Voiko CNC-kierrosta valmistaa monimutkaisia geometrisia muotoja?

Miten moderni CNC-jyrsintä saavuttaa monimutkaisen geometrian

Live-työkalut, Y-akseli ja alavaihteisto: Keskiön ulkopuolisten ja ei-kiertävien ominaisuuksien mahdollistajat

CNC-kääntö on nykyään päässyt eroon vanhoista pyörimisrajoituksista kolmen keskeisen edistysaskeleen ansiosta. Ensimmäiseksi mainittavana ovat elävät työkalut, joissa jyrsinleikkuuterät on integroitu suoraan kääntökoneen torniin. Tämä tarkoittaa, että voimme porata poikittain, jyrsiä uria ja jopa tehdä jyrsityötä pyöriville osille kaiken samassa koneessa, eikä osia tarvitse siirtää muualle lisätoimenpiteisiin. Sitten on olemassa Y-akseli, joka mahdollistaa pystysuuntaisen liikkeen kohtisuoraan pääakselin suhteen. Tämä antaa mahdollisuuden valmistaa hankalia keskittämiä muotoja ja epäsymmetrisiä muotoiluja, kuten siirtyneitä litteitä pintoja tai monisivuisia profiileja. Lopuksi alakäyttöakselit ovat muuttaneet kaiken täysin osan käsittelyssä. Ne siirtävät työkappaleen automaattisesti takapuolen työstöön, kuten rihlastukseen, kierteeseen tai päätyjen tasaukseen, ilman että kappaleen käsittelyyn tarvitaan ihmisen väliintuloa. Mitä tapahtuu, kun kaikki nämä yhdistetään? Aiemmin mahdottomiksi ajatellut osat muuttuvat mahdollisiksi. Puhumme siirtymisestä perusmuotoisista sylintereistä monimutkaisiin hybridikomponentteihin, joissa on kartiot, sivusuuntaiset reiät, urat ja kulmassa olevat pinnat. Parasta koko jutussa on se, että kaikki tämä monimutkaisuus ei vaaranna tarkkuutta. Koneet saavuttavat edelleen mikrometrin tarkkuusalueet, ja tehtaat raportoivat kokoonpanojen vähentyneen lähes 70 % verrattuna vanhempiin menetelmiin.

Käytännön esimerkki: Yhden asennuksen tuotanto ilmailualan liittimestä, jossa on kalotteja, uria, hienojakoista uritusta ja säteittäisiä reikiä

Monimutkainen ilmailuteollisuuden liitäntärengas vaati noin 15 eri ominaisuutta, mukaan lukien haastavat kartiopinnat, erittäin tarkat urat, työstetyt hionnattipinnat sekä kahdeksan säteittäistä reikää. Koko osa valmistettiin yhdessä asennossa huippuluokan moniakselisessa sorvikeskuksessa. Kartoja varten käytettiin Y-akselin muotoutumista saavuttaakseen tiukat toleranssit. Pyörivät työkalut hoitivat säteittaisten reikien porauksen ja kierteityksen ilman uudelleenasennusta. Samalla alajuova työsti hionnattipintaa takapuolelle samalla kun muut toiminnot suoritettiin. Urat piti saada täsmälleen oikein ±0,005 tuuman tarkkuudella, mikä saavutettiin älykkäällä C- ja Y-akselien koordinoinnilla. Kaikkien toimintojen yhdistäminen samaan prosessiin poisti tarpeen lisäkäsittelyille. Mitä tämä käytännössä tarkoittaa? Jakson kesto lyheni dramaattisesti kolmesta pitkästä tunnista vain 22 minuuttiin. Tämä osoittaa, mitä CNC-sorvaus voi saavuttaa, kun osan perusrakenne perustuu pyörähdyssymmetriaan.

CNC-kierrosta vai 5-akselista jyrsintää: Milloin valita CNC-kierros monimutkaisille osille

Symmetrian etu: Miksi pyörivä dominoiva muotoilu tekee CNC-kierroksesta tehokkaan hybridigeometrioille

Kun käsitellään osia, joiden muoto on pääasiassa pyöreä, CNC-kierrosta antaa valmistajille paremman nopeuden ja säästää rahaa verrattuna muihin menetelmiin. Prosessi toimii siten, että työkappale pyörii, kun leikkuutyökalut pysyvät paikoillaan tai liikkuvat sen mukana, mikä mahdollistaa nopean materiaalin poiston ulkohalkaisijoille, kartioille, kierretyille ja urille. Näiden kaltaiset ominaisuudet vaatisivat paljon asetusten vaihtamista ja olisivat huomattavasti hitaampia 5-akselisella sorvauksella. Viisiakselinen sorvaus puolestaan selviytyy erittäin hyvin monimutkaisista vinokalteisista pinnoista ja epäsäännöllisistä muodoista, mutta kaikki nämä liikkuvat osat tarkoittavat pidempää ohjelmointia ja korkeampia konekustannuksia. Otokaa esimerkiksi osia, joiden yli puolet kokonaistilavuudesta on lieriömäistä, kuten rengasmaisia levyjä reunoissa olevilla rei'illä tai kotelo-osia, joissa on lovia kehän ympärillä. Tämäntyyppisissä osissa CNC-kierros voi vähentää asennustyötä noin 40 prosenttia ja lyhentää tuotantosykliä jopa 60 prosentilla. Lisäksi se säilyttää tiukat toleranssit alle 0,005 tuumaa edullisesti, erityisesti silloin, kun valmistetaan yli 1 000 kappaleen eriä.

Päätöskehys: Ominaisuuksien sijainnin, määrän ja akselivaatimusten arviointi CNC-kääntämisen priorisoinnissa

Optimaalisen prosessin valinta perustuu kolmeen toisiinsa liittyvään kriteeriin:

1. Pyörähdyksenominaisuuksien tiheys : Priorisoi CNC-kääntäminen, kun 70 % kriittisistä ominaisuuksista (esim. halkaisijat, poraukset, kierteet, kartiot) on pyörähdyssymmetrisiä.
2. Ei-pyörähdyksellinen monimutkaisuus : Valitse 5-akselinen jyrsintä, kun osassa on yli 3 riippumatonta poikkeavalla akselilla olevaa pintaa, kuten kulmassa olevia kiinnityspintoja tai ei-säteittäisiä lokeroita, joita ei voida käsitellä live-työkaluin tai Y-akselin liikkeellä.
3. Tilavuus-kustannus-tasapaino : CNC-kääntäminen alentaa kappalekustannuksia noin 30 % suurissa sarjoissa nopeampien sykliaikojen ja vähäisen kiinnityksen ansiosta, kun taas 5-akselinen jyrsintä säilyy edullisempana pienissä sarjoissa tai erittäin epäsäännöllisissä geometrioissa. Peukalosäännön mukaan, jos perusrakenne on sylinterimäinen, vaikka olisi kohtalaisesti reunamillauksia, kääntökeskeinen lähestymistapa tuottaa yleensä paremman läpimenon, tarkkuuden ja kustannuskontrollin.

Suunnitteluohjeet ja CNC-kierrotyksen käytännön rajoitukset

Välttämällä 'mutkikas mutta ei epäsymmetrinen' -ongelma: keskeiset rajoitukset alavaloille, syviin kammioihin ja ei-kiertopintoihin

CNC-kierrotyksen vahvuus on kiertosymmetriassa, mutta sen fysiikka asettaa selkeät rajat epäsymmetrisille ominaisuuksille. Kolme mekaanista rajoitusta määrittää valmistettavuuden rajat:

• Alapinnat : Sisäiset alavalot noin 135° yli ovat saavuttamattomissa vakiotyökaluilla, koska poranterä ja kiinnitysliitäntä aiheuttavat törmäyksen; erikoistyökalupitimet tai lisätoimenpiteet tulevat tarpeellisiksi.
• Syvät ontelot : Pituussuhteet halkaisijaan yli 4:1 aiheuttavat työkalun taipumisen ja huonon pintalaadun, erityisesti pehmeämmillä tai tahmeilla materiaaleilla; pyri pitämään kammion syvyys enintään 3× työkalun halkaisijan sisällä.
• Ei-kiertopinnat : Tasopinnat, neliölliset hartiat tai kulmikkaita ominaisuuksia vaativat aktiivisia työkaluja, C-akselin indeksointia tai Y-akselin liikettä, mikä lisää monimutkaisuutta, sykliaikaa ja mahdollisia virhealignointeja.

Materiaalien käyttäytyminen vaikuttaa merkittävästi siihen, mitä voidaan käytännössä tehdä. Karkaistut seokset, joiden kovuus on yli 45 HRC, kuluttavat leikkuutyökaluja nopeammin tarkassa profiilityöskentelyssä. Puolitoista millimetriä ohuempia seinämäpaksuuksia taipuvat helposti muodostaan keskipakovoimien vaikuttaessa niissä koneistettaessa. Kun osissa on epätasaisia piirteitä, jotka katkaisevat normaalin purun virtauspolun, tämä aiheuttaa myös ongelmia. Purut jäävät kiinni ja uudelleenleikataan osan pintaan, mikä tekee pinnoitteista karkeampia kuin toivottu, joskus jopa huonompia kuin 32 Ra mikrotuumaa. Parempia tuloksia saavutetaan CNC-kierrostaessa suunnittelemalla osat mahdollisimman tasaisilla kaarevuussäteillä. Yritä pitää aksiaaliset katkokset minimissään ja rajoittaa ei-kiertosymmetriset piirteet enintään noin 15 %:iin koko osan geometriasta. Tätä rajaa suuremmilla arvoilla monimutkaisiin geometrioihin sopii yleensä paremmin hybridimenetelmä, jossa yhdistyy jyrsintä ja kierros.

Osien suunnittelun optimointi CNC-kierroksen onnistumiseksi

CNC-jyrsinnän suunnittelu mielessä avaa merkittäviä kustannus- ja toimitusaikahyötyjä, erityisesti suurissa tuotantosarjoissa. Valmistettavuuden (DFM) periaatteiden soveltaminen varhaisessa vaiheessa varmistaa, että ominaisuudet vastaavat prosessin vahvuuksia ja välttää kalliit ratkaisut. Keskeisiä strategioita ovat:

• Toleranssien optimointi : Määritä tiukat toleranssit vain siellä, missä ne ovat toiminnallisesti tarpeellisia. Liiallinen tarkkuus lisää koneen käyttöaikaa 30–50 % ja vaatii erikoistyökaluja sekä tarkastusmenettelyjä.
• Sauvamateriaalin kohdistus : Sovita päädiameterit standardikokoisiin sauvamateriaaleihin (esim. 1", 1,5", 2") vähentääksesi materiaalihukkaa, yksinkertaistaaksesi kiinnitystä ja välttääksesi räätälöidyt työkappaleet.
• Urauskavennuksen vähentäminen : Korvaa sisäpuoliset uraukset ulkoisilla urilla, loivilla tai viisteillä aina kun toiminnallisuus sallii, jolloin vähennetään tai eliminoidaan toissijaisia työstövaiheita.
• Pituussuhteen hallinta : Pituuden ja halkaisijan suhteille, jotka ovat yli 6:1, tulee suunnitella pyrstöpään tuentaelementit (esim. ohjaushalkaisijat tai relieefiurat) suoraan komponenttiin värähtelyn ja taipumisen estämiseksi.

Nämä säädöt parantavat purun poistumista, lisäävät mittojen vakautta ja vähentävät työstämätöntä aikaa, mikä johtuu jopa 25 % matalampaan kappalekustannukseen ja nopeutettuun toimitusaikaan, kun niitä sovelletaan alustavassa suunnittelukatsauksessa.

UKK

Mikä on CNC-kierrotyksen pääedut muihin työstömenetelmiin verrattuna?

CNC-kierrotyksella on etuja pyörähdyssymmetristen osien tehokkaassa valmistuksessa, erityisesti nopeudessa, tarkkuudessa ja kustannuksissa suurten sarjojen yhteydessä. Se mahdollistaa monimutkaisten operaatioiden, kuten kierteityksen, urroittamisen ja säteittäisen porauksen, integroimisen ilman työkappaleen uudelleenasennusta.

Kuinka live-työkalut ja alapyöröt parantavat CNC-kierrotystä?

Live-työstö mahdollistaa CNC-jyrsintätoimintojen integroinnin suoraan latvaan, mikä eliminoi tarpeen lisäasetuksille. Aliakselit siirtävät työkappaleet automaattisesti vastakkaiselle puolelle toimenpiteitä varten, mikä parantaa tehokkuutta ja vähentää virheiden mahdollisuutta manuaalisessa käsittelyssä.

Milloin tulisi valita CNC-kierrosta 5-akselista jysintää vastaan?

CNC-kierros on ideaali vaihtoehto, kun osan enemmistö ominaisuuksista on pyörähdyssymmetrisiä ja kun osasta tarvitaan tehokasta, kustannustehokasta tuotantoa suurille määrille. Monimutkaisille ei-pyörähdyksellisille ominaisuuksille, jotka vaativat moniakselisia liikkeitä, 5-akselinen jyrsintä saattaa olla sopivampi.