Прецизионное фрезерование с ЧПУ: руководство по допускам и методам обработки с точностью ±0,01 мм | JS Precision

Прецизионная фрезерная обработка на станках с ЧПУ обеспечивает допуск ±0,01 мм, что обеспечивает контроль на микроскопическом уровне. Такая точность позволяет идеально подогнать две металлические детали без дополнительной подгонки, свести утечки через гидравлические клапаны к нулю и обеспечить высокотехнологичное оборудование стабильным и надёжным сердечником.

Однако высокоточная фрезерная обработка на станках с ЧПУ — непростая задача, это проект системной инженерии, требующий знаний станков, режущих инструментов, материалов и процессов.

Это руководство познакомит вас с тайнами достижения точности ±0,01 мм, проанализирует структуру затрат и расскажет, как найти оптимальный баланс между точностью, производительностью и стоимостью при сложном выборе между 3-осевым и 5-осевым фрезерованием с ЧПУ.

Рисунок 1: На рисунке показан принцип работы фрезерного станка с ЧПУ, где заготовка закрепляется в тисках и подвергается точной обработке вращающимся инструментом.

Краткое изложение ключевых ответов

Прецизионное фрезерование с ЧПУ: как JS Precision достигает допуска ±0,01 мм

Компания JS Precision, в которой я работаю, на протяжении последних 15 лет предоставляет услуги точной фрезерной обработки на станках с ЧПУ более чем 500 клиентам в медицинской, аэрокосмической, автомобильной и оптической отраслях.

Мы обрабатывали лопатки двигателей для аэрокосмических компаний, контролируя допуски до ±0,008 мм с помощью 5-осевой технологии, а также серийно производили имплантаты Ti-6Al-4V для медицинских клиентов, при этом спецификации материалов строго соответствовали стандарту титанового сплава для хирургических имплантатов ASTM F136, опубликованному ASTM International.

Благодаря этому практическому опыту мы выработали системный подход: во-первых, использование высокостабильных станков серии THERMO-FIDELITY для снижения температурной деформации, затем использование швейцарских режущих инструментов STUDER для контроля погрешностей резки и, наконец, обработка в цехе с постоянной температурой 20±1℃.

Мы также внедрили « 5-этапный процесс контроля качества » — от проверки сырья до измерения готовой продукции с помощью КИМ, с регистрацией данных на каждом этапе.

В этом руководстве обобщены наши технические знания, и каждое предложение проверено на реальных проектах. Например, как выбирать режущие инструменты в зависимости от материала и как снижать вибрацию с помощью программирования. Некоторые рекомендации основаны на опыте, полученном в результате решения сотен высокоточных задач, и вы можете полностью доверять им.

Хотите убедиться в практичности этого руководства? Отправьте нам требования к допускам на детали, и JS Precision предоставит вам бесплатные рекомендации по технологическому процессу, основанные на опыте, которые помогут избежать распространённых ошибок. Вы также получите наш «Контрольный список по соблюдению допусков ±0,01 мм».

Что такое прецизионное фрезерование с ЧПУ? От концепции до широкого применения

Ознакомившись с практическим опытом JS Precision, вы, возможно, спросите, что же такое прецизионное фрезерование с ЧПУ. Чем оно отличается от обычного фрезерования с ЧПУ? Далее я расскажу вам об этом подробнее, от концепции до применения.

За пределами «резки»: суть цифрового субтрактивного производства

Прецизионное фрезерование с ЧПУ — это технология, при которой вращающийся инструмент с компьютерным управлением «вырезает» детали из заготовки, используя цифровую модель в качестве чертежа. Эта технология отличается более высокой степенью цифровизации, предустановленными шагами CAM, что исключает человеческий фактор, и большей стабильностью (погрешность партии ≤ ±0,005 мм) по сравнению с обычным фрезерованием с ЧПУ.

Например, прецизионное фрезерование с ЧПУ позволяет достичь погрешности позиционирования ≤±0,008 мм для 100 деталей при обработке деталей автомобильных прототипов, но обычная обработка с ЧПУ может иметь погрешность около ±0,05 мм, что явно не может удовлетворить высоким требованиям по установке таких деталей в высокопроизводительные двигатели.

Повсеместные применения:

Прецизионное фрезерование с ЧПУ охватывает несколько важных секторов:

• Область медицины: хирургические инструменты, зубы, имплантаты из титанового сплава, допуск ≤±0,01 мм.
• Аэрокосмическая промышленность: отверстия для охлаждения лопаток двигателя, отверстия для соединения конструктивных компонентов, допуск ≤±0,008 мм.
• Автомобильная промышленность: поршни высокопроизводительных двигателей, прототипы шестерен, допуск ≤±0,015 мм.
• Оптическая промышленность: резьба на оправах объективов, кронштейны для объективов, допуск ≤±0,005 мм.

Хотите проверить, подходят ли ваши детали для прецизионной фрезерной обработки с ЧПУ? Загрузите 3D-чертежи вашей детали, и инженеры JS Precision бесплатно проведут анализ совместимости с оборудованием. Вы также можете скачать подборку примеров услуг фрезерной обработки с ЧПУ для вашей отрасли и найти решения из похожих проектов.

Рисунок 2: Фрезерование с числовым программным управлением (ЧПУ) использует вращающиеся режущие инструменты, которые движутся по нескольким осям для обработки сложных форм из твердых материалов, таких как металлы, пластмассы и композитные материалы.

Фрезерная обработка на станках с ЧПУ с допуском ±0,01 мм: применима ли она ко всем типам материалов?

Разобравшись в областях применения прецизионного фрезерования с ЧПУ, вы наверняка задаетесь вопросом: можно ли реализовать фрезерование с ЧПУ с допуском ±0,01 мм для всех материалов? Позвольте мне провести подробный анализ.

Обрабатываемость материалов и высочайшая точность

Как показано в таблице ниже, существуют большие различия между различными материалами с точки зрения трудности достижения допуска ±0,01 мм.

Например, для алюминиевого сплава 6061 можно достичь допуска ±0,008 мм при использовании обычных прецизионных станков, тогда как для титанового сплава, чтобы достичь допуска ±0,01 мм, потребуются специальные твердые фрезерные инструменты и высокоскоростные стратегии.

За пределами материального: система достижения сверхтолерантности

Для достижения допуска ±0,01 мм требуется целая «экосистема», которую JS Precision выстраивает на основе четырех аспектов:

• Высокостабильные станки: выбор прецизионных 5-осевых станков с биением шпинделя ≤0,001 мм.
• Температурно-контролируемая среда: температура в цехе 20±1℃, влажность 50±5%, чтобы избежать теплового расширения и сжатия материалов.
• Прецизионные режущие инструменты: использование твердосплавных режущих инструментов микродиаметра с точностью режущей кромки ±0,002 мм.
• Старшие инженеры: Имея средний опыт работы более 8 лет , в зависимости от характеристик материала, например титановых сплавов, подача уменьшается за счет корректировки параметров резания.

Расшифровка структуры затрат на высокоточную фрезерную обработку с ЧПУ

Поняв влияние материалов на допуски, вы можете задаться вопросом: какова стоимость высокоточной фрезерной обработки с ЧПУ ? Почему разные детали стоят так по-разному, даже при одинаковом допуске ±0,01 мм? Позвольте мне объяснить.

Время — деньги: время работы и настройка станка

Затраты времени составляют наибольшую долю в себестоимости единицы продукции при высокоточной фрезерной обработке с ЧПУ, как показано в таблице ниже.

Программирование обработки простого листа из алюминиевого сплава занимает 1 час, а работа на станке — 2 часа. Например, для детали из титанового сплава с 10 микроотверстиями программирование занимает 3 часа, а работа на станке — 8 часов, что удваивает стоимость.

Скрытые факторы затрат: геометрическая сложность и допуски

Геометрическая сложность и связанные с ней требования к допускам деталей могут привести к «скрытым затратам»:

• Особенности глубоких полостей: Для обработки глубоких отверстий требуются удлиненные режущие инструменты , которые подвержены вибрации, снижению скорости, увеличению времени обработки и износу инструмента.
• Особенности тонкостенных изделий: более тонкие стенки (менее 0,5 мм) склонны к деформации и требуют многократных циклов охлаждения с использованием специальных приспособлений, что приводит к увеличению стоимости.
• Узкие допуски: Требование более жестких допусков от ±0,05 мм до ±0,01 мм значительно увеличивает время проверки качества и требует повторной обработки, что приводит к увеличению стоимости на 50%.

Хотите оптимизировать стоимость фрезерной обработки на станках с ЧПУ с допуском ±0,01 мм? Загрузите чертежи деталей, и инженеры JS Precision помогут вам проанализировать точки оптимизации процесса (включая упрощение некритичных функций и корректировку допусков) для сокращения времени обработки и износа инструмента, а также предоставят «Контрольный список оптимизации затрат».

Рисунок 3: Фрезерование с ЧПУ позволяет создавать сложные формы и конструкции, которые было бы трудно или невозможно создать традиционными методами производства.

Фрезерная обработка сложных деталей на станках с ЧПУ: какие существуют проблемы? Как JS Precision их решает?

В следующей части будут подробно рассмотрены проблемы обработки сложных деталей, возникающие при анализе структуры затрат: многочисленные ошибки зажима, деформация тонкостенных деталей и вибрация в глубоких отверстиях. Далее обсуждается сложность фрезерной обработки сложных деталей с ЧПУ и решение, предлагаемое JS Precision.

Магия многоосевой обработки: когда переходить на 5-осевую обработку?

Основные различия между 3- и 5-осевым фрезерованием с ЧПУ определяют их способность обрабатывать сложные детали. Подробное сравнение представлено ниже:

Например, обработка кронштейна двигателя с наклонными отверстиями требует 3 зажимов по 3 осям (погрешность может превышать ±0,03 мм), тогда как по 5 осям требуется только один зажим (погрешность ≤ ±0,01 мм).

Преодоление сложности: как мы это делаем

JS Precision предлагает три основных решения для любых сложных проблем, возникающих в процессе фрезерной обработки с ЧПУ.

• Расширенная оптимизация программного обеспечения CAM: имитация обработки для предотвращения столкновений, автоматическая корректировка траектории инструмента для глубоких полостей.
• Индивидуальные стратегии обработки: тонкостенная «слоистая резка» ≤0,1 мм на рез, снижающая усилие, микроотверстия «спиральная резка» для предотвращения сколов.
• Технология внутримашинных измерений: измерение размеров в реальном времени во время обработки с использованием внутримашинных датчиков, например, каждые 10 минут для тонкостенных деталей, своевременная корректировка деформации.

Столкнулись с проблемами при обработке сложных деталей на станках с ЧПУ? Запишитесь на консультацию к инженеру JS Precision, чтобы получить бесплатную диагностику конструкции детали, рекомендации по выбору 3- или 5-осевой обработки на станках с ЧПУ, а также доступ к «Руководству по обработке сложных деталей на станках с ЧПУ» для получения справочной информации о решениях для аналогичных проектов.

3-осевая и 5-осевая фрезерная обработка с ЧПУ: выбор оптимального технологического пути для вашего проекта

Разобравшись с решениями для сложных деталей, вы можете столкнуться с вопросом: какую обработку выбрать — 3- или 5-осевую — для своего проекта? Правильный выбор экономит деньги, а неправильный — создаёт проблемы с точностью. Далее я помогу вам прояснить логику выбора.

Сила простоты: экономическая эффективность 3-осевого фрезерования

Для 3-осевого фрезерования с ЧПУ подходят следующие сценарии с высокой эффективностью затрат:

• Детали: Пластины/блоки без сложных криволинейных поверхностей, например, квадратные корпуса.
• Требования к допускам: ±0,05 мм - ±0,02 мм (обычные автомобильные детали, корпуса электронных устройств).
• Серийное производство: крупносерийное производство простых деталей. Например, производство более 1000 прокладок в месяц.

Например, простая пластина из алюминиевого сплава с 4 отверстиями обойдется всего в 20 долларов за штуку при 3-осевой обработке, но при 5-осевой обработке она обойдется в 35 долларов, что совершенно не нужно.

5-осевая фрезерная обработка с ЧПУ: не просто сложность, а точность и эффективность

Для 5-осевого фрезерования с ЧПУ подходят следующие сценарии, которые демонстрируют преимущества в точности и эффективности:

• Детали: сложные криволинейные поверхности, многоугольные отверстия (например, лопатки аэрокосмической техники, медицинские имплантаты).
• Требования к допускам: ≤±0,02 мм, например, для оправ оптических линз и прецизионных форм.
• Сложность фиксации: деталь имеет нестандартную форму. Многократное закрепление подвержено ошибкам. Примерами могут служить нестандартные костные имплантаты.

Например, 3-осевая обработка занимает 8 часов с погрешностью, которая может превышать ±0,02 мм, для обработки детали из титанового сплава с тремя наклонными отверстиями 15°, тогда как 5-осевая обработка занимает 3 часа с погрешностью ≤±0,01 мм, что обеспечивает снижение общей стоимости на 10 %

Сложно выбрать между 3-осевой и 5-осевой фрезерной обработкой на станке с ЧПУ ? Отправьте требования к вашему проекту, и инженеры JS Precision порекомендуют наиболее экономически эффективный технологический путь с учетом сложности детали и требований к точности для заданного размера партии, а также отобразят эти данные в сравнительной таблице затрат, чтобы помочь вам принять интуитивно понятное решение.

Рисунок 4: Пятикоординатные фрезерные станки с ЧПУ позволяют сократить время настройки, повысить точность и производить высококачественные компоненты, соответствующие самым строгим требованиям к допускам.

Пример применения: Преодолевая погрешность ±0,008 мм! 5-осевая фрезеровка открывает возможности для медицинских имплантатов нового поколения

После всей этой теории давайте рассмотрим реальный пример. Он даст вам более чёткое представление о том, как высокоточное фрезерование с ЧПУ решает реальные задачи, особенно в плане достижения максимальной точности при обработке сложных деталей.

Болевые точки клиентов

Компании, занимающейся медицинскими технологиями, необходимо изготовить пористые костные имплантаты из медицинского титанового сплава (Ti-6Al-4V). Этот этап сопряжен с рядом сложностей:

• Структура сложная: 20 тонких стенок толщиной 0,3 мм и 50 микропор диаметром 0,5 мм, расстояние между стенками составляет всего 0,2 мм.
• Допуски строгие: общий допуск контролируется в пределах ±0,01 мм , а погрешность диаметра микропор не превышает ±0,005 мм.
• Качество поверхности должно быть высоким, нельзя допускать никаких заусенцев или точек концентрации напряжений, чтобы после имплантации не возникло воспаление.

Ранее клиент обращался к двум другим производителям , но их продукция оказалась неудовлетворительной из-за деформации тонкостенных деталей и проблем с точностью изготовления микроотверстий. Именно тогда они обратились в JS Precision, прежде чем проект был отложен.

Точное решение JS

Наша команда, проанализировав ситуацию в течение 3 дней, предложила комплексное решение для 5-осевой обработки:

Выбор процесса:

Мы применили 5-осевую одновременную прецизионную фрезерную обработку с ЧПУ, поскольку в этой детали имеется несколько наклонных микроотверстий, и все элементы можно обработать за один установ, чтобы избежать погрешности позиционирования, возникающей при использовании нескольких установов. Мы также разработали специальное вакуумное приспособление для надежной фиксации деталей и снижения вибрации во время обработки.

Инструменты и программирование:

Использовались микроинструменты из твердого сплава японской марки OSG диаметром 0,2 мм, точность режущей кромки составляла ±0,002 мм.

При программировании была выбрана стратегия «высокоскоростного неглубокого резания» : скорость вращения шпинделя 15000 об/мин, подача 50 мм/мин и глубина резания 0,05 мм за проход для минимизации силы резания и термической деформации. Для предотвращения поломки инструмента был использован метод «винтовой резки» для микроотверстий.

Контроль качества:

Обработка контролировалась в режиме онлайн с помощью лазерного датчика смещения, при этом размеры измерялись через каждые 5 обработанных микроотверстий , и производилась немедленная компенсация износа инструмента.

Полная размерная проверка после обработки проводилась на координатно-измерительной машине Zeiss CONTURA G2 с точностью ±0,001 мм путем контроля каждого тонкостенного участка и микроотверстия.

Наш последний успех

Контроль критических размеров окончательно поставленного имплантата составил ±0,008 мм, что значительно лучше требования заказчика ( ±0,01 мм). Превосходные характеристики: тонкие стенки без деформаций, максимальная погрешность диаметра микропор составляет всего ±0,003 мм, шероховатость поверхности Ra0,8 мкм без заусенцев.

Продукт нашего клиента успешно прошел клинические испытания, и мы стали его основным поставщиком, впоследствии реализовав еще три аналогичных проекта.

Рисунок 5: Медицинские титановые имплантаты, изготовленные с помощью ЧПУ

Как получить расценку на услуги фрезерной обработки с ЧПУ для вашего прототипа?

Если вы читали эти примеры, когда вам нужно получить смету на услуги фрезерной обработки с ЧПУ , вы, вероятно, не знаете, какие документы нужно подготовить. Вас также могут беспокоить неточность сметы или сложность процедур. Я расскажу вам, как эффективно получить смету.

«Золотые три элемента» действительной цитаты

Необходимы следующие три входа:

• Заполните 2D/3D чертежи: укажите такие параметры, как допуски ±0,01 мм и тип материала 6061.
• Количество и срок поставки: например, «5 прототипов, поставка в течение 10 дней» или «Небольшая партия из 50 штук, поставка в течение 30 дней».
• Требования к поверхности: например, «Анодирование сплава», «Пассивация нержавеющей стали», «Ra0,4 мкм»

При отсутствии вышеуказанной информации погрешность расчёта составит более 20% или предложение не будет опубликовано вовсе. Например, если указано только «обработка деталей из алюминиевого сплава» без чертежей и допусков, можно оценить лишь приблизительный диапазон, не имеющий справочного значения.

Точное цитирование в JS: как всё работает от документа до цитаты

Процесс расчета стоимости в JS Precision довольно прост и прозрачен:

• Передача документов: перенесите 3D/2D чертежи, укажите количество, дату поставки и требования к обработке поверхности.
• Анализ DFM: инженеры выполняют анализ технологичности за 8 часов, проверяют допустимые отклонения и оптимизируют характеристики.
• Формирование коммерческого предложения: Подробная смета, включающая спецификацию процесса, детализированную стоимость, время поставки и условия оплаты, будет предоставлена в течение 24 часов.
• Вопросы и ответы, корректировки: на вопросы по предложению будут даны ответы, а процесс будет скорректирован в случаях, когда бюджет позволяет смягчить любые некритические допуски, если это приведет к снижению затрат.

Практические стратегии для достижения баланса между точностью и экономической эффективностью фрезерной обработки с ЧПУ

Как обеспечить точность при низкой стоимости после получения коммерческого предложения? Конечно, существуют способы найти баланс между точностью и стоимостью фрезерования с ЧПУ . Я поделюсь с вами двумя практическими подходами.

«Назначение по мере необходимости»: искусство ослабления допусков для некритических объектов

Многие заказчики указывают общий допуск, относящийся ко всей детали, например, ±0,01 мм. Для некритичных деталей такой уровень точности не требуется .

Например, для корпусов из алюминиевого сплава допуск ± 0,01 мм требуется только для установочных отверстий, а неподходящие элементы, такие как боковые и верхние поверхности, могут быть смягчены до ± 0,05 мм без ущерба для использования.

Это снижает затраты: время обработки некритических элементов сокращается на 30%, износ инструмента — на 20%, а при серийном производстве экономия еще больше.

Раннее сотрудничество с инженерами: как максимально повысить ценность DFM

Участие инженеров JS Precision на этапе проектирования позволяет оптимизировать DFM, сбалансировать стоимость и точность с самого начала.

• Оптимизация скруглений: Измените скругление 0,1 мм на 0,3 мм, чтобы избежать использования специальных инструментов и сократить время обработки.
• Избегайте глубоких полостей: по возможности минимизируйте глубину полостей и выполняйте требования , сплющивая или укорачивая инструмент. Следует избегать вибрации.
• Стандартизация диаметров отверстий: сокращение разброса диаметров отверстий для уменьшения частоты смены инструмента и, следовательно, повышение эффективности.

Часто задаваемые вопросы

В1: Какой минимальный размер элемента можно обработать, чтобы получить допуск ±0,01 мм?

Это зависит от типа элемента и материала. Как правило, минимальный диаметр фрезеруемого отверстия может составлять всего 0,5 мм, но для обеспечения допусков рекомендуется проектировать с диаметром более 1 мм. Если вы не уверены, проконсультируйтесь с инженером JS Precision.

В2: Какой из трех материалов — алюминий, сталь или титан — является самым дорогим с точки зрения точности?

Среди всех сплавов титановые являются самыми дорогими. Из-за их высокой прочности в сочетании с низкой теплопроводностью инструмент при обработке изнашивается быстрее, что требует более длительного времени и более стабильного оборудования, что повышает стоимость высокоточной фрезерной обработки с ЧПУ.

В3: Всегда ли 5-осевое фрезерование дороже 3-осевого?

Не обязательно. Хотя изготовление простых деталей методом 5-координатной обработки обходится дороже, это может сэкономить на настройке и приспособлениях при обработке сложных деталей, а также повысить точность, что может снизить общую стоимость обработки сложных деталей на станках с ЧПУ.

В4: Нужна ли моему прототипу дополнительная обработка поверхности?

Это зависит от функциональных требований. Анодирование алюминиевых сплавов может повысить их износостойкость и коррозионную стойкость, аналогично пассивация нержавеющей стали повышает стойкость к ржавчине. Рекомендации по вариантам применения разрабатываются инженерами JS Precision.

В5: Можно ли обрабатывать закаленную сталь твердостью более HRC 50?

Да, компания JS Precision располагает технологией высокоскоростного твердого фрезерования , которая позволяет напрямую фрезеровать литейную сталь твердостью до HRC 60, избегая обработки электродами и процессов электроэрозионной обработки, что повышает эффективность.

В6: Какие форматы файлов вы поддерживаете?

JS Precision рекомендует использовать 3D-форматы с полной геометрической информацией, такие как STEP, IGES и X_T, а также 2D-чертежи в форматах PDF или DWG. Эти форматы позволяют предоставлять полную информацию.

В7: Сколько времени обычно проходит от запроса до поставки прототипа?

Компания JS Precision может предоставить первую партию прототипов из стандартных материалов и деталей не очень высокой сложности в течение 3–5 рабочих дней после подтверждения заказа. Для срочных заказов срок изготовления может быть увеличен в соответствии с требованиями заказчика.

В8: Как вы будете контролировать себестоимость единицы продукции при небольшой партии (<10 штук)?

Оптимизируйте компоновку детали, чтобы сократить расход материала, максимально используйте стандартные инструменты и стандартизированные процессы. Инженеры JS Precision также могут предоставить рекомендации по оптимизации затрат при производстве небольших партий, чтобы снизить себестоимость единицы продукции.

Краткое содержание

Для достижения точности с допуском ± 0,01 мм используется не одна технология, а комплексное решение — от выбора материала и оборудования до оптимизации процесса.

Опыт JS Precision в области прецизионного фрезерования с ЧПУ доказывает, что высокая точность и разумная стоимость могут быть достигнуты только при правильном подходе. Мы понимаем, что за каждым ±0,01 мм стоит ваше стремление к максимальной производительности продукта и успеху на рынке.

Воплотите свой проект в реальность прямо сейчас! Загрузите 3D-файлы на платформу мгновенного расчета стоимости JS Precision, чтобы воспользоваться профессиональными и быстрыми услугами фрезерной обработки с ЧПУ.

Наша команда инженеров с радостью предоставит вам бесплатную оценку допусков и технологические решения в течение 24 часов . Вы также можете получить «Справочник по оптимизации затрат на высокоточное фрезерование с ЧПУ», чтобы найти оптимальный способ достижения баланса между точностью и стоимостью фрезерования с ЧПУ.