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Nel settore manifatturiero,Macinazione CNCLa tecnologia è ampiamente utilizzata nella lavorazione di varie parti complesse grazie alla sua alta precisione e ad alta efficienza. In parti di precisione aerospaziale o parti critiche di produzione automobilistica, la fresatura CNC non può essere sostituita.

Tuttavia, al fine di ottenere fresature CNC di alta qualità, è necessario prendere in considerazione alcuni importanti aspetti di progettazione e ingegneria. I seguenti fattori saranno spiegati in modo approfondito in questo documento in modo che i lettori possano avere una migliore comprensione della tecnologia di macinazione CNC e migliorare la qualità e l'efficienza di elaborazione.

Cos'è la fresatura CNC?

La fresatura a CNC (fresatura di controllo numerico del computer) si riferisce alla controllata dal computerTecnologia di lavorazione di precisione. Utilizzando uno strumento rotante, il pezzo viene rimosso e le materie prime (ad es. Materiali in metallo, plastica o composito) sono lavorate in parti con forme geometriche complesse.

Contrariamente alle tradizionali macinazione manuali, la fresatura a CNC è controllata esclusivamente dalle istruzioni del computer (codice G), ha una precisione del sub-micron (di solito fino a ± 0,005 mm) e un'elevata ripetibilità, ed è il perno della produzione durante l'era dell'industria 4.0.

Quali sono gli aspetti di progettazione e ingegneria più cruciali nella fresatura CNC？

Gli aspetti di progettazione e ingegneria più cruciali nella fresatura CNC coinvolgono diversi collegamenti chiave e l'ottimizzazione completa è necessaria per ottenere una lavorazione efficiente e accurata. Quello che segue è un elenco e una spiegazione degli aspetti più cruciali:

1. Progettazione e selezione degli strumenti

Corrispondenza del tipo di strumento

Scegli un taglierino finale (superficie curva complessa), mulino finale (lavorazione piana/scanalatura) o lama circolare (materiali difficili da machine) in base alle esigenze di lavorazione.

• Esempio:Per macchina una superficie curva a lama del motore aeronautico, è richiesto un taglierino di estremità a sfera ad alta precisione, la lavorazione della lega di titanio richiede resistenza ad alta temperaturaStrumenti in carburo.

Ottimizzazione dei parametri geometrici

• Angolo di rastrello principale:colpisce la distribuzione della forza di taglio (ad es. Angolo di rastrello principale di 45 ° e forze radiali e assiali bilanciate, per la fresatura a faccia; angolo di rastrello principale di 10 ° per la lavorazione ad alta velocità di feed).
• Angolo dell'elica:L'angolo di elica grandi (ad es. 45 °) può ridurre le vibrazioni di taglio, ma deve essere regolato sulla rigidità della macchina utensile.
• Angolo di rastrello e angolo posteriore:L'aumento dell'angolo di rastrello riduce la forza di taglio ma riduce la forza della lama; L'angolo posteriore deve essere regolato in base alla durezza del materiale (il materiale duro riduce l'angolo di retro per un migliore supporto).

Rivestimento e materiali
La resistenza all'usura degli strumenti può essere migliorata mediante la tecnologia di rivestimento (ad es. Tialn, Ticn); Gli strumenti in ceramica o CBN possono essere applicati con un taglio ad alta velocità di materiali ad alta resistenza.

2. Ottimizzazione dei parametri di taglio

Equilibrio di tre fattori

• Velocità di taglio:Deve essere regolato in base alle proprietà del materiale (la lega di alluminio può arrivare fino a 1000 m/min, la lega di titanio deve essere limitata a meno di 60 m/min).
• Tasso di alimentazione:Si riferisce allo spessore del chip, il chip sottile (ad es. 0,1 mm) può migliorare la velocità di avanzamento, ma la resistenza degli utensili dovrebbe essere garantita.
• Profondità di taglio:La lavorazione a strati può rimuovere le vibrazioni, ad esempio la profondità di taglio singola in rought non può superare il 50% del diametro dell'utensile.

Pianificazione del percorso

Utilizzare il taglio dell'arco per ridurre la concentrazione di stress; Rallenta agli angoli per evitare la rottura degli utensili.

• Esempio:InMAX MACKINING, Usa il taglio a spirale anziché il taglio verticale per ridurre l'impatto.

3. Design del dispositivo e serraggio del pezzo

Stabilità e rigidità

Evitare l'eccessivo sporgenza degli strumenti (rapporto di sbalzo/diametro raccomandato ≤3: 1) e utilizzare i titolari di strumenti di smorzamento delle vibrazioni secondo necessità.
Esempio:Durante la lavorazione di alberi sottili lunghi, supportare con un rifornimento di follower o un riposo centrale.

Precisione di posizionamento

Gli apparecchi specializzati possono ridurre i tempi di bloccaggio (ad es. Sistema di posizionamento a cinque assi a cinque assi) e migliorare la ripetibilità di posizionamento a ± 0,005 mm.

Controllo della deformazione termica

Durante la lavorazione dei pettini di grandi dimensioni, l'indennità di espansione termica deve essere riservata o deve essere applicata la tecnologia di lavorazione a bassa temperatura.

4. Vibrazione e gestione termica

Soppressione delle vibrazioni

Ottimizzazione dei parametri di taglio (ad esempio, minimizzazione della profondità di taglio radiale), uso di fresature in campo ineguali o sistemi di riduzione delle vibrazioni attivi.

• Esempio:Durante la lavorazione di parti a parete sottile, riempire l'interno del pezzo con materiale che assorbente le vibrazioni.

Compensazione degli errori termici

Monitorare la deformazione termica della macchina utensile attraverso i sensori di temperatura e compensare gli errori attraversoSoftware CAM.

5. Qualità della superficie e precisione

Controllo della rugosità superficiale

La nitidezza degli utensili (ad es. Raggio tagliente ≤ 10μm), la velocità di taglio (la lavorazione ad alta velocità può ridurre il bordo edificato) e la strategia di raffreddamento (ad esempio, la micro-lubrificazione MQL) influisce sulla qualità della superficie.

Precisione del collegamento multi-asse

InLa lavorazione a cinque assi, la simulazione deve essere utilizzata per evitare la collisione degli strumenti con il pezzo e la funzione RTCP (punto centrale degli strumenti di rotazione) viene utilizzata per ottenere una maggiore precisione.

6. Trasprometro tra efficienza e costo

Ottimizzazione della velocità di rimozione del metallo

L'efficienza può essere migliorata dalla strategia "HSM (fresatura ad alta velocità)" di grande profondità di taglio e mangime, ma la potenza della macchina deve essere coordinata.

Gestione della vita degli strumenti

Il sistema di monitoraggio dell'usura degli strumenti viene applicato, combinato con l'ottimizzazione del percorso dello strumento software CAM, per prolungare la durata dello strumento di oltre il 30%.

7. Adattabilità del materiale

Macchinatura di materiali difficili da tagliare

• Lega di titanio:richiede un taglio di raffreddamento a bassa velocità e ad alta pressione;
• Materiali compositi:Gli strumenti PCD (diamante policristallino) vengono utilizzati per evitare la delaminazione.

La progettazione principale della fresatura CNC deve tenere conto dell'ottimizzazione complessiva del parto-lavoro-lavoro-macchina utensilecoordinamento. Attraverso la selezione scientifica di strumenti, la corrispondenza precisa dei parametri di taglio, il rafforzamento delle vibrazioni e il controllo termico e la prevenzione dei pericoli in anticipo attraverso la tecnologia di simulazione, l'efficienza e la qualità dell'elaborazione possono essere notevolmente migliorati. Nell'uso effettivo, i piani di processo mirati dovrebbero essere sviluppati in base a materiali specifici, requisiti di precisione e obiettivi di costo.

Come scegliere l'angolo principale adeguato di fresatrice?

Scegliere l'angolo di deflessione principale del taglierina ha un effetto diretto sulla distribuzione della forza di taglio, sulla vita dello strumento, sull'efficienza eQualità della superficiedell'elaborazione nella fresatura CNC. Quello che segue è l'analisi passo-passo della strategia di scelta dell'angolo di deflessione principale dalle proprietà del materiale, requisiti di elaborazione, tipo di strumento e condizione di processo:

Scegli secondo le proprietà del materiale trasformato:

1. Materiali più morbidi (come lega di alluminio e rame):Scegli un angolo primario da 45 ° a 60 ° per bilanciare la forza di taglio e l'efficienza.
2. Materiali duri (come leghe in acciaio estinto e titanio):Scegli un angolo primario da 10 ° a 25 ° per distribuire la forza di taglio e ridurre l'usura degli utensili.
3. Materiali fragili (ghisa e ceramica):Scegli un angolo principale da 75 ° a 90 ° in modo da evitare la cracking.

Scegli in base ai requisiti di elaborazione:

• MACCAZIONE RUPPIO (RIMOZIONE MATERIALE MAX.):Scegli l'angolo principale da 30 ° a 45 ° in modo tale che lo spessore di taglio sia massimizzato.
• Macchinatura di precisione (alta finitura superficiale):Scegli l'angolo principale da 60 ° a 90 ° in modo tale che le vibrazioni siano ridotte al minimo e la morbidezza sia migliorata.
• Pezzi a parete sottili/lavorazione dell'albero sottile:Utilizzare l'angolo di deviazione primario da 75 ° a 90 ° per ridurre al minimo la possibilità di deformazione.

Scegli in base al tipo di utensile da taglio:

• Cutter di fresatura a faccia:45 ° ~ 60 ° per la rought e 90 ° per la lavorazione precisa.
• Fine mulino:10 ° ~ 30 ° per la rought e 45 ° per la lavorazione per scopi generali.
• Coltello per la testa della palla:L'angolo di partenza principale varia attivamente con il punto di contatto della superficie curva, che richiede l'ottimizzazione del percorso della CAM.

Seleziona in base alla condizione del processo:

• Macchinatura ad alta velocità (HSM):Scegli un angolo principale tra 10 ° e 30 ° con alta velocità e profondità di taglio.
• Taglio intermittente (ad es. Keyway):Scegli un angolo principale tra 45 ° e 60 ° per una resistenza al massimo impatto.
• Principio principale:Piccolo angolo di deviazione principale (10 ° ~ 30 °) è adatto a materiali ad alta durezza o efficienza efficiente; Il grande angolo di deviazione principale (75 ° ~ 90 °) è adatto perMateriali fragilio parti a parete sottile; Bilancia universalità ed efficienza con un angolo di deviazione principale moderato (45 ° ~ 60 °).

Come evitare il sovraccarico del pezzo?

L'overcutting è un problema di qualità comune nella fresatura CNC, che può portare a pezzi demoliti, maggiori costi e persino danni alle attrezzature. Di seguito è riportata una soluzione sistematica che copre l'intero processo di progettazione, programmazione, lavorazione e test:

1. Fase di programmazione

Ottimizzazione del percorso

Simulare usando il software CAM (come VERICUT) per evitare cambiamenti improvvisi nei segmenti di linea retta e transizioni acute negli archi circolari.
Impostare un "piano di sicurezza" e "percorso di ritorno dell'utensile" per evitare il taglio accidentale dello strumento.

Compensazione degli strumenti

Utilizzare correttamente la compensazione G41/G42, regolare dinamicamente i valori di usura ed evitare errori di compensazione.

Surplus e stratificazione

Lasciare un margine di 0,1-0,3 mm per la lavorazione ruvida e ridurre la profondità di un singolo taglio nel taglio a strati (come ad esempiomacinazione dei contorni).

2.Tools e infissi

Selezione degli strumenti

Dai la priorità agli utensili da taglio corti (rapporto di sporgenza/diametro ≤ 3: 1), con diametro adattato alle caratteristiche di lavorazione.

Design di interferenze anti

Simula la posizione spaziale tra l'apparecchio e lo strumento durante la lavorazione a cinque assi e progettare la scanalatura di evitamento per l'apparecchio.

3. Strumento e operazione di machine

Calibrazione di precisione

Controllare regolarmente gli errori geometrici della macchina utensile e compensare il gioco inverso.

Ottimizzazione

Ridurre la velocità del 50% quando si taglia/fuori per ridurre al minimo l'impatto; Evita di tagliare con strumenti vuoti.

Monitoraggio in tempo reale

Monitorare la forza di taglio (sensore di potenza/vibrazione) e chiudere in caso di anomalie.

4.Detection e post-elaborazione

Primo articolo Verifica

Ispezione a grandezza naturale CMM+benchmark di calibrazione rapida per le sonde della macchina.

Ispezione superficiale

Conferma visiva/microscopica di nessun segno di taglio, scansione TC (pezzo di lavoro ad alta precisione).

5. Scenari tipici e risposte

Scenario	Causa eccessiva	Soluzione
Elaborazione delle parti a parete sottile	La vibrazione dell'utensile provoca deviazione del percorso	Utilizzare strumento corto + titolare degli utensili di sradamento delle vibrazioni, taglio a strati, profondità di taglio singola ≤ 0,5 mm
Elaborazione del collegamento a cinque assi	Interferenza spaziale di fissaggio e strumento	Utilizzare il software CAM per simulare la traiettoria di movimento e regolare la struttura del dispositivo o il percorso dello strumento
Elaborazione della cavità profonda	Lo sbalzo dell'utensile è troppo lungo, causando flessione	Usa "taglio a spirale" anziché taglio verticale o usa la manica guida di estensione +
Elaborazione della superficie curva	Il valore di compensazione del raggio dello strumento è sbagliato	Verificare il valore di compensazione attraverso il taglio della prova prima dell'elaborazione e stabilire un database di compensazione dell'usura dello strumento

Per evitare il sovraccarico dei pezzi, il controllo del sistema è richiesto da cinque dimensioni: progettazione del percorso di programmazione, ottimizzazione degli strumenti, garanzia di accuratezza della macchina utensile, monitoraggio in tempo reale e feedback di rilevamento. I principi fondamentali includono:

• Prevenzione prima:Scopri i rischi in anticipo attraverso la simulazione e il taglio delle prove;
• Regolazione dinamica:Ottimizza i parametri in tempo reale in base all'usura degli utensili e al materiale del pezzo;
• Verifica a circuito chiuso:Migliorare continuamente il processo in base ai dati di rilevamento.

Attraverso le misure di cui sopra, il rischio di overcuting può essere ridotto a meno dello 0,1%, migliorando significativamente il tasso di rendimento dell'elaborazione.

Quali sono le regole di base del design della fresatura CNC?

Le regole di base del design della fresatura CNC includono principalmente i seguenti aspetti:

Accessibilità dello strumento

Lo strumento di taglio è cilindrico e gli angoli interni dovrebbero essere progettati con angoli arrotondati (≥ 130% del raggio dell'utensile) per evitare gli angoli retti.
ProfondoMacchinatura della cavitàRichiede il controllo delle proporzioni (profondità raccomandata ≤ 4 volte larghezza), con un rapporto di profondità e una profondità di ≥ 1: 6 (gli strumenti speciali possono raggiungere 30: 1).

Design di spessore del muro

Lo spessore minimo della parete per le parti metalliche è ≥ 0,8 mm e per le parti di plastica è ≥ 1,5 mm. Le parti sottili sono soggette a deformazioni di vibrazione.

Design del foro e del filo

Diametro del foro ≥ 2,5 mm, rapporto profondità a diametro ≤ 4 volte (tipico 10 volte, limite 40 volte).
Lunghezza della filettatura ≤ 3 volte l'apertura, non lasciando nessuna sezione filettata nella parte inferiore dei fili del foro cieco.

Piccole caratteristiche e tolleranze

Strumenti speciali sono necessari per la microfabbricazione (apertura <2,5 mm).
Classificazione della tolleranza: standard ± 0,125 mm, tipico ± 0,025 mm, limite ± 0,0125 mm.

Strategia di elaborazione

Percorso di taglio: il taglio dell'arco sostituisce il taglio dritto, con priorità data alla fresatura in avanti (riducendo la forza di taglio e il calore).
Selezione della strategia: la lavorazione ad alta velocità viene utilizzata per i materiali morbidi e il taglio forte viene utilizzato per materiali duri.

Materiali corrispondenti e utensili da taglio

I materiali per utensili sono adatti per i pezzi (come PCD per leghe di alluminio e CBN per acciaio estinto).
I parametri di taglio (velocità, alimentazione, profondità) devono essere abbinati allo strumento e al materiale.

Bloccaggio e ottimizzazione degli strumenti

Ridurre il numero di tempi di serraggio e completare la funzione di tolleranza stretta in un singolo serraggio.
Limitare il numero di utensili da taglio (come dimensioni di apertura uniforme) per ridurre i costi di sostituzione degli strumenti.

Principi principali:

• Machinability First: il design deve soddisfare i limiti fisici dello strumento.
• Bilancia precisione e costi: ottimizzare l'efficienza attraverso la classificazione della tolleranza e la selezione della strategia.
• Ridurre le variazioni degli strumenti e il blocco: ridurre il tempo ausiliario e migliorare la coerenza dell'elaborazione.

Quali sono gli effetti della geometria degli strumenti nel design della fresatura CNC?

I principali effetti della geometria degli strumenti inDesign di fresatura CNCSono:

Angolo di piombo

Gamma di angoli: 45 ° (lavorazione ruvida) a 90 ° (lavorazione di precisione).

Effetto: l'angolo ridotto (45 °) aumenta la forza assiale, è adatto per macchine utensili a bassa rigidità; L'angolo grande (90 °) riduce la forza radiale, riduce le vibrazioni e migliora la qualità della superficie (l'AR può essere 0,4 μ m).

Angolo anteriore

Angolo di rastrello positivo (+10 ° ~+15 °): luce e facile taglio, facile scarico del chip, adatto a materiali morbidi come alluminio e rame (aumento del 20% della velocità di taglio).

Angolo di rastrello negativo (-5 ° ~ 0 °): migliora la resistenza alla lama, adatto a materiali duri come leghe in acciaio e titanio estinto e estende la durata dello strumento del 30%.

Angolo di rilievo

Valore normale: 6 ° ~ 12 °.

Influenza: se l'angolo posteriore è troppo piccolo (<6 °), aumenterà l'attrito e provocherà il surriscaldamento; L'angolo posteriore troppo elevato (> 15 °) riduce la resistenza del tagliente e lo rende suscettibile all'archiviazione (l'angolo posteriore per gli utensili da taglio in lega duri è raccomandato a 8 °).

Numero di lame e angolo dell'elica

Numero di lame: 2 lame (buona evacuazione del chip, appropriato per la lavorazione della scanalatura profonda); 4 lame (alta stabilità, qualità superficiale RA ≤ 0,8 μ m).

Angolo a spirale: 30 ° ~ 45 ° (normale), l'angolo ad alta spirale (ad esempio 45 °) migliora la velocità di rimozione del chip e riduce la temperatura di taglio del 20%.

Raggio del naso

Macchinatura ruvida: raggio grande (R0,8 ~ 1,2 mm), buona resistenza all'impatto e aumenta il tasso di alimentazione del 15%.

Macchinatura di precisione: piccolo raggio (R0,2 ~ 0,4 mm), riduce il taglio dei residui e raggiunge una precisione di contorno di ± 0,01 mm.

Angolo di inclinazione della lama

Angolo di lama positivo (+5 °): guide i chip di lavorazione della superficie per evitare graffi (generalmente utilizzati nella lavorazione dell'acciaio inossidabile).

Angolo di lama negativa (-5 °): migliora la forza della lama, utilizzabile nel taglio intermittente (ad esempio, ghisa).

La forma geometrica dello strumento di taglio controlla la divisione della forza di taglio (rapporto di forza radiale/assiale), la finitura superficiale (valore RA), la durata dell'utensile (velocità di usura), l'efficienza del processo di lavorazione (velocità di rimozione del materiale) e la gestione delle vibrazioni. Le combinazioni di parametri devono essere ottimizzate dinamicamente in base alla durezza del materiale (ad es.alluminio/titanio), stadio di lavorazione (grosso/fine) e rigidità della macchina utensile.

In che modo la fresatura CNC è distinta dalla rotazione del CNC?

La tabella seguente è una tabella di confronto della distinzione di base traTurning CNCe fresatura CNC: