému dielu, a nie sa spoliehať na jedno všeobecné tvrdenie o presnosti.
Záver
Presné CNC obrábanie závisí od celého procesu. Nástroje, upnutie obrobku, správanie materiálu, teplota, programovanie a kontrola musia spolupracovať.
Prísne tolerancie by sa mali používať iba tam, kde ovplyvňujú funkčnosť. Ak potrebujete CNC obrábanie, výrobu plechov, vstrekovanie plastov alebo podporu pri výrobe foriem, spoločnosť HingTung môže posúdiť diel a odporučiť praktický výrobný postup. Náš tím môže odporučiť praktický výrobný prístup.