Многоосевая обработка с ЧПУ: руководство по выбору материала для сложных и дорогостоящих деталей

Многоосевая обработка с ЧПУ является ключом к решению этой дилеммы: когда геометрическая сложность деталей соответствует строгому бюджетному контролю, традиционные производственные процессы часто оказываются перед дилеммой: либо пожертвовать целостностью конструкции, либо нести высокие затраты.

Многоосевая обработка с ЧПУ — это не только средство обработки сложных форм, но также может быть стратегией оптимизации конкретных затрат. Но как вы можете стать мастером этой технологии и сделать ее источником ценности для вашего проекта?

В этом документе будет показано, как многоосная обработка помогает снизить общую стоимость инновационных процессов, как эта технология позволяет преодолевать труднообрабатываемые материалы, а также показано, как преодолеть географические ограничения и выбрать подходящего глобального делового партнера, чтобы обеспечить надежного делового партнера, такого как JS Precision , который обеспечит лучшее глобальное сотрудничество в области технологий и инженерных разработок.

Рисунок 1: Рабочий процесс пятиосевой обработки с ЧПУ

Сводка основных ответов

Основные выводы

Многоосевая обработка известна как «оптимизатор затрат». благодаря этому процессу сокращаются затраты, возникающие при изготовлении деталей, за счет минимизации процесса наладки и задач, связанных с наладкой.

Точность достигается за счет системного проектирования: достижение точности ±0,01 мм при 5-осевой обработке предполагает оптимальную интеграцию станков и режущих инструментов, температуры, стратегий обработки и свойств материала.

Выбор материала определяет потолок процесса: Для обработки труднообрабатываемого материала или обработки композитного материала необходимо использовать индивидуальный подход к многоосной обработке, общие значения не подойдут.

Надежные поставщики услуг участвуют в «решениях»: Услуги премиум-класса по 5-осевой обработке с ЧПУ должны активно участвовать в оптимизации конструкции с учетом ожидаемой стоимости, качества и времени.

Китай в настоящее время является мировым лидером в области точного производства. Поставщики компонентов в Китае, примером которых является JS Precision, находятся на одном уровне с поставщиками Европы и Америки и на самом деле более рентабельны.

Опыт JS Precision: многоосевая обработка сложных деталей с ЧПУ

Обладая более чем 15-летним опытом работы в области многоосной обработки с ЧПУ, компания JS Precision обладает знаниями, основанными на четырех основных секторах: аэрокосмической отрасли, медицинском оборудовании, судостроении и высокотехнологичном оборудовании.

Мы изготовили оптические крепления диаметром 1,2 метра для европейских спутниковых компаний, серийно произвели имплантаты из титанового сплава для американских медицинских предприятий, а также обработали детали пропеллеров весом более 5 тонн для азиатских судоходных конгломератов, в общей сложности более 100 000 сложных деталей с выдержкой допусков ±0,005 мм - ±0,02 мм.

В обработке материалов мы добились прогресса в специальных решениях для резки 12 труднообрабатываемых материалов и 8 видов композитов. Средний опыт нашей инженерной команды составляет более 8 лет, и нам удалось снизить процент брака при обработке сложной криволинейной поверхности титановых сплавов с 18% до 0,5% для клиентов из аэрокосмической отрасли.

Как подчеркнуто в ASME Y14.5-2018 (Стандарт геометрических допусков и размерной маркировки), «основой точного производства является скоординированная адаптация процессов и материалов», что полностью соответствует нашим практическим принципам. опыт.

Это практическое руководство является результатом опыта, накопленного в ходе тысяч проектов, и каждый пункт подкреплен примерами из реальной жизни. Если вы затрудняетесь с выбором материала и решениями по обработке сложных деталей, это руководство, основанное на опыте 5-осевой обработки с ЧПУ, может оказаться чрезвычайно полезным.

Хотите получить индивидуальный план машинного процесса от JS Precision для вашего компонента? Просто предоставьте нам материал для вашего компонента и структурные требования, и мы предоставим вам технический отчет о вашем компоненте в течение 24 часов.

Как многоосевая обработка с ЧПУ действительно может сократить ваши общие расходы?

На самом деле, многие компании заблуждаются, полагая, что многоосная обработка с ЧПУ является более дорогостоящей, в то время как в случае сложных компонентов ее важное преимущество «выполнение всей обработки за один установ» позволит систематически снижать общую стоимость владения с разных сторон.

Важно отметить, что основной фактор, по которому 5-осевая обработка с ЧПУ считается методом оптимизации затрат, заключается в том, что она решает проблемы традиционной обработки: «громоздкие процессы, накопленные ошибки и низкая эффективность».

Устранение совокупных ошибок: единая установка повышает производительность и снижает стоимость проверки

Традиционная трехосная обработка требует 4–8 установов, и каждое изменение базовой точки вызывает ошибку в 0,02–0,05 мм, что приводит к 10–20 % брака и дополнительным затратам на проверку.

Многоосевая обработка с ЧПУ объединяет все обрабатываемые поверхности в одном установе без ошибок в исходной точке, что повышает точность позиционирования более чем на 30 %, поддерживает коэффициент брака менее 1 % и снижает нагрузку на проверку на 80 %.

Вычитание приспособлений и процессов: от «Производства приспособлений» до «Прямого производства»

Обычная обработка предполагает использование индивидуальных приспособлений для каждого процесса, стоимость которого составляет тысячи долларов и занимает 30 % общего времени цикла.

Для 5-осевого процесса обработки с ЧПУ можно использовать универсальный инструмент или прямое размещение материала. В истории автомобильных коллекторов универсальные наборы инструментов позволили избежать использования шести наборов приспособлений, что привело к экономии на 85 % стоимости приспособлений.

Мультипликативный эффект сжатия времени: революция в эффективности сложной обработки поверхностей

При обработке деталей со сложной поверхностью, таких как рабочие колеса и лопасти, процесс механической обработки при традиционной трехосевой обработке включает в себя различные операции позиционирования, что делает его неэффективным.

Комбинированная пятиосная функция при многоосевой обработке с ЧПУ обеспечивает непрерывную обработку. Обработка крыльчатки авиационного двигателя диаметром 300 мм заняла всего 12 часов, что позволило сократить время обработки с 45 часов и повысить эффективность обработки на 73 %.

Каковы важнейшие этапы разработки индивидуальных решений для многоосной обработки?

Оптимальный результат многоосевой обработки на станке с ЧПУ — это не просто поворот ключа и «обработка», но также предполагающая организованные совместные усилия от проектирования до завершения. Основным преимуществом индивидуальных решений многоосной обработки является «превентивное снижение рисков и распределение ресурсов», а в случае инженера оно предполагает немедленное участие

Шаг первый: углубленный анализ DFM и технологичности

Инженеры начинают с проверки 3D-печати и анализа областей, таких как выступы, пересечения, толщина стенок и обработка скруглений. Например, оптимизируйте такие области, как, например, когда стена слишком тонкая (от 1,2 до 2,0 мм), чтобы предотвратить деформацию, а также когда прямоугольные углы преобразуются из прямых углов в углы R3 и другие.

Шаг второй: планирование процессов и моделирование «цифрового двойника»

Благодаря использованию высокоразвитого программного обеспечения CAM, такого как Mastercam, осуществляется планирование процесса, создание «цифрового двойника», импорт 3D-моделей станков, режущих инструментов и заготовки, а также планирование траектории инструмента, обнаружение столкновений и оценка времени обработки, что заблаговременно устраняет 99 % рисков, связанных с обработкой.

Шаг третий: разработка индивидуальной стратегии приспособления и инструментов

В случае специальных конструкций и деталей высокой точности для обеспечения жесткости зажимного механизма применяются нестандартные приспособления, для обработки труднообрабатываемых материалов подбираются специальные обрабатывающие инструменты.

Например, концевая фреза с удлиненной режущей кромкой для обработки титановых сплавов при обработке глубоких полостей и обрабатывающий инструмент с алмазным напылением для обработки композитных материалов.

Рис. 2. Как можно более раннее применение принципа технологичности при обработке на станках с ЧПУ может помочь упростить производственный процесс и снизить затраты.

Как многоосная обработка позволяет обрабатывать труднообрабатываемые материалы?

Некоторые труднообрабатываемые материалы, такие как титановые сплавы, сплавы инконель и жаропрочные сплавы, предпочтительно используются в высокопроизводительной механической обработке из-за их высокой прочности, высокой ударной вязкости и жаропрочности, но их очень трудно обрабатывать.

Многоосевая обработка с ее явными технологическими преимуществами зарекомендовала себя как одна из основных технологий, и здесь снова очень важна разработка технологической стратегии, основанной на материале.

Постоянный оптимальный угол резания: решение для продления срока службы режущего инструмента

Технология пятиосного соединения обеспечивает динамическую коррекцию положения заготовки и инструмента, при этом боковая кромка фиксируется под лучшим углом резания 15–30°, чтобы избежать концентрированного износа. Срок службы инструмента также увеличивается с 30 до 120 минут в процессе резки титановых сплавов.

Меры противодействия эвакуации стружки и отводу тепла: предотвращение повреждения стружки, предотвращение деформации

Опираясь на гибкость многоосных станков с ЧПУ, позволяющую изменять положение заготовок, оптимальное планирование пути удаления стружки и сочетать внутреннюю систему охлаждения, обеспечивающую давление 300 бар, температура резки поддерживается ниже 200 ℃ , чтобы предотвратить деформацию и пригорание заготовок.

Низкоскоростное фрезерование с высокой подачей и трохоидальное фрезерование: стратегии обработки материалов высокой твердости

В случае закаленной стали и твердого сплава с HRC55 или выше, низкая скорость резания с высокой подачей используется для уменьшения силы резания, а использование трохоидального фрезерования помогает равномерно снять тепловую нагрузку для получения постоянного резания.

У вас есть труднообрабатываемые материалы? Сообщите JS Precision информацию о вашем материале и детали, и мы разработаем для вас индивидуальный процесс многоосной обработки с руководством по рекомендуемым режущим инструментам, которые помогут вам эффективно и надежно обрабатывать сложные материалы.

Как композитные материалы меняют ландшафт многоосевых материалов с ЧПУ?

В связи с растущим спросом на легкие высокопрочные материалы в высокоточном производстве полимеры, армированные углеродным волокном, и полимеры, армированные стекловолокном, стали ключевыми компонентами многоосных материалов для станков с ЧПУ.

Эти материалы обладают отчетливым анизотропным поведением по сравнению с обычными металлами. Поэтому они требуют уникальных условий обработки. Многоосная обработка считается здесь лучшим вариантом из-за ее адаптируемости.

Проблемы: анизотропия и риск расслоения

Из-за высокой анизотропии и низкой прочности на расслоение обработка композитного материала должна быть правильно спроектирована: фрезерование в ориентации волокон, обработка кромок перед центром, соответствующая подача 0,05-0,1 мм на зуб и поддержание расслоения на уровне 1% или ниже.Это полностью соответствует требованиям по контролю межслоевых повреждений в ASTM D3518.

Специализированные инструменты и процесс обработки без заусенцев

Благодаря инструментам с алмазным покрытием, спиральным концевым фрезам и инструментам из поликристаллического алмаза (PCD), а также использованию ультразвуковой вибрационной технологии обработки можно выполнять резку композитов «без заусенцев».

Комплексная обработка: комплексное обслуживание — от начала материала до готовой детали

Выполнение операций контурного фрезерования, сверления, снятия фасок и обработки композитных материалов за один установ. В аэрокосмическом исследовании лонжерона крыла из углеродного волокна все операции, выполненные за одну установку, достигли точности размеров ± 0,02 мм, что сократило цикл обработки на 40 процентов.

Рис. 3. Уникальные структурные характеристики и превосходная экономическая эффективность композитных материалов делают их очень ценными материалами во многих отраслях.

Как стабильно достигать допусков при 5-осевой обработке в пределах ±0,01 мм?

Допуски 5-осевой обработки ±0,01 мм являются фундаментальной предпосылкой для производства элитного уровня. Это не просто функция современных, высокоточных станков, но в гораздо большей степени функция комплексного управления множеством переменных , таких как окружающая среда, оборудование, процессы и инструменты. Компания JS Precision разработала процесс достижения допусков на микронном уровне.

Окружающая среда и термическая стабильность: ключевая отправная точка для точности

В цехе поддерживается постоянная температура 20±0,5 ℃, а для станка применяется предварительный нагрев в течение 30 минут перед обработкой. Технология измерения и компенсации внутри станка используется для долгосрочных задач для компенсации эффектов теплового расширения, что обеспечивает фундаментальную гарантию допусков 5-осевой обработки.

Микроуправление инструментами и зажимными системами

Применяются высокоточные гидравлические и термозажимные держатели инструмента с погрешностью биения не более 0,002 мм и соответствующие инструменты подбираются в зависимости от материалов, для мелких деталей используются вакуумные патроны для предотвращения деформации, а для крупных деталей применяется многоточечное позиционирование для поддержания высокой жесткости зажима.

Стратегия процесса: искусство черновой, получистовой и чистовой обработки

Операция проводится в три этапа для снятия напряжений с материала:

Операция черновой обработки предполагает большую глубину резания и малые подачи для удаления лишнего материала, оставляя 2–3 мм припуска на получистовую обработку. Получистовая обработка помогает удалить наклепанный слой, оставляя только 0,1–0,2 мм припуск на чистовую обработку. Чистовая обработка предполагает небольшую глубину резания и большие подачи, чтобы обеспечить превосходное качество поверхности и точность размера.

Как 5-осевой токарный станок с ЧПУ справляется с обработкой гигантских морских гребных винтов?

Гигантские морские гребные винты с размерами в диаметре от нескольких метров до десятков метров и тяжелым весом в десятки тонн, а также со сложными изогнутыми поверхностями являются настоящим испытанием с точки зрения применения 5-осевого токарного станка с ЧПУ.

Сверхбольшой 5-осевой токарный станок с ЧПУ (токарно-фрезерный композиционный центр) успешно справился с этой задачей благодаря своей способности обрабатывать сверхбольшие заготовки, тяжелая резка, а также прецизионное фрезерование с пятиосным рычагом.

Искусство зажима и балансировки гигантских заготовок

Специальная система поддержки патрона и задней бабки с максимально возможным диаметром зажима 5 метров предназначена для предотвращения смещения заготовки во время процесса обработки. Для заготовки были проведены испытания на динамическую балансировку, а для устранения ошибок центробежной силы использовались балансировочные грузы с уровнем точности G2,5.

Проблемы резки в тяжелых условиях и прецизионной формовки

Черновая обработка предполагает удаление значительного количества материала из медного сплава, максимальный крутящий момент составляет 1500 Н·м.

В то время как прецизионная обработка предполагает выполнение обработки поверхности с точностью ± 0,02 мм с использованием подхода "сегментной обработки" после выполнения черновой обработки кривой, снятия напряжений, а затем получистовой и чистовой обработки для устранения проблем деформации.

Внутримашинное измерение и компенсация: обеспечение точности для очень больших размеров

Для измерения профиля, толщины и шага лезвия в процессе обработки в режиме реального времени применяется интегрированная высокоточная система датчиков. Неправильные размеры автоматически корректируются на траектории движения инструмента, так что гребной винт диаметром в несколько метров, а также профиль лопасти соответствуют размерам с пределом допуска ±0,03 мм.

У вас есть негабаритные и сложные детали для механической обработки? Позвоните в JS Precision и поделитесь информацией о требованиях к размеру, весу и точности обрабатываемых деталей, и мы разработаем специализированное решение, включающее возможности обработки 5-осевого токарного станка с ЧПУ для преодоления проблем, связанных с производством очень крупных деталей.

Рис. 4. 5-осевая обработка морского гребного винта с ЧПУ

Пример: как многоосевая обработка с ЧПУ может снизить вес спутниковых оптических кронштейнов на 60 % и сэкономить 55 % затрат?

Предыстория и проблемы:

Несущая конструкция оптического спутника высокого разрешения должна была состоять из 28 компонентов из алюминиевого сплава 6061 и 320 крепежных элементов. Проблемы с этой структурой включают совокупные допуски более ±0,1 мм, время сборки 40 часов и вес 12 кг, что намного больше ожидаемых 8 кг.

Прецизионное решение JS:

Результаты:

Количество компонентов было сведено к минимуму с 28 до 1, вес значительно уменьшен до 4,8 кг (уменьшение на 60%), общая стоимость производства снижена на 55% (снижена с 2800 до 1260 долларов за единицу), время доставки сокращено на 65%, а жесткость и термостойкость увеличены на 40%, что удовлетворяет требованиям космического применения.

Хотите снизить вес и стоимость сложных деталей? Нажмите, чтобы узнать больше о наших отраслевых исследованиях с использованием JS Precision, или поделитесь с нами своими требованиями к деталям, и мы сможем вместе с вами разработать решение по оптимизации многоосевой обработки.

Почему JS Precision — ваш надежный партнер в проектах передовых 5-осевых обрабатывающих центров с ЧПУ

Когда дело доходит до высокопроизводительной многоосевой обработки с ЧПУ, выбор агента — это не только выбор оборудования, но также выбор решения и уровня качества. Благодаря своему техническому превосходству, специализированному персоналу и цифровым услугам компания JS Precision стала одним из надежных поставщиков услуг 5-осевой обработки с ЧПУ.

Технологическая экосистема: не просто кластер высокотехнологичных станков

Наша компания имеет 20 импортированных немецких и японских 5-осевых обрабатывающих центров с ЧПУ высшего класса и 8 больших 5-осевых токарных станков с ЧПУ. Это позволяет нам предоставлять комплексное обслуживание для механической обработки и последующих операций. Наша компания также располагает координатно-измерительными машинами и приборами лазерной интерферометрии.

Двигатель талантов: производственная культура, ориентированная на инженеров

У нас работают 45 старших инженеров-технологов и программистов со средним опытом работы более 8 лет, 12 из них получили расширенную сертификацию Mastercam. Эти люди участвуют в обсуждении проекта уже на ранних стадиях проекта и помогают устранить проблемы, связанные с обработкой нережущихся материалов и траекториями обработки поверхности инструмента.

Приверженность цифровым технологиям: прозрачная, совместная и предсказуемая реализация проектов

Таким образом, мы разработали цифровую платформу управления проектами, где клиенты могут получить доступ к анализу процессов, ценовым предложениям, расписанию, обработке и статусам отчетов об инспекциях через свои личные данные для входа в систему. Клиенты уведомляются с помощью уведомлений в ключевые моменты времени, и этот подход позволил нам достичь коэффициента повторных покупок, составившего 85 %.

Свяжитесь с нами по телефону, чтобы получить доступ к нашей бесплатной горячей линии по анализу DFM. Если вам требуется прототипирование, небольшие заказы или массовое производство, наш 5-осевой обрабатывающий центр с ЧПУ предлагает вам эффективные услуги 5-осевой обработки с ЧПУ.

Часто задаваемые вопросы

Вопрос 1: Всегда ли 5-осевая обработка дороже, чем 3-осевая?

Не обязательно. Для сложных компонентов однократная 5-осевая обработка может стоить дешевле, чем 3-осевая обработка, поскольку она экономит многократные настройки и время смены инструмента, а также значительно повышает производительность. С точки зрения затрат это было бы еще выгоднее.

Вопрос 2: Какова концентричность моих деталей и может ли многоосная обработка удовлетворить эту потребность? Моим частям нужна концентрация

Да. Это основное преимущество , которое дает многоосевая обработка за один установ. Выполняя обработку всех отверстий, требующих концентричности, за один установ, мы можем свести к минимуму ошибки, связанные с преобразованием исходной точки, и обеспечить заданную концентричность +0,02 мм.

В3: Как мне проверить, что вы соблюдаете указанный допуск ±0,01 мм?

Мы можем предоставить отчеты о калибровке оборудования и информацию об исследовании возможностей процесса (Cpk). Кроме того, мы предлагаем полноразмерную проверку первой детали на КИМ с подробным отчетом, чтобы продемонстрировать на реальных данных наши возможности механической обработки.

Вопрос 4: Сколько времени потребуется, чтобы получить предварительный план и расценки после предоставления STP-файла?

Если запрос имеет регулярную сложность, мы обычно предлагаем предлагаемую схему в течение 24–48 часов, включая анализ, предложения по материалам, время обработки и четкое ценовое предложение. В случае сложных деталей мы заранее уведомим вас о необходимом времени обработки.

Вопрос 5. Как обеспечить постоянную точность больших деталей?

Что касается станков высокой жесткости, мы полагаемся на контроль окружающей среды в нашей лаборатории с постоянной температурой, а для обработки сегментов используются внутристаночные измерительные системы. Это хорошо компенсирует накопление ошибок в процессе обработки при больших расстояниях перемещения.

В6: Как предотвратить вибрацию и ржавчину при доставке крупных прецизионных деталей из Китая?

Для удержания заготовок используются специальные пенопластовые подкладки или лотки, формованные в вакууме, а затем на прецизионные поверхности наносится защитная пленка, а перед упаковкой в деревянную коробку используется антикоррозийная упаковка с ЛИК. Страхование доставки доступно от начала до конца, поэтому детали могут быть доставлены в идеальном порядке.

Вопрос 7: Поддерживаете ли вы все этапы: от прототипирования до мелкосерийного производства и массового производства?

У нас есть прототипы и пилотные линии для наших гибких производственных предприятий и линии массового производства для наших крупномасштабных производственных предприятий. Таким образом, мы готовы предоставлять услуги по прототипированию и массовому производству с соблюдением последовательности технических процессов и процессов качества на разных этапах, чтобы лучше обслуживать вас на разных этапах.

Вопрос 8: Участвуете ли вы в предварительной оценке осуществимости очень сложных деталей?

Мы предлагаем бесплатные услуги анализа DFM. Перед размещением заказа вы можете отправить чертежи деталей и технические требования, чтобы предоставить анализ и мнения о технологичности, рисках и способах оптимизации.

Заключение

Идеальное сочетание выбора материалов и многоосевой обработки с ЧПУ — это решение проблем, возникающих при производстве сложных и экономичных деталей.

Выбор технологий и технологических партнеров — это не только вопрос выбора технологии обработки, но и выбор улучшенного, более надежного и конкурентоспособного процесса затрат с точки зрения реализации вашего конечного продукта.

Пришло время получить максимально полную информацию о ваших сложных проектах.

Сегодня посетите веб-сайт JS Precision и загрузите чертежи своих деталей. Помимо предоставления конкурентоспособной цены на ваш проект, вы также получите «Белую книгу по оптимизации проектирования и процессов», тщательно составленную нашей командой экспертов, о том, как наша многоосевая обработка решения могут помочь сократить расходы и повысить эффективность.Вместе давайте превратим сложные проекты в блестящую реальность.

JS

Эксперт по быстрому прототипированию и быстрому производству.

Специализируемся на обработке на станках с ЧПУ, 3D-печати, литье из полиуретана, быстром изготовлении оснастки, литье под давлением, литье металлов, обработке листового металла и экструзии.

Got thoughts or experiences to share? We'd love to hear from you!