Virsmas apdare CNC frēzēšanas operācijās
1. Sasniedzams tipisks virsmas raupjums
CNC frēzēšana rada dažādas virsmas apdares atkarībā no instrumentu stratēģijas, mašīnas dinamikas un materiāla īpašībām. Ar rupju frēzēšanu materiāla noņemšanai parasti tiek sasniegts virsmas raupjums no 3,2 līdz 12,5 mikrometriem Ra, ko raksturo pamanāmas instrumenta pēdas un šķautnes malas no lieliem pakāpēm. Pus-frēzēšana ar mēreniem parametriem dod 1,6 līdz 3,2 mikrometrus Ra, kas ir piemērota ne-kritiskām konstrukcijas iezīmēm. Pabeigt frēzēšanu, izmantojot smalkas pakāpes, lielu vārpstas ātrumu un asu instrumentu, sasniedz 0,8 līdz 1,6 mikrometrus Ra, kas ir piemērots vispārējai precizitātei. Smalkās apdares frēzēšana ar optimizētām ātrgaitas apstrādes stratēģijām sasniedz 0,4–0,8 mikrometrus Ra, kas ir piemērota redzamām kosmētiskām virsmām un vidējai precizitātei. Augstas-precizitātes frēzēšana, izmantojot stingras mašīnas, līdzsvarotus instrumentus un mikro-pakāpju pieejas, var sasniegt 0,2–0,4 mikrometrus Ra. Ultra-precīza frēzēšana ar specializētām vārpstām, vibrācijas izolāciju un viena-kristāla dimanta vai pulēta karbīda instrumentiem rada spoguļa{24}}virsmas, kas mazākas par 0,1 mikrometru Ra, ar izciliem mikroapstrādes pielietojumiem, kas tuvojas 0,05 mikrometriem.
2. Frēzētas virsmas ģenerēšanas teorētiskais pamatojums
Atšķirībā no virpošanas, kur ar vienu{0}}punktu rīks ģenerē nepārtrauktus spirālveida virsmas profilus, frēzēšanā tiek izmantoti vairāku-zobu griezēji, kas veido neviendabīgus, cikloidālus virsmas rakstus. Teorētiskais pīķa-līdz-ielejas augstums perifērajā frēzēšanā ir atkarīgs no frēzes diametra, rievu skaita, padeves uz vienu zobu un radiālās saķeres. Trīsdimensiju virsmu lodīšu-galu frēzēšanai-smailes augstums starp blakus esošajām gājieniem atbilst ģeometriskām attiecībām, kas ietver instrumenta rādiusu un pakāpiena attālumu. Pārkāpuma samazināšana no 0,5 milimetriem līdz 0,1 milimetram parasti samazina teorētisko smailes augstumu par piecām reizēm, lai gan faktiskais uzlabojums samazinās mašīnas dinamikas un instrumenta novirzes ierobežojumu dēļ.
Frēzēšanas neregulārais griešanas raksturs rada periodiskus trieciena spēkus, kas ierosina struktūras vibrācijas, padarot sasniedzamo apdari jutīgāku pret sistēmas dinamiku nekā nepārtraukti griešanas procesi. Katrs flautas ieraksts rada pārejošu spēka impulsu, kas var izraisīt pļāpāšanu, ja frekvences sakrīt ar strukturālajiem dabiskajiem režīmiem.
3. Kritisko parametru ietekme uz frēzētas virsmas apdari
Barība uz vienu zobu kalpo kā primārais parametrs, kas ietekmē virsmas tekstūru. Zemākas padeves samazina skaidu biezumu un teorētisko ķemmīšgliemeņu augstumu, uzlabojot apdari uz pagarināta cikla laika. Tomēr pārāk zema padeve izraisa berzi, nevis bīdi, radot siltumu un sacietēšanu bez proporcionālas apdares uzlabošanas. Optimālā padeve apdarei parasti svārstās no 0,05 līdz 0,15 milimetriem uz zobu tēraudam un no 0,1 līdz 0,3 milimetriem uz vienu zobu alumīnijam, ar smalku apdari zem 0,05 milimetriem uz vienu zobu.
Griešanas ātrums ietekmē apdari, izmantojot{0}}uzcelto malu darbību, instrumenta nodiluma progresēšanu un termiskos efektus. Lielāks ātrums parasti samazina alumīnija un vara{2}}apbūvētās malas, uzlabojot virsmas spīdumu. Tēraudā mēreni ātrumi līdzsvaro-izvairīšanās no malām pret pārmērīgu karstumu, kas paātrina krātera nodilumu. Pārmērīgs ātrums jebkurā materiālā rada vibrāciju un termiskus kropļojumus, kas pasliktina apdares konsistenci.
Radiālā saķere vai pakāpšanās kritiski nosaka virsmas veidošanos profilēšanas un kabatas ievietošanas operācijās. Lieli 50 līdz 80 procenti no griezēja diametra paaugstina materiāla noņemšanu, bet rada pamanāmas ķemmīšgliemenes. Smalkā apdare izmanto 5–15 procentus, lai samazinātu smailes augstumu un virsmas viļņošanos. Adaptīvās tīrīšanas stratēģijas uztur pastāvīgus saķeres leņķus, novēršot spēka pieaugumu, kas izraisa pļāpāšanu un izmēru izmaiņas.
Aksiālais griezuma dziļums ietekmē apdari, jo tas ietekmē sistēmas novirzi un pļāpāšanas tendenci. Dziļi aksiālie savienojumi palielina instrumenta pārkares efektus un jutību pret vibrācijām. Smalkai apdarei aksiālais dziļums ir jāierobežo līdz vienas līdz divām reizēm par instrumenta diametru gala frēzēm, ar vēl mazāku dziļumu, ja lietojat-garas darbības.
4. Instrumenta ģeometrija un materiālu izvēle
Gala frēzēšanas ģeometrija būtiski ietekmē frēzētās virsmas kvalitāti. Spirāles leņķis ietekmē griešanas spēka virzienu un skaidu izvadīšanu. Augsti spirāles leņķi, kas ir 45 grādi vai lielāki, rada augšupvērstus griešanas spēkus, kas uzlabo stabilitāti plānas -sienu apstrādei un samazina urbumu veidošanos. Zemie spirāles leņķi 30 grādos nodrošina lielāku malu stiprību smagai raupjumam, bet rada raupjāku apdari. Mainīgas spirāles un mainīga soļa konstrukcijas izjauc reģeneratīvo pļāpāšanu, novēršot konsekventas fāzes attiecības starp secīgiem flautas ievadiem, nodrošinot lielāku stabilu dziļumu un uzlabotu virsmas tekstūru.
Stūra rādiuss un lodītes{0}}gala ģeometrija nosaka virsmas ģenerēšanu trīs-asu un piecu-asu profilēšanā. Asas stūra gala frēzes rada izteiktas instrumenta atzīmes pakāpju pārejās. Stūra rādiusi no 0,5 līdz 2,0 milimetriem stiprina instrumentu un samazina sprieguma koncentrāciju, vienlaikus saglabājot ģeometrisko definīciju. Lodīšu-gala frēzes ar rādiusiem, kas atbilst virsmas izliekumam, samazina smailes augstumu sarežģītā profilēšanā.
Instrumenta materiāla un pārklājuma izvēle līdzsvaro malu asumu pret nodilumizturību. Nepārklāts mikro-graudu karbīds nodrošina maksimālu malu asumu alumīnija un krāsaino metālu apdarei. Titāna alumīnija nitrīda pārklājumi pagarina instrumenta kalpošanas laiku tēraudos un augstas temperatūras sakausējumos, taču var nedaudz palielināt malas rādiusu. Dimanta pārklājumi ir piemēroti abrazīviem materiāliem, piemēram, grafītam un augstam{6}}silīcija alumīnijam. Polikristāliskā dimanta un kubiskā bora nitrīda instrumenti nodrošina īpaši-precīzu apdari krāsainajos un rūdītajos materiālos.
Instrumenta stāvokļa uzturēšana ir būtiska vienmērīgai apdarei. Nodiluši instrumenti rada malu noapaļošanu, sānu nodilumu un šķeldošanos, kas palielina griešanas spēkus un rada plīsušas virsmas. Regulāra pārbaude un nomaiņa, pamatojoties uz kumulatīvo materiāla noņemšanu vai uzraudzītu nodiluma zemes platumu, saglabā apdares spēju.
5. Mašīnas dinamika un stabilitāte
Mašīnas stingrība būtiski ierobežo sasniedzamo frēzēšanas apdari. Vārpstas gultņa stāvoklis, ass piedziņas stingums un rāmja konstrukcijas integritāte nosaka sistēmas izturību pret vibrācijām. Pārmērīgs vārpstas izskrējiens tieši izpaužas virsmas profila izmaiņās, katrai flautai griežot nedaudz atšķirīgos rādiusos. Asu pretdarbība un servo neatbilstība rada kvadrantu traucējumus un virsmas defektus, mainot virzienu.
Pļāpāšana ir galvenais dinamiskais ierobežojums frēzētas virsmas apdarei. Paš-vibrācija, ko rada atjaunojošie efekti, rada regulārus viļņojumus, kas iznīcina precīzas virsmas. Pļāpāšanas novēršanas stratēģijas ietver stabilu ātruma diapazonu izvēli, izmantojot daivu diagrammas, mainīga soļa rīku izmantošanu, lai traucētu reģeneratīvo atgriezenisko saiti, sistēmas stingrības palielināšanu, izmantojot īsākus instrumentus vai uzlabotu darba turēšanu, un noregulētu masas slāpētāju vai aktīvās vibrācijas kontroles izmantošanu kritiskiem lietojumiem.
Termiskā stabilitāte ietekmē apdari, pateicoties izmēru novirzei ilgstošas darbības laikā. Vārpstas termiskā izaugsme maina instrumenta pozīciju, radot koniskas sienas vai izmēru izmaiņas. Iekārtas iesildīšanas-protokoli, vārpstas dzesēšanas sistēmas un temperatūras-kontrolēta vide samazina termiskos efektus precīzai apdarei.
6. Apsvērumi par sagataves materiāliem
Materiāla īpašības nosaka pamata apdares robežas frēzēšanai. Alumīnija sakausējumu mašīna ar lielisku virsmas spīdumu, parasti sasniedzot 0,4 līdz 0,8 mikrometrus Ra apdares gājienos un zem 0,2 mikrometriem ar optimizētiem parametriem. Lietam alumīnijam ar augstu silīcija saturu ir abrazīva darbība, kas paātrina instrumenta nodilumu un ierobežo smalku apdari. Varš un misiņš nodrošina izcilu apstrādājamību un var sasniegt spoguļa apdari ar dimanta instrumentiem.
Tēraudiem ir lielas frēzēšanas reakcijas atšķirības. Zema-oglekļa tēraudiem ir tendence uz-apstiprinātu malu veidošanos mērenā ātrumā, kam nepieciešami paaugstināti griešanas parametri vai uzlabota eļļošana. Vidēja-oglekļa un leģēto tēraudu mašīna ar pārklājumu karbīda instrumentiem līdz smalkai apdarei. Rūdītiem tēraudiem virs 45 HRC ir nepieciešams samazināts ātrums, specializēti pārklājumi vai kubiskā bora nitrīda instrumenti, lai sasniegtu pieņemamu virsmas tekstūru.
Nerūsējošais tērauds, īpaši austenīta tērauds,{0}}strauji sacietē un rada augstu griešanas temperatūru. Smalkai apdarei zem 1,0 mikrometra Ra ir nepieciešami asi pozitīvi-grābekļa instrumenti, konsekventi parametri, lai izvairītos no sacietējušiem slāņiem, un bieži vien kriogēns vai augstspiediena dzesēšanas šķidrums, lai pārvaldītu termisko efektu.
Titāna sakausējumi rada nopietnas frēzēšanas problēmas sliktas siltumvadītspējas, ķīmiskās reaģētspējas un zemā elastības moduļa dēļ. Griešanas siltums koncentrējas instrumenta malā, paātrinot difūzijas nodilumu. Virsmas apdare parasti svārstās no 1,6 līdz 3,2 mikrometriem Ra, izmantojot parastās pieejas, un specializētās stratēģijas sasniedz 0,8 mikrometrus.
7. Rīku ceļa stratēģija un programmēšana
Instrumenta trajektorijas ģeometrija būtiski ietekmē virsmas apdari, izņemot vienkāršu parametru izvēli. Parastā rastra frēzēšana ar divvirzienu gājieniem rada virziena virsmas rakstus un var radīt liecinieku zīmes pagrieziena punktos. Pastāvīgas iesaistes instrumentu ceļi, piemēram, trochoidālā frēzēšana, adaptīvā tīrīšana un augstas -efektivitātes frēzēšana, nodrošina stabilus griešanas apstākļus, uzlabojot gan virsmas tekstūru, gan instrumenta kalpošanas laiku.
Trīs{0}}dimensiju virsmām pārejas virziens attiecībā pret virsmas izliekumu ietekmē smailes ģeometriju. Apstrāde pa galvenajiem izliekuma virzieniem samazina ģeometriskās tuvināšanas kļūdu. Piecu-asu vienlaicīga frēzēšana orientē instrumentu normāli pret virsmu, saglabājot konsekventu saķeri un ļaujot izmantot lielākus lodīšu-galu rādiusus, lai samazinātu smailes augstumu.
Ieejas un izejas stratēģijas novērš virsmas traipus. Ramping vai spirālveida ievadi izvairās no iegremdēšanas atzīmēm. Gludas ievada-un izvadīšanas-lokas novērš noturības līnijas pie griezuma robežām. Konstanta padeves ātruma uzturēšana pa stūriem novērš paātrinājuma{5}}palēninājuma atzīmes no servo reakcijas ierobežojumiem.
8. Dzesēšanas šķidruma un mikroshēmu pārvaldība
Efektīva skaidu evakuācija novērš pārgriešanu, kur iesprostotās skaidas tiek atkārtoti{0}}apstrādātas, radot pārmērīgu karstumu un neparedzamus virsmas bojājumus. Augsta -spiediena dzesēšanas šķidrums pie 70 līdz 150 bāriem izspiež skaidas no kabatām un dziļajiem elementiem. Caur-vārpstas dzesēšanas šķidrums nodrošina piegādi līdz griešanas malai pat slēgtās ģeometrijās. Alumīnijam var dot priekšroku gaisa strūklas vai minimālā daudzuma eļļošanai, lai novērstu termisko triecienu un dzesēšanas šķidruma nogulsnes.
Dzesēšanas šķidruma temperatūras kontrole uztur termisko stabilitāti. Plūdu dzesēšanas šķidrumam jāuztur 20 grādi pēc Celsija plus vai mīnus 2 grādi, lai izvairītos no diferenciālās izplešanās. Pārmērīgi auksts dzesēšanas šķidrums izraisa sagataves saraušanos apstrādes laikā un izplešanos pēc mērīšanas, radot acīmredzamas izmēru kļūdas.
9. Specializēti frēzēšanas procesi uzlabotai apdarei
Liela{0}}apstrāde izmanto vārpstas ātrumu no 20 000 līdz 60 000 apgriezieniem minūtē vai vairāk ar attiecīgi palielinātu padevi. Samazināta skaidu slodze uz vienu zobu un palielināts griešanas biežums rada smalkākas virsmas faktūras un ļauj apstrādāt plānus elementus ar minimālu novirzi. Mikro-frēzēšana, izmantojot instrumentus, kuru diametrs ir mazāks par 0,5 milimetriem, nodrošina precīzas īpašības un smalku apdari miniatūrās detaļās, lai gan vārpstas nolaišanās un instrumenta lūzums rada ievērojamas problēmas.
Cietās frēzēšanas mašīnas rūdīja tēraudus līdz 65 HRC, izmantojot kubiskā bora nitrīda vai pārklāta karbīda instrumentus, panākot apdari no 0,4 līdz 0,8 mikrometriem Ra un, iespējams, novēršot slīpēšanas darbības. Frēzēšana ar vibrāciju-uzliek ultraskaņas vai zemfrekvences svārstības uz parasto instrumenta kustību, mainot skaidu veidošanos un samazinot griešanas spēkus, lai uzlabotu virsmas integritāti sarežģītos materiālos.
10. Mērīšana un kvalitātes kontrole
Frēzētas virsmas apdares mērījumos parasti tiek izmantoti kontakta irbuli profilometri, kas tiek izsekoti perpendikulāri dominējošajām instrumentu atzīmēm. Trīsdimensiju virsmām mērījumu virzienam ir jāsakrīt ar pakāpšanās virzienu, lai fiksētu maksimālo nelīdzenumu. Baltās gaismas interferometrija un konfokālā mikroskopija nodrošina bezkontakta novērtēšanu mīkstām virsmām vai sub-mikrometru raupjuma prasībām.
Mērīšanas vietai jāizvairās no ieejas un izejas zonām, instrumenta trajektorijas pārejām un apgabaliem, kuros ir acīmredzama čaboņa vai instrumenta iesaistīšanās atšķirības. Vairāki virsmas mērījumi raksturo viendabīgumu un identificē sistemātiskus modeļus, kas saistīti ar mašīnas ģeometriju vai instrumenta nodiluma progresēšanu.
11. Bieži sastopamu apdares defektu problēmu novēršana
Ķemmīšgliemeņu pēdas, kas ir rupjākas par teorētiskajām prognozēm, norāda uz pārmērīgu kāpumu, instrumenta novirzi griešanas spēku ietekmē vai mašīnas atbilstību. Uzbūvētā-mala izpaužas kā saplēsta, neregulāra virsmas tekstūra ar materiāla nogulsnēm, kam nepieciešams palielināts ātrums, uzlabots dzesēšanas šķidrums vai asāki instrumenti. Pļāpāšana rada regulāru viļņojumu, kas ir perpendikulāra padeves virzienam, tādēļ ir nepieciešama ātruma regulēšana, palielināta stingrība vai mainīga soļa instrumenti. Ceturkšņa vai liecinieku atzīmes pie virziena maiņas atspoguļo servo neatbilstību vai paātrinājuma ierobežojumus, tādēļ nepieciešama padeves ātruma optimizācija vai vienmērīgākas trajektorijas pārejas. Virsmas plīsumus kaļamos materiālos izraisa negatīvi efektīvie slīpuma leņķi, blāvi instrumenti vai nepietiekams griešanas ātrums. Burbu veidošanās gar malām norāda uz nepareizu izejas stratēģiju, pārmērīgu padevi vai nepietiekamu instrumenta asumu.
Secinājums
CNC frēzēšana nodrošina virsmas apdari, sākot no raupja materiāla noņemšanas ar 12,5 mikrometriem Ra līdz īpaši precīzām spoguļu virsmām, kas mazākas par 0,1 mikrometru Ra. Sasniedzamā apdare ir atkarīga no integrētās griešanas parametru optimizācijas, instrumenta ģeometrijas un materiāla, mašīnas dinamikas, instrumenta trajektorijas, dzesēšanas šķidruma padeves un sagataves raksturlielumu. Frēzēšanas neregulārais griešanas raksturs rada unikālas vibrācijas un pļāpāšanas problēmas, kas prasa īpašu uzmanību sistēmas stabilitātei. Precīziem lietojumiem veidņu izgatavošanā, aviācijas un kosmosa komponentos un optiskajos ķermeņos investīcijas ātrgaitas vārpstās, vibrāciju-slāpētos instrumentos, termiskajā stabilitātē un uzlabotās CAM stratēģijās konsekventi nodrošina izcilu virsmas integritāti. Frēzētu virsmu ģenerēšanas teorētisko pamatu izpratne apvienojumā ar praktiskām zināšanām par mašīnu dinamiku ļauj procesu inženieriem virzīt frēzēšanas precizitātes robežas, vienlaikus saglabājot produktīvu materiālu noņemšanas ātrumu.
