Gia công CNC chính xácTrục thanh mảnh: Cách chúng tôi kiểm soát độ lệch (Không bị điên)
Hãy thành thật đi. Nếu bạn hỏi bất kỳ thợ máy nào trong xưởng của chúng tôi xem họ ghét chạy bộ phận nào nhất, họ sẽ không nói rằng cánh quạt hàng không vũ trụ 5-trục phức tạp. Có lẽ họ sẽ chỉ vào một cái trục thanh mảnh trông có vẻ đơn giản.
Mới tháng trước, một khách hàng đã mang đến một bộ phận thực sự kinh dị. Chúng tôi đã sử dụng trục thép không gỉ 316L. Nó trông giống spaghetti hơn là một bộ phận được gia công. Tỷ lệ Chiều dài-đến-Đường kính (L/D) của nó là 35:1.
Khi tỷ lệ L/D của bạn vượt quá 10 hoặc 12, việc thiếu độ cứng có nghĩa là kim loại hoạt động giống như một sợi mì ướt. Nếu nhà cung cấp của bạn thiếu các kỹ năng phù hợp, bạn có thể nhận được các bộ phận côn, lớp hoàn thiện thô và các bộ phận bị uốn cong sau khi gia công. Chúng tôi đã thấy người mua đến gặp chúng tôi để nhờ giúp đỡ. Nhà cung cấp-chi phí thấp gần đây nhất của họ đã vận chuyển 2.000 trục trông giống như quả chuối.
Dưới đây là cái nhìn rõ ràng về những gì mang lại hiệu quả cho chúng tôi tại xưởng sản xuất. Nó giúp giảm độ lệch, độ rung và giãn nở nhiệt khi gia công các chi tiết mảnh mai. Không có lý thuyết trong sách giáo khoa-chỉ là những bản sửa lỗi thực sự tại xưởng-.
Tại sao trục mảnh lại thất bại thường xuyên như vậy? Vật lý đằng sau cơn đau đầu?
Tất cả đều bắt nguồn từ vật lý. Khi bạn kéo một công cụ cắt cacbua qua một miếng kim loại dài, không được hỗ trợ, bạn sẽ phải đối mặt với ba thách thức lớn cùng một lúc.
1. Độ lệch hướng tâm (Hiệu ứng "Cung")
Trong quá trình tiện, dụng cụ cắt tạo ra lực dọc trục di chuyển dọc theo chiều dài phôi. Nó cũng tạo ra lực hướng tâm ép vào mặt bên của bộ phận. Bởi vì trục mỏng và dài nên nó thiếu độ cứng của dầm để chống lại áp lực hướng tâm đó. Nó thực sự uốn cong ra khỏi công cụ.
Kết quả? Dụng cụ này cắt ít vật liệu ở giữa trục hơn ở hai đầu. Bạn sẽ có hình thùng hoặc hình "trống"-dày ở giữa, mỏng ở hai đầu. Vật lý lần nào cũng chiến thắng nếu bạn không hỗ trợ đúng cách.
2. Tiếng thét chói tai (Rung hài hòa)
Nếu bạn đã từng đến xưởng máy móc thì bạn sẽ biết âm thanh đó. một tiếng kêu the thé-có nghĩa là dụng cụ của bạn đang bật ra khỏi vật liệu thay vì cắt nó.
Độ cứng kém dẫn đến rung động điều hòa tần số cao. Tiếng ồn ào này làm hỏng bề mặt hoàn thiện của bạn và để lại những vết sọc xấu xí-. Nó cũng có thể cắt hạt dao cacbua đắt tiền của bạn trong vòng vài phút.
3. Giãn nở nhiệt (Kẻ giết người thầm lặng)
Kim loại phát triển khi chúng nóng lên. Việc cắt một trục dài sẽ tạo ra một lượng lớn ma sát và nhiệt.
Ví dụ, một thanh nhôm dài 500mm có thể dễ dàng tăng thêm vài phần nghìn inch chỉ bằng cách làm ấm khi chạm vào. Nếu một mâm cặp cứng và một ụ sau cứng khóa chặt trục đó, thì chiều dài tăng thêm sẽ không còn chỗ nào để đi. Nó phải oằn xuống và cúi đầu ra ngoài.
Cách khắc phục tối ưu: Gia công CNC kiểu Thụy Sĩ-
Nếu chúng ta sử dụng trục mỏng có đường kính dưới 32 mm (khoảng 1,25 inch), tỷ lệ L/D có thể cao. Trong trường hợp đó, chúng tôi không sử dụng máy tiện CNC tiêu chuẩn. Chúng tôi chuyển công việc thẳng sang các máy CNC loại-Thụy Sĩ (như Citizens hoặc Tsugamis của chúng tôi).
Tôi sẽ nói thẳng với bạn:Gia công kiểu Thụy Sĩ là mã gian lận tối ưu cho trục thanh mảnh.
Tại sao? Đó là tất cả về Ống lót dẫn hướng.
Không giống như máy tiện thông thường có phôi kéo dài từ mâm cặp, máy Thụy Sĩ hoạt động theo cách ngược lại. Ống lót dẫn hướng có độ chính xác cao sẽ đưa nguyên liệu thanh thô xuyên qua. Dụng cụ cắt nằm cố định, ngay cạnh ống lót đó-thường chỉ cách một hoặc hai milimet. Vật liệu trượt ra và công cụ sẽ cắt nó khi nó nổi lên.
Vì dụng cụ cắt ngay cạnh giá đỡ,tỷ lệ L/D tại điểm cắt gần bằng 0. Độ lệch biến mất hoàn toàn. Trò chuyện đã chết.
Với phương pháp gia công kiểu Thụy Sĩ{0}}, chúng tôi duy trì dung sai đường kính chặt chẽ là ±0,005 mm (0,0002 inch) và độ hoàn thiện Ra 0,4.
Chúng tôi thực hiện việc này trên những bộ phận mà nhiều cửa hàng khác từ chối báo giá. Ngoài ra, chúng tôi có thể phay phẳng, khoan{1}}lỗ chéo và chạm ren chỉ trong một thiết lập duy nhất, giúp xử lý lỗi một cách triệt để.
Mẹo tiện truyền thống (Khi phôi quá lớn đối với máy tiện Thụy Sĩ)
Máy của Thụy Sĩ thật đáng kinh ngạc, nhưng chúng đạt tối đa ở một số đường kính nhất định. Nếu khách hàng gửi cho chúng tôi một trục bơm tùy chỉnh có đường kính 50 mm và dài 800 mm, trục bơm đó sẽ không vừa với máy tiện Thụy Sĩ. Chúng ta phải dựa vào truyền thốngtiện CNCcác trung tâm.
Đây là cách chúng tôi ngăn những thân cây mảnh lớn biến thành quả chuối:
1. Nghỉ ngơi ổn định so với nghỉ ngơi theo dõi
Bạn phải hỗ trợ phần giữa của vết cắt.
· Người vận hành sửa mộtnghỉ ngơi ổn địnhtới bệ máy. Nó giữ một vị trí cụ thể trên trục trong khi dụng cụ cắt ở nơi khác. Rất lý tưởng để khoan phần cuối của một trục dài, nhưng không hoàn hảo cho những đường rẽ dài.
· A Phần còn lại của người theo dõibu lông ngay vào giá đỡ dụng cụ. Nó di chuyển cùng với dụng cụ cắt, liên tục đỡ trục đối diện trực tiếp với lực cắt. Điều này có hiệu quả, nhưng việc đặt các con lăn còn lại của bộ phận tiếp theo để chúng không làm xước bề mặt cắt mới cần phải có thợ máy chuyên nghiệp.
2. Xoay nguồn cấp dữ liệu ngược (Thủ thuật căng thẳng)
Thông thường, bạn bắt đầu cắt ở đầu ụ sau và đưa dụng cụ về phía mâm cặp. Điều này đặt trục mỏng bị nén. Ý tưởng tồi.
Thay vào đó, chúng tôi lập trình cho máy khởi động gần mâm cặp và cắt ngược về phía ụ sau. Điều này đặt trục dưới sức căng kéo. Hãy nghĩ về việc này giống như việc kéo căng dây đàn ghi-ta-tự nhiên nó muốn giữ thẳng hoàn toàn.
3. Xoay-Tháp pháo đôi
Nếu chúng tôi đang thực hiện công việc trên máy tiện CNC hai tháp pháo,-chúng tôi sẽ sử dụng Tiện kẹp. Chúng tôi lập trình một công cụ trên và một công cụ dưới để cắt đối diện nhau tại thời điểm đó.
Một công cụ thực hiện bước gia công thô, công cụ còn lại thực hiện đường chuyền hoàn thiện một chút. Các lực đẩy hướng tâm triệt tiêu lẫn nhau hoàn toàn. Trục thậm chí không biết ai đó đẩy nó.
4. Mùa xuân-Trung tâm trực tiếp được tải & Áp suất ụ sau
Để chống lại sự giãn nở nhiệt mà tôi đã đề cập trước đó, chúng tôi không bao giờ sử dụng một tâm rắn chết. Chúng tôi sử dụng các trung tâm trực tiếp có lò xo bên trong ở ụ sau.
Khi trục nóng lên và phát triển trong quá trình gia công thô nặng, lò xo sẽ chiếm thêm chiều dài. Nó giữ cho áp suất giữ không đổi và ngăn chặn bộ phận bị vênh.
Ngoài ra, việc giảm áp suất ụ thủy lực là rất quan trọng. Quá nhiều áp lực lên trục 10 mm sẽ làm cong trục. Điều này có thể xảy ra trước khi công cụ chạm vào nó.
Bí mật về hình học công cụ: Những gì chúng tôi thực sự mua
Bạn có thể có chiếc máy tốt nhất trên thế giới, nhưng nếu bạn chạm vào một trục thanh mảnh với miếng chèn cacbit không đúng, bạn sẽ có một khoảng thời gian tồi tệ. Đây là hình thức cũi công cụ của chúng tôi dành cho những công việc này:
· Bán kính mũi nhỏ: Hạt dao tiêu chuẩn thường có bán kính mũi 0,8mm hoặc 0,4mm. Đối với các trục thanh mảnh, chúng tôi giảm xuống 0,2 mm (0,008") hoặc thậm chí 0,1 mm. Bán kính lớn hơn hoạt động giống như một máy xúc tuyết, tạo ra áp suất hướng tâm lớn đẩy chi tiết ra xa. Bán kính sắc, nhỏ hoạt động giống như một con dao mổ, làm giảm lực cắt.
·Góc cào dương cao: Chúng tôi loại bỏ các phần chèn gia công thô{0}}nặng, âm. Chúng tôi sử dụng các hạt dao cắt bằng nhôm có độ dương-dương cao,{3}}sắc như dao cạo-, thậm chí đôi khi trên cả thép, để cắt vật liệu một cách sạch sẽ. Nó giúp ngăn ngừa rách.
· Wiper Inserts (The Finish Hack): Thông thường, bán kính mũi nhỏ sẽ gây ra tác động xấubề mặt hoàn thiện. Trừ khi bạn làm chậm tốc độ nạp dữ liệu.
Để khắc phục điều này, chúng tôi sử dụng phần chèn "Wiper". Chúng có một cạnh phẳng thứ cấp hoạt động giống như một cái bay, làm phẳng các vết tiếp liệu. Điều này cho phép chúng tôi chạy trong bán kính nhỏ với áp suất thấp trong khi vẫn đạt được độ bóng hoàn thiện ở tốc độ vừa phải.
Hướng dẫn lựa chọn vật liệu cho trục mảnh
Mỗi kim loại sẽ hoạt động khác nhau khi bạn kéo căng nó ra và cố cắt nó. Nếu bạn là một kỹ sư chọn vật liệu, hãy đọc phần này trước:
· Thép không gỉ 304/316:Một cơn ác mộng nếu không được xử lý đúng cách. Nó hoạt động-cứng lại nhanh chóng. Nếu công cụ của bạn chà xát thay vì cắt, bề mặt sẽ trở thành kính-cứng và bộ phận đó sẽ cong ngay lập tức. Cần những dụng cụ cực kỳ sắc bén và chất làm mát ngập nước.
· Thép không gỉ 17-4 PH:Trên thực tế tốt hơn nhiều so với dòng 300 dành cho trục dài. Nó được gia công rất đẹp ở trạng thái ủ và giữ thẳng một cách đáng kinh ngạc.
· Titan (Lớp 5):Nó dẻo và không dẫn nhiệt tốt. Nhiệt vẫn ở trong vùng cắt, có nghĩa là dụng cụ bị đốt cháy và trục bị đẩy ra xa. Yêu cầu tốc độ cắt cực thấp và phun chất làm mát áp suất-cao ngay tại lưỡi cắt.
· Thép cán nguội-(ví dụ: 1018 CR):Cái bẫy phổ biến nhất. Cán nguội bọc lớp vỏ bên ngoài của thanh với lực căng bên trong rất lớn. Khi chúng ta cắt bỏ lớp vỏ bên ngoài, ứng suất sẽ giải phóng không đều và trục sẽ cong vênh ngay khi rời khỏi máy. Luôn chỉ định Cổ phiếu giảm nóng-Cuộn hoặc Căng thẳng-cho trục dài!
Một lợi ích nhanh chóng của DFM để hỏi các kỹ sư
Gửi tới các kỹ sư thiết kế đang đọc bài viết này: chúng tôi rất thích chế tạo các bộ phận của bạn. Nếu bạn chỉ định một trục dài và mỏng, hãy ghi nhớ các mẹo Thiết kế cho khả năng sản xuất (DFM) đơn giản này. Họ sẽ làm cho bộ phận đó rẻ hơn đáng kể và nhanh hơn để chúng tôi gia công cho bạn.
1.Nới lỏng ở giữa:Mâm cặp và tâm giữ chặt các đầu trục của bạn. Họ rất dễ dàng giữ được dung sai chặt chẽ.
Chính giữa là nơi phần muốn cúi đầu. Nếu phần giữa không khớp với ổ trục, ròng rọc hoặc vòng đệm, vui lòng sử dụng dung sai lỏng hơn ở đó. Ví dụ: sử dụng ±0,1 mm thay vì ±0,01 mm. Nó giúp chúng ta tiết kiệm hàng giờ chiến đấu với máy, giúp bạn tiết kiệm tiền.
2.Xem các phím tắt:Phay một rãnh then sâu, dài dọc theo trục dài sẽ giải phóng ứng suất bên trong. Nó có thể cong vênh ngay lập tức khi đạt tớitrung tâm xay xát. Nếu bạn cần một rãnh then dài, hãy thiết kế hai rãnh then đối xứng, mỗi bên một rãnh để cân bằng việc giảm căng thẳng.
Hoặc dự định trả thêm tiền cho các phương pháp điều trị bằng nhiệt-làm thẳng tóc và giảm căng thẳng.
3.Tránh các chủ đề ở trung tâm chết:Luồng một điểm-tạo áp lực lớn lên chi tiết. Cố gắng giữ các phần ren gần đầu trục nơi có độ cứng cao nhất.
-Nghiên cứu điển hình trên thế giới thực tế: Cứu một dự án thiết bị y tế
Hãy biến tất cả lý thuyết này thành hiện thực.
· Phần:Một trục dụng cụ nội soi.
· Vật liệu:Thép không gỉ 316L.
· Thông số kỹ thuật: đường kính 4mm, chiều dài 150mm (Tỷ lệ L/D là 37,5:1!).
· Vấn đề:Nhà cung cấp trước đây của khách hàng đã loại bỏ gần 40% các bộ phận. Họ không thể đáp ứng yêu cầu nghiêm ngặt về độ thẳng 0,02 mm. Dấu vết huyên thuyên khiến các bộ phận không đạt được quá trình xác nhận làm sạch sinh học.
· Cách khắc phục của chúng tôi:Chúng tôi ngay lập tức chuyển công việc này sang máy tiện Citizen Swiss 5 trục của mình. Để ngừng rung động điều hòa nhẹ trên đầu trong lần cắt cuối cùng, chúng tôi đã điều chỉnh đường làm mát 2.000 PSI của mình.
Chúng tôi nhắm chúng vào khu vực cắt chính xác. Điều này làm giảm sự tăng trưởng nhiệt. Chúng tôi cũng đã chuyển sang miếng chèn gạt nước cào dương-cao trên mặt đất-tùy chỉnh.
· Kết quả:Chúng tôi đã vận chuyển một lô 2.000 chiếc một tuần sau đó. Báo cáo kiểm tra từ CMM quang học của chúng tôi cho thấy độ côn bằng 0. Khách hàng đạt tỷ lệ sản lượng 100% trên dây chuyền lắp ráp của họ.
Phần kết luận
Sau nhiều năm làm việc tại Dazao, tôi có thể nói với bạn một điều. Gia công một trục dài và mỏng sẽ khiến bạn nhanh chóng bị hạ thấp nếu bạn không tôn trọng vật lý.
Bạn không thể nhét một miếng thép cán nguội thô{0}}vào máy tiện tiêu chuẩn, nhấn nút màu xanh lá cây và cầu mong nó sẽ ra thẳng. Nó đơn giản là không hoạt động. Vật lý sẽ chiến thắng trong cuộc chiến đó mọi lúc.
Tại Dazao, chúng tôi thực sự đã tạo dựng được danh tiếng rất lớn nhờ xử lý những công việc ác mộng này. Chúng tôi làm điều đó bằng cách tích cực quản lý từng biến số nhỏ. Cho dù đội của tôi có thực hiện công việc của bạn trên các máy-cao cấp của Thụy Sĩ để loại bỏ hiện tượng lệch hay không thì chúng tôi cũng không dựa vào may mắn.
Cho dù chúng ta quay theo kiểu cắt đôi-tháp pháo, chúng ta cũng không dựa vào may mắn.
Hoặc chúng tôi đổi công cụ lấy một mảnh dao cạo có bán kính 0,1 mm-sắc như dao cạo để ngừng nói chuyện.
Chúng tôi không bao giờ để kết quả phụ thuộc vào may mắn. Chúng tôi biết kim loại muốn chuyển động như thế nào và chúng tôi dừng nó lại trước khi nó chuyển động.
Nhưng hãy nhìn xem, tôi biết việc thiết kế và tìm nguồn cung ứng những bộ phận này có thể gây khó chịu như thế nào. Tôi nói chuyện với-các kỹ sư và người mua đang chán ngán hàng tuần. Nhà cung cấp của họ vừa xuất xưởng một lô trục uốn cong khác.
Vì lý do đó, tôi thấy những câu hỏi-căng tóc cụ thể tương tự xuất hiện đi lặp lại. Vì vậy, trước khi bạn nhấp chuột đi, chúng ta hãy đi sâu vào câu trả lời thực sự cho những cơn đau đầu do thanh mảnh phổ biến nhất mà tôi thấy ở đó.
Câu hỏi thường gặp về Tầng cửa hàng: Trả lời các câu hỏi khó
Câu hỏi 1: Tại sao trục thanh mảnh của tôi bị cong vênh sau khi tôi tháo nó ra khỏi máy, ngay cả khi tôi sử dụng ụ sau và nó được đo chính xác trong mâm cặp?
A1:Căng thẳng nội tâm. Đó là một kẻ giết người.
Nếu bạn cán nguội-thép, nhà máy thép sẽ giữ lại ứng suất ở lớp bên ngoài. Một khi bạn cắt bỏ lớp da đó, căng thẳng sẽ giảm đi. Thời điểm bạn tháo mâm cặp ra, bộ phận đó sẽ cúi xuống trong tay bạn.
Sửa chữa:Ngừng sử dụng phôi{0}}cán nguội cho các sản phẩm dài. Sử dụng các vật liệu-cán nóng, ủ hoặc mua các vật liệu đã-giảm ứng suất-trước.
Câu hỏi 2: Làm cách nào để ngừng tiếng kêu đáng sợ đó khi xoay chính giữa trục?
A2:Tiếng kêu có nghĩa là áp suất dụng cụ hướng tâm của bạn đang vượt quá độ cứng của trục. Đầu tiên, giảm bán kính mũi hạt dao xuống 0,1mm. Bán kính nhỏ làm giảm đáng kể áp suất xuyên tâm.
Thứ hai, hãy đảm bảo rằng dụng cụ của bạn nằm chính xác ở độ cao chính giữa (hoặc thậm chí một sợi tóc phía trên tâm để tiện ra ngoài). Nếu không thành công, hãy thử "Quay phân đoạn".
Lao và cắt trục thành những đoạn ngắn, có-độ sâu đầy đủ. Di chuyển về phía mâm cặp. Đừng đi những đường dài và nông trên toàn bộ phần.
Q3: Việc nghỉ ngơi đều đặn của tôi đang để lại những dấu vết khó chịu và ghi điểm trên bề mặt. Làm cách nào để khắc phục nó?
A3:Các mảnh vụn có thể mắc vào các con lăn kim loại tiêu chuẩn của bạn hoặc cảm thấy áp suất kẹp quá cao.
Sửa chữa:Trước tiên, hãy thử rẽ một đường trơn tru, hơi lớn. Sau đó bọc chỗ đó bằng một lớp miếng chêm bằng đồng. Gắn các con lăn sau đó. Để có lớp hoàn thiện siêu tinh tế, hãy đổi các con lăn thép lấy đầu bằng đồng hoặc Teflon (PTFE) tùy chỉnh.
Câu hỏi 4: Gia công Thụy Sĩ có phải luôn là câu trả lời cho trục thanh mảnh không?
A4:Không. Máy của Thụy Sĩ rất tuyệt vời nhưng chúng có hai nhược điểm: Kích thước và thời gian cài đặt.
Chúng tối đa khoảng 32mm đến 38mm. Và việc thiết lập ống lót dẫn hướng và dụng cụ cho đồng hồ Thụy Sĩ rất phức tạp và tốn-thời gian.
Nếu bạn chỉ cần một nguyên mẫu nhỏ gồm ba phần thì việc thiết lập máy ở Thụy Sĩ là quá mức cần thiết. Nó tốn thời gian và tiền bạc.
Thay vào đó, hãy sử dụng một thợ máy truyền thống có kinh nghiệm. Yêu cầu họ chạy một máy tiện tiêu chuẩn có giá đỡ vững chắc.
Câu hỏi 5: Liệu các thủ thuật lập trình có thể khắc phục được hiện tượng lệch nếu tôi không nghỉ ngơi ổn định hay không?
A5:Ở một mức độ nào đó, có. Ngoài thủ thuật nạp-ngược lại mà tôi đã đề cập trước đó, bạn có thể sử dụng SSV (Biến đổi tốc độ trục chính) trong mã G- của mình. Bằng cách lập trình trục xoay để tăng tốc và giảm tốc độ khoảng 10-15% trong quá trình cắt, bạn sẽ phá vỡ sự cộng hưởng gây ra tiếng kêu lạch cạch. Nghe có vẻ kỳ lạ khi máy chạy nhưng nó hoạt động như có phép thuật.
Câu hỏi 6: Làm thế nào để bạn khoan một lỗ tâm trên một trục nhỏ 3 mm mà không làm cong nó ngay lập tức bằng mũi khoan?
A6:Bạn không thể nhét mũi khoan tâm vào một sợi dây treo nhỏ{0}}tự do. Bạn phải hỗ trợ nó một cách hoàn hảo. Nếu bạn không sử dụng máy Thụy Sĩ, bạn sẽ cần một ống lót bằng đồng thau tùy chỉnh.
Đặt nó vào trục xoay để giữ đầu hoàn toàn cứng cáp trong khi bạn xác định lỗ ở giữa. Nếu không có người hướng dẫn, mũi khoan sẽ đẩy bộ phận đó sang một bên và gãy.
Câu hỏi 7: Chất làm mát có quan trọng nhiều đối với trục dài hay nó chỉ ảnh hưởng đến tuổi thọ của dụng cụ?
A7:Nó hoàn toàn quan trọng đối với sự ổn định kích thước. Một miếng thép không gỉ 500mm sẽ dễ dàng tăng thêm 0,1mm chỉ khi chạm vào khi ấm lên. Nếu bạn khóa nó giữa các trung tâm, sự phát triển đó sẽ buộc nó nghiêng sang một bên.
Bạn cần chất làm mát ngập-áp suất cao, thể tích-cao trên đầu dụng cụ. Điều này giữ cho lõi của trục được đóng băng hoàn toàn trong toàn bộ quá trình cắt.
Câu hỏi 8: Bạn có thể mài các trục mảnh để giữ được dung sai chặt chẽ sau khi tiện không?
A8:Có, và nó rất được khuyến khích. Mài không tâm là nguyên công-phụ của chúng tôi đối với các trục mảnh. Bởi vì một bánh xe điều chỉnh và một lưỡi dao làm việc hỗ trợ bộ phận dọc theo toàn bộ chiều dài của nó.
Bộ phận sẽ không bị uốn cong khi đi qua bánh mài. cách chúng tôi có được độ hoàn thiện-như gương và độ chính xác ở mức micron-mà không gây ra ứng suất mới.
