Képes a CNC esztergálás bonyolult geometriai alakzatok létrehozására?

Hogyan éri el a modern CNC esztergálás az összetett geometriát

Élő szerszámozás, Y-tengely és melléktengely: Nem középpontos és nem forgásszimmetrikus elemek lehetővé tétele

A mai CNC-forgácsolás három kulcsfontosságú fejlesztésnek köszönhetően áthidalja a korábbi forgásbeli korlátozásokat. Először is, itt van az élő szerszámozás, amelynél marószerszámokat közvetlenül a gyalugép toronyrészébe építenek be. Ez azt jelenti, hogy fúrhatunk keresztirányban, marhatunk horonyt, sőt akár marási műveleteket is végezhetünk a forgó alkatrészeknél egyetlen műveletben, így nincs szükség az alkatrészek más helyre mozgatására további műveletek elvégzéséhez. Ezután jön az Y-tengely funkció, amely függőleges mozgást biztosít a főorsóra merőlegesen. Ez lehetővé teszi a gépészek számára nehéz, középponton kívüli formák és szimmetrikus mintázatok – például eltolódott síkok vagy többszögű profilok – kialakítását. Végül pedig az alárendelt orsók teljesen megváltoztatták a teljes alkatrész-megmunkálás képét. Ezek automatikusan átvisszák a munkadarabot a hátsó oldali műveletekhez, például bordázáshoz, menetkészítéshez vagy síkításhoz anélkül, hogy bárkinek kézzel kellene kezelnie az alkatrészt. Mindez együttesen mit eredményez? Az addig elképzelhetetlen alkatrészek most valósággá válnak. Olyan alakításról beszélünk, amely a hengeres formáktól a bonyolult hibrid alkatrészekig terjed, amelyek csonkakúpokat, oldalirányú furatokat, hornyokat és szögelt felületeket tartalmaznak. A legjobb az egészben? Mindezen bonyolultság ellenére nem szenved csorbát a pontosság. A gépek továbbra is mikronos tűréseket érnek el, és a gyártóüzemek azt jelentik, hogy a beállítások számát majdnem 70%-kal csökkentették a régebbi módszerekhez képest.

Gyakorlati példa: egyetlen beállítással készült repülőgépipari flange gyártása ferde felületekkel, hornyokkal, bordázással és sugárirányú furatokkal

Egy összetett repülőgépipari flangénak körülbelül 15 különböző funkcióra volt szüksége, beleértve a nehézkes csúszófelületeket, rendkívül pontos hornyokat, megmunkált bordázásokat, valamint nyolc radiális furatot. Az egész alkatrészt egyetlen felfogásban gyártották le egy állítólagos többtengelyes esztergagépen. A csúszófelületekhez az Y tengely kontúrozását alkalmazták, hogy elérjék a szigorú tűréseket. Az élő szerszámok végezték a radiális furatok fúrását és menetfúrását újra pozícionálás nélkül. Eközben a segédorsó dolgozta fel a hátsó oldali bordázást, miközben a többi művelet is folyamatban volt. A hornyoknál a pontosság plusz-mínusz 0,005 hüvelyken belül kellett legyen, amit a C és Y tengelyek ügyes koordinálásával értek el. Ennek a komplex együttes megoldásnak köszönhetően feleslegessé váltak a további kezelési lépések. Mi a gyakorlati jelentősége ennek? A ciklusidő drasztikusan lecsökkent három hosszú óráról egészen 22 percig. Ez mutatja, mire képes a CNC-esztergálás akkor, amikor az alkatrész forgásszimmetrikus alapú tervezésű.

CNC esztergálás vs. 5-tengelyes marás: Mikor érdemes CNC esztergálást választani összetett alkatrészeknél

A szimmetria előnye: Miért teszi az elforgathatóság hatékonnyá a CNC esztergálást hibrid geometriák esetén

Amikor főként kerek alakú alkatrészekkel van dolgunk, a CNC esztergálás gyorsabb sebességet és költségmegtakarítást biztosít a gyártók számára más módszerekhez képest. A folyamat során a munkadarab forog, miközben a vágószerszámok helyben maradnak vagy mozgásban vannak vele együtt, lehetővé téve a gyors anyageltávolítást külső átmérők, kúpos felületek, menetek és hornyok esetén. Ezek a geometriai elemek sokkal több beállítási változtatást igényelnének, és lényegesen lassabban lennének megmunkálhatók egy 5 tengelyes marógépen. A 5 tengelyes marás ugyan kitűnően kezeli az összetett szögű felületeket és szabálytalan formákat, de az összetett mozgások miatt hosszabb programozási időt és magasabb gépköltségeket vonnak maguk után. Vegyünk például olyan alkatrészeket, amelyek teljes térfogatának több mint fele hengeres jellegű, mint például peremek lyukakkal a szélükön, vagy házak nyílásokkal a kerületükön. Ilyen típusú alkatrészek esetén a CNC esztergálás akár 40 százalékkal csökkentheti a beállítási munkát, és a gyártási ciklusidőt akár 60 százalékkal is lerövidítheti. Emellett pontos tűréshatárokat tart 0,005 hüvelyk alatt, közben gazdaságos megoldást nyújt, különösen akkor, ha 1000 darabnál nagyobb sorozatokról van szó.

Döntési keret: A funkciók elhelyezkedésének, mennyiségének és tengelyigényeinek értékelése a CNC esztergálás előtérbe helyezéséhez

Az optimális folyamat kiválasztása három egymással összefüggő szemponton alapul:

1. Forgásszimmetrikus elemek sűrűsége : A CNC esztergálás legyen az elsődleges választás, ha a kritikus funkciók 70%-a (pl. átmérők, furatok, menetek, kúpos felületek) forgásszimmetrikus.
2. Nem forgásszimmetrikus bonyolultság : Öttenős marást érdemes választani, ha az alkatrész több mint 3 független, nem tengelyirányú felülettel rendelkezik, például ferde rögzítési felületekkel vagy nem sugárirányú zsebekkel, amelyeket élőszerszám vagy Y-tengely mozgás segítségével sem lehet megmunkálni.
3. Térfogat-költség egyensúly : A CNC esztergálás nagy sorozatoknál körülbelül 30%-kal csökkenti darabköltséget a gyorsabb ciklusidő és a minimális befogás miatt, míg az öttenős marás alacsony sorozatszámú prototípuskészítéshez vagy rendkívül szabálytalan geometriákhoz marad az előnyösebb. Általános szabályként, ha az alapvető szerkezet hengeres, még akkor is, ha mérsékelt perifériás marás szükséges, az esztergálásra épülő megközelítés általában jobb termelékenységet, pontosságot és költségkontrollt eredményez.

A CNC-forgácsolás tervezési irányelvei és gyakorlati korlátai

Az „Összetett, de nem szimmetrikus” csapda elkerülése: alapvető korlátozások hornyoknál, mély üregeknél és nem forgásszimmetrikus felületeknél

A CNC-forgácsolás ereje a forgásszimmetriában rejlik, de fizikai törvényei egyértelmű határokat szabnak az aszimmetrikus elemeknek. Három mechanikai korlát határozza meg a gyárthatóság határait:

• Alávágások : A belső hornyok, amelyek nagyobbak mint kb. 135°, standard szerszámokkal hozzáférhetetlenek a tengely és az orsó interferenciája miatt; speciális szerszámtartók vagy másodlagos műveletek szükségesek.
• Mély üregek : Az 4:1-hez viszonyítva nagyobb mélység-átmérő arányú üregek esetén fennáll a szerszámdeformáció és a rossz felületminőség kockázata, különösen lágyabb vagy ragadós anyagoknál; ahol lehetséges, az üreg mélységét tartsa 3-szoros szerszámátmérőn belül.
• Nem forgásszimmetrikus felületek : Sík felületek, merőleges vállak vagy szögletes formák élő szerszámokat, C-tengely pozicionálást vagy Y-tengely mozgást igényelnek, ami növeli az összetettséget, a ciklusidőt és az igazítási hiba lehetőségét.

Az anyagok viselkedése nagyban befolyásolja a gyakorlati megvalósíthatóságot. A 45 HRC-nél keményebb ötvözetek finom profilozó munkák során gyorsabban elkopasztják a szerszámokat. A fél milliméternél vékonyabb falak megdeformálódnak a centrifugális erő hatására forgácsolás közben. Ha az alkatrészeknek egyenetlen, a normális forgácselvezetést zavaró geometriája van, ez is problémát okozhat. A forgácsok elakadnak és visszavágódnak az alkatrész felületébe, ami durvább felületet eredményez, mint amit szeretnénk – néha rosszabbat, mint 32 Ra mikrohüvelyk. Jobb eredmény érdekében CNC-forgácsolásnál célszerű olyan alkatrésztervet készíteni, amelyben mindenhol lehetőség szerint azonos sugarú lekerekítések szerepelnek. Igyekezzen minimálisra csökkenteni az axiális megszakításokat, és a nem forgásszimmetrikus elemek arányát legfeljebb az alkatrész teljes geometriájának 15%-ára korlátozni. E küszöbérték túllépése esetén összetett geometriák esetén általában jobb eredményt hoz a marás és a forgácsolás kombinált, hibrid alkalmazása.

Alkatrésztervezés optimalizálása CNC-forgácsoláshoz

A CNC-forgácsolásra való tekintettel történő tervezés jelentős költség- és időmegtakarítást eredményez, különösen nagy sorozatgyártás esetén. A gyártáskönnyítés (DFM) alapelveinek korai alkalmazása biztosítja, hogy a funkciók a folyamat előnyeivel összhangban legyenek, miközben elkerüli a drága megoldásokat. Főbb stratégiák:

• Tűrésoptimalizálás : Csak ott adjon meg szűk tűréseket, ahol a funkció megköveteli. A túlságosan szigorú pontossági előírások 30–50%-kal növelik a megmunkálási időt, és speciális szerszámokat valamint ellenőrzési protokollokat igényelnek.
• Rúdrácskéntellés : Igazítsa a fő átmérőket a szabványos rúdrács-méretekhez (pl. 1", 1,5", 2") a anyagveszteség csökkentése, az elfogás egyszerűsítése és az egyedi nyersdarabok elkerülése érdekében.
• Alulmaradás-csökkentés : Belső alulmaradások helyett külső hornyokat, lejtőket vagy letöréseket használjon ott, ahol a funkció engedi, így csökkentve vagy megszüntetve a másodlagos műveleteket.
• Hosszanti arányok ellenőrzése : 6:1 feletti hossz-átmérő arányok esetén a rögzítőorsó támogatását (például vezető átmérők vagy horonyközök) közvetlenül bele kell tervezni a konstrukcióba a rezgés és az alakváltozás megelőzése érdekében.

Ezen módosítások javítják a forgácseltávolítást, növelik a mérettartósságot, és csökkentik a nem megmunkálási időt, amelyek alkalmazása akár 25%-kal alacsonyabb darabköltséghez és gyorsabb szállításhoz vezethetnek, ha már a kezdeti tervezési felülvizsgálat során figyelembe veszik őket.

GYIK

Mik a CNC-forgácsolás fő előnyei más megmunkálási módszerekhez képest?

A CNC-forgácsolás elsősorban hatékonyan állít elő forgásszimmetrikus alkatrészeket, és előnyös a sebesség, pontosság és költséghatékonyság tekintetében nagy sorozatok esetén. Lehetővé teszi összetett műveletek integrált végzését, mint menetesztergálás, finomhornyolás és radiális fúrás anélkül, hogy az alkatrészt újra pozícionálni kellene.

Hogyan javítják a CNC-forgácsolást az élő szerszámozás és az alaporsók, mint technológiai fejlesztések?

A live tooling lehetővé teszi a CNC esztergák számára, hogy marás műveleteket is közvetlenül az esztergán végezzenek, így elhagyhatók a további befogások. Az alaporsók automatikusan átveszik a munkadarabokat az ellenoldali műveletekhez, növelve az hatékonyságot és csökkentve a kézi beavatkozásból fakadó hibákat.

Mikor érdemes CNC esztergálást választani 5-tengelyes marás helyett?

A CNC esztergálás ideális választás, ha a munkadarab jellemzőinek túlnyomó része forgásszimmetrikus, illetve ha nagy darabszámú, költséghatékony gyártás szükséges. Összetett, nem forgásszimmetrikus geometriájú alkatrészek esetén, amelyek többtengelyes mozgásokat igényelnek, a 5-tengelyes marás lehet a megfelelőbb megoldás.