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En la industria de la fabricación,Fresado de CNCLa tecnología se usa ampliamente para procesar varias piezas complejas debido a su alta precisión y alta eficiencia. Ya sea en piezas de precisión aeroespaciales o piezas críticas de fabricación de automóviles, la fresado CNC no puede ser sustituido.

Sin embargo, para lograr la fresado CNC de alta calidad, se deben considerar algunos aspectos importantes de diseño e ingeniería. Los siguientes factores se explicarán en profundidad en este documento para que los lectores puedan comprender mejor la tecnología de fresado CNC y mejorar la calidad y la eficiencia del procesamiento.

¿Qué es la fresación CNC?

Fresado CNC (fresado de control numérico de la computadora) se refiere a la computadora controlada por la computadoraTecnología de mecanizado de precisión. Al usar una herramienta giratoria, se elimina la pieza de trabajo y las materias primas (por ejemplo, metal, plástico o materiales compuestos) se mecanizan en partes con formas geométricas complejas.

A diferencia de las máquinas de fresado manual tradicional, la fresación CNC se controla exclusivamente por las instrucciones informáticas (código G), tiene una precisión submicrónica (generalmente tan alta como ± 0.005 mm) y una alta repetibilidad, y es el eje de la fabricación durante la era de la industria 4.0.

¿Cuáles son los aspectos de diseño e ingeniería más cruciales en la fresación CNC？

Los aspectos de diseño e ingeniería más cruciales en la fresado CNC implican varios enlaces clave, y la optimización integral es necesaria para lograr un procesamiento eficiente y preciso. La siguiente es una lista y explicación de los aspectos más cruciales:

1. Diseño y selección de herramientas

Tipo de herramienta Matriota

Elija un cortador de extremo de la bola (superficie curva compleja), fábrica final (mecanizado de plano/ritmo) o cuchilla circular (materiales difíciles de máquina) de acuerdo con las necesidades de mecanizado.

• Ejemplo:Para mecanizar una superficie curva de cuchilla de motor de avión, se requiere un cortador de extremo de bola de alta precisión, el mecanizado de la aleación de titanio requiere resistente a la alta temperaturaHerramientas de carburo.

Optimización de parámetros geométricos

• Ángulo de rastrillo principal:Afecta la distribución de la fuerza de corte (por ejemplo, 45 ° del ángulo de rastrillo principal de las fuerzas radiales y axiales equilibradas, para la molienda de la cara; 10 ° ángulo de rastrillo principal para mecanizado a una velocidad de alimentación alta).
• Ángulo de hélice:El ángulo de la hélice grande (por ejemplo, 45 °) puede reducir la vibración de corte, pero debe ajustarse a la rigidez de la máquina herramienta.
• Ángulo de rastrillo y ángulo de retroceso:El aumento del ángulo de rastrillo reduce la fuerza de corte pero reduce la fuerza de la cuchilla; El ángulo posterior debe ajustarse de acuerdo con la dureza del material (el material duro reduce el ángulo posterior para un mejor soporte).

Recubrimiento y materiales
La resistencia al desgaste de las herramientas se puede mejorar mediante tecnología de recubrimiento (por ejemplo, Tialn, TICN); Las herramientas de cerámica o CBN se pueden aplicar en el corte de alta velocidad de materiales de alta duración.

2. Optimización de parámetros de corte

Equilibrio de tres factores

• Velocidad de corte:Debe ajustarse de acuerdo con las propiedades del material (la aleación de aluminio puede ser tan alta como 1000 m/min, la aleación de titanio debe restringirse a menos de 60 m/min).
• Velocidad de alimentación:Se relaciona con el grosor del chip, el chip delgado (por ejemplo, 0.1 mm) puede mejorar la velocidad de alimentación, pero se debe garantizar la resistencia de la herramienta.
• Profundidad de corte:El mecanizado en capas puede eliminar la vibración, por ejemplo, la profundidad de corte simple en desbordamiento no puede exceder el 50% del diámetro de la herramienta.

Planificación de ruta

Use el corte de arco para reducir la concentración de estrés; Reduzca la velocidad en las esquinas para evitar la rotura de la herramienta.

• Ejemplo:Enmecanizado de moldes, use el corte en espiral en lugar de la corte vertical para reducir el impacto.

3. Diseño de accesorios y sujeción de la pieza de trabajo

Estabilidad y rigidez

Evite el exceso de voladizo de la herramienta (relación recomendada por sobrecarga/diámetro ≤3: 1), y use a los titulares de herramientas de amortiguación de vibraciones según sea necesario.
Ejemplo:Al mecanizar los ejes delgados largos, soporte con un seguidor de descanso o descanso central.

Precisión del posicionamiento

Los accesorios especializados pueden reducir los tiempos de sujeción (por ejemplo, un sistema de posicionamiento de punto cero de mecanizado de cinco eje) y mejorar la repetibilidad de posicionamiento a ± 0.005 mm.

Control de deformación térmica

Al mecanizar grandes piezas de trabajo, se debe reservar la asignación de expansión térmica o se debe aplicar tecnología de mecanizado de baja temperatura.

4. Vibración y gestión térmica

Supresión de vibraciones

Optimización de los parámetros de corte (por ejemplo, minimización de la profundidad de corte radial), uso de frescos de tono desiguales o sistemas de reducción de vibraciones activas.

• Ejemplo:Al mecanizar piezas de paredes delgadas, llene el interior de la pieza de trabajo con material que absorbe vibraciones.

Compensación de errores térmicos

Monitorear la deformación térmica de la máquina herramienta a través de los sensores de temperatura y compensar los errores a través deSoftware CAM.

5. Calidad de la superficie y precisión

Control de aspereza de la superficie

La nitidez de la herramienta (por ejemplo, radio de vanguardia ≤ 10 μm), la velocidad de corte (mecanizado de alta velocidad puede reducir el borde acumulado) y la estrategia de enfriamiento (por ejemplo, MQL de micro-lubricación) afectan la calidad de la superficie.

Precisión de enlace de múltiples eje

Enmecanizado de cinco eje, se debe utilizar la simulación para evitar la colisión de herramientas con la pieza de trabajo, y la función RTCP (punto central de herramientas giratorias) se utiliza para lograr una mayor precisión.

6. Complicación entre eficiencia y costo

Optimización de la tasa de eliminación de metales

La eficiencia puede mejorarse mediante la estrategia de "HSM (fresado de alta velocidad)" de una gran profundidad de corte y alimento pequeño, pero la potencia de la máquina debe coordinarse.

Gestión de la vida de herramientas

El sistema de monitoreo de desgaste de la herramienta se aplica, combinada con la optimización de rutas de herramientas de software CAM, para extender la vida útil de la herramienta en más del 30%.

7. Adaptabilidad del material

Mecanizado de materiales difíciles de cortar

• Aleación de titanio:requiere corte de enfriamiento de baja velocidad y alta presión;
• Materiales compuestos:Las herramientas PCD (diamante policristalino) se utilizan para evitar la delaminación.

El diseño principal del fresado CNC debe tener en cuenta la optimización general de la pieza de trabajo de procesos de herramientas-máquina herramientacoordinación. A través de la selección científica de herramientas, la coincidencia precisa de los parámetros de corte, el refuerzo de la vibración y el control térmico, y la prevención de peligros de antemano a través de la tecnología de simulación, la eficiencia y calidad del procesamiento se puede mejorar enormemente. En uso real, los planes de proceso dirigidos deben desarrollarse de acuerdo con materiales específicos, requisitos de precisión y objetivos de costo.

¿Cómo elegir el ángulo principal adecuado del cortador de fresado?

Elegir el ángulo de desviación principal del cortador de fresado tiene un efecto directo en la distribución de la fuerza de corte, la vida útil de la herramienta, la eficiencia ycalidad de la superficiedel procesamiento en fresado CNC. El siguiente es el análisis paso a paso de la estrategia de elegir el ángulo de desviación principal de las propiedades del material, el requisito de procesamiento, el tipo de herramienta y la condición de proceso:

Elija según las propiedades del material procesado:

1. Materiales más suaves (como aleación de aluminio y cobre):Elija un ángulo primario de 45 ° a 60 ° para equilibrar la fuerza de corte y la eficiencia.
2. Materiales duros (como aleaciones de acero y titanio enfriados):Elija un ángulo primario de 10 ° a 25 ° para distribuir la fuerza de corte y reducir el desgaste de la herramienta.
3. Materiales frágiles (hierro fundido y cerámica):Elija un ángulo principal de 75 ° a 90 ° de modo que se evite el agrietamiento.

Elija según los requisitos de procesamiento:

• Mecanizado en bruto (extracción de material máx.):Elija el ángulo principal de 30 ° a 45 ° de modo que se maximice el grosor de corte.
• Mecanizado de precisión (acabado superficial alto):Elija el ángulo principal de 60 ° a 90 ° de modo que la vibración se minimice y se mejora la suavidad.
• Piezas delgadas de paredes/mecanizado del eje delgado:Use el ángulo de desviación primario de 75 ° a 90 ° para minimizar la posibilidad de deformación.

Elija basado en el tipo de herramienta de corte:

• Cortador de fresado de la cara:45 ° ~ 60 ° para agraviar y 90 ° para mecanizado preciso.
• Fin de la fábrica:10 ° ~ 30 ° para desbastar y 45 ° para mecanizado de uso general.
• Cuchillo de cabeza de pelota:El ángulo de salida principal varía activamente con el punto de contacto de la superficie curva, lo que requiere la optimización de la ruta de la leva.

Seleccione de acuerdo con la condición del proceso:

• Mecanizado de alta velocidad (HSM):Elija un ángulo principal entre 10 ° y 30 ° con alta velocidad y profundidad poco profunda de corte.
• Corte intermitente (por ejemplo, Keyway):Elija un ángulo principal entre 45 ° y 60 ° para una tenacidad máxima de impacto.
• Principio central:El ángulo de desviación principal pequeño (10 ° ~ 30 °) es adecuado para materiales de alta dureza o procesamiento eficiente; El ángulo de desviación principal grande (75 ° ~ 90 °) es adecuado paramateriales quebradizoso piezas de paredes delgadas; Balance de universalidad y eficiencia con un ángulo de desviación principal moderado (45 ° ~ 60 °).

¿Cómo evitar la recaudación de la pieza de trabajo?

La sobrecubierta es un problema de calidad común en la fresado CNC, que puede conducir a piezas de trabajo desechadas, mayores costos e incluso daños en el equipo. La siguiente es una solución sistemática que cubre todo el proceso de diseño, programación, mecanizado y pruebas:

1. Fase de programación

Optimización de ruta

Simule el uso del software CAM (como Vericut) para evitar cambios abruptos en segmentos de línea recta y transiciones agudas en arcos circulares.
Configure un "plano de seguridad" y una "ruta de retorno de la herramienta" para evitar el corte accidental de la herramienta.

Compensación de herramientas

Use correctamente la compensación G41/G42, ajuste dinámicamente los valores de desgaste y evite los errores de compensación.

Excedente y estratificación

Deje un margen de 0.1-0.3 mm para un mecanizado rugoso y reduzca la profundidad de un solo corte en el corte en capas (comomolienda de contorno).

2.Tools y accesorios

Selección de herramientas

Priorice las herramientas de corte corta (relación de voladizo/diámetro ≤ 3: 1), con diámetro adaptado a las características de mecanizado.

Diseño contra la interferencia

Simule la posición espacial entre el accesorio y la herramienta durante el mecanizado de cinco eje, y diseñe el surco de evitación para el accesorio.

3. Herramienta y operación de máquinas

Calibración de precisión

Verifique regularmente los errores geométricos de la máquina herramienta y compense para el espacio libre.

Mejoramiento

Reducir la velocidad en un 50% al cortar/salir para minimizar el impacto; Evite cortar con herramientas vacías.

Monitoreo en tiempo real

Monitoree la fuerza de corte (sensor de potencia/vibración) y apague en caso de anormalidades.

4. Detección y postprocesamiento

Primer artículo Verificación

Inspección de tamaño completo CMM+Benchmark de calibración rápida para sondas de máquina.

Inspección de la superficie

Confirmación visual/microscópica de no marcas de corte, tomografía computarizada (pieza de trabajo de alta precisión).

5. Escenarios y respuestas típicos

Guión	Causa sobremarchin	Solución
Procesamiento de piezas de paredes delgadas	La vibración de la herramienta causa desviación de ruta	Use la herramienta corta + soporte de herramientas de vibración, corte en capas, profundidad de corte único ≤ 0.5 mm
Procesamiento de enlaces de cinco ejes	Interferencia espacial de accesorio y herramienta	Use el software CAM para simular la trayectoria de movimiento y ajustar la estructura del accesorio o la ruta de la herramienta
Procesamiento de cavidades profundas	El voladizo de la herramienta es demasiado largo, causando flexión	Use "corte en espiral" en lugar de corte vertical, o use la varilla de extensión + manga de guía
Procesamiento de superficie curva	El valor de compensación de radio de la herramienta es incorrecto	Verifique el valor de compensación a través del corte de prueba antes del procesamiento, y establezca una base de datos de compensación de desgaste de herramienta

Para evitar la superación de las piezas de trabajo, se requiere control del sistema a partir de cinco dimensiones: diseño de ruta de programación, optimización del accesorio de herramientas, garantía de precisión de la máquina herramienta, monitoreo en tiempo real y retroalimentación de detección. Los principios centrales incluyen:

• Prevención primero:descubrir riesgos por adelantado a través de la simulación y el corte de prueba;
• Ajuste dinámico:optimizar los parámetros en tiempo real de acuerdo con el desgaste de la herramienta y el material de la pieza de trabajo;
• Verificación de circuito cerrado:Mejorar continuamente el proceso basado en datos de detección.

A través de las medidas anteriores, el riesgo de superar sobrevivir puede reducirse a menos del 0.1%, mejorando significativamente la tasa de rendimiento del procesamiento.

¿Cuáles son las reglas básicas del diseño de fresado CNC?

Las reglas básicas del diseño de molienda CNC incluyen principalmente los siguientes aspectos:

Accesibilidad de herramienta

La herramienta de corte es cilíndrica, y las esquinas internas deben diseñarse con esquinas redondeadas (≥ 130% del radio de la herramienta) para evitar ángulos rectos.
Profundomecanizado de cavidadesRequiere controlar la relación de aspecto (profundidad recomendada ≤ 4 veces ancho), con una relación de diámetro a profundidad de la herramienta de ≥ 1: 6 (las herramientas especiales pueden alcanzar 30: 1).

Diseño de grosor de pared

El grosor mínimo de la pared para las piezas metálicas es ≥ 0.8 mm, y para las piezas de plástico es ≥ 1.5 mm. Las partes delgadas son propensas a la deformación de la vibración.

Diseño de agujeros y hilos

Diámetro del orificio ≥ 2.5 mm, relación de profundidad a diámetro recomendada ≤ 4 veces (típico 10 veces, límite 40 veces).
Longitud de la rosca ≤ 3 veces la abertura, sin dejar una sección roscada en la parte inferior de las roscas de los agujeros ciegos.

Pequeñas características y tolerancias

Se requieren herramientas especiales para la microfabricación (apertura <2.5 mm).
Calificación de tolerancia: estándar ± 0.125 mm, típico ± 0.025 mm, límite ± 0.0125 mm.

Estrategia de procesamiento

Ruta de corte: el corte de arco reemplaza el corte recto, con prioridad dada al fresado hacia adelante (reduciendo la fuerza de corte y el calor).
Selección de la estrategia: el mecanizado de alta velocidad se usa para materiales blandos, y se usa un fuerte corte para materiales duros.

Materiales coincidentes y herramientas de corte

Los materiales de herramientas son adecuados para piezas de trabajo (como PCD para aleaciones de aluminio y CBN para acero enfriado).
Los parámetros de corte (velocidad, alimentación, profundidad) deben coincidir con la herramienta y el material.

Agua y optimización de herramientas

Reduzca la cantidad de tiempos de sujeción y complete la función de tolerancia estrecha en una sola sujeción.
Limite el número de herramientas de corte (como el tamaño de apertura uniforme) para reducir los costos de reemplazo de herramientas.

Principios centrales:

• Machinabilidad Primero: el diseño debe cumplir con las limitaciones físicas de la herramienta.
• Balance de precisión y costo: optimizar la eficiencia a través de la calificación de tolerancia y la selección de la estrategia.
• Reduzca los cambios de herramientas y la sujeción: reduzca el tiempo auxiliar y mejore la consistencia del procesamiento.

¿Cuáles son los efectos de la geometría de la herramienta en el diseño de fresado CNC?

Los principales efectos de la geometría de la herramienta enDiseño de fresado CNCson:

Ángulo de plomo

Rango de ángulo: 45 ° (mecanizado en bruto) a 90 ° (mecanizado de precisión).

Efecto: el ángulo pequeño (45 °) aumenta la fuerza axial, es adecuado para las máquinas herramientas de baja rigidez; El ángulo grande (90 °) reduce la fuerza radial, reduce la vibración y mejora la calidad de la superficie (la AR puede ser de 0.4 μ m).

Ángulo anterior

Ángulo de rastrillo positivo (+10 ° ~+15 °): luz ligera y fácil, descarga fácil de chips, adecuada para materiales blandos como aluminio y cobre (aumento del 20% en la velocidad de corte).

Ángulo de rastrillo negativo (-5 ° ~ 0 °): mejora la resistencia a la cuchilla, adecuada para materiales duros como el acero enfriado y las aleaciones de titanio, y extiende la vida útil de la herramienta en un 30%.

Ángulo de alivio

Valor normal: 6 ° ~ 12 °.

Influencia: si el ángulo posterior es demasiado pequeño (<6 °), aumentará la fricción y dará como resultado el sobrecalentamiento; El ángulo posterior demasiado alto (> 15 °) reduce la resistencia del borde de corte y lo hace susceptible al astillado (el ángulo posterior para las herramientas de corte de aleación dura se recomienda a 8 °).

Número de cuchillas y ángulo de hélice

Número de cuchillas: 2 cuchillas (buena evacuación de chips, apropiada para mecanizado de ranuras profundas); 4 cuchillas (alta estabilidad, calidad de superficie RA ≤ 0.8 μ m).

Ángulo espiral: 30 ° ~ 45 ° (normal), ángulo espiral alto (por ejemplo, 45 °) mejora la tasa de eliminación de chips y reduce la temperatura de corte en un 20%.

Radio de la nariz

Mecanizado áspero: Radio grande (R0.8 ~ 1.2 mm), buena resistencia al impacto y aumenta la tasa de alimentación en un 15%.

Mecanizado de precisión: radio pequeño (R0.2 ~ 0.4 mm), reduce los residuos de corte y alcanza la precisión de contorno de ± 0.01 mm.

Ángulo de inclinación de la cuchilla

Ángulo positivo de la cuchilla (+5 °): guía los chips de la superficie de mecanizado para evitar rasguños (generalmente usados en el mecanizado de acero inoxidable).

Ángulo de cuchilla negativa (-5 °): mejora la resistencia de la cuchilla, utilizable en el corte intermitente (por ejemplo, hierro fundido).

La forma geométrica de la herramienta de corte controla la división de fuerza de corte (relación de fuerza radial/axial), el acabado superficial (valor de AR), la durabilidad de la herramienta (tasa de desgaste), la eficiencia del proceso de mecanizado (tasa de eliminación de materiales) y manejo de vibraciones. Las combinaciones de parámetros deben optimizarse dinámicamente según la dureza del material (por ejemplo,aluminio/titanio), Etapa de mecanizado (grueso/fino) y rigidez de la máquina herramienta.

¿De qué manera es la fresación CNC distinta del giro de CNC?

La siguiente tabla es una tabla de comparación de la distinción básica entreCNC Turningy fresado CNC: