CNC-Fräsen: Werkzeugwegstrategie, Materialparameter und die Spannentscheidungen, die bestimmen, ob Ihr Teil den Spezifikationen entspricht

CNC-Fräsen: Werkzeugwegstrategie, Materialparameter und die Spannentscheidungen, die bestimmen, ob Ihr Teil den Spezifikationen entspricht

Ihre Taschentiefe beträgt 18 mm. Die Breite beträgt 4 mm. Die Wandstärke an der Längsseite beträgt 1,1 mm. Das Material ist 7075-T651. Ihre DFM-Bewertung ergab einen Hinweis: „Die Schlitzproportionen erfordern einen reduzierten Vorschub und mehr Durchgänge – wir empfehlen eine Überprüfung, wenn die Wandgeometrie funktionell eingeschränkt ist.“

Es lohnt sich, diese Flagge zu verstehen, bevor man dagegen vorgeht. Die Breite von 4 mm erzwingt einen maximalen Schaftfräserdurchmesser von 3,2 mm, um den von Ihnen angegebenen Eckenradius beizubehalten. Ein 3,2-mm-Schaftfräser mit einer Tiefe von 18 mm läuft mit einem Verhältnis von Länge-zu-Durchmesser von 5,6:1. Bei diesem Verhältnis biegt sich das Werkzeug unter seitlicher -Last ab, und die Durchbiegung ist nicht gleichmäßig -, sie ist am Boden der Tasche größer als an der Oberseite, wodurch eine sich verjüngende Wand entsteht. Die Verjüngung liegt möglicherweise innerhalb Ihrer Parallelitätstoleranz. vielleicht nicht. In beiden Fällen verdoppelt sich die Zykluszeit, da die Vorschubgeschwindigkeit sinken muss, um die Durchbiegung zu kontrollieren.

Dies ist die Geometrie-Prozessbeziehung, dieCNC-FräsenEntscheidungen schalten sich ein. Nicht, ob die Maschine das Feature erreichen kann -, sie kann -, sondern ob die Werkzeugwegstrategie, die Werkzeugauswahl und die Vorrichtung Ihre Callouts zu Kosten halten können, die das Teil herstellbar machen.

Werkzeugwegstrategie: Wenn das Trochoidalfräsen das konventionelle Nutenfräsen übertrifft

CNC-Fräsen trochoidal vs. konventioneller Werkzeugwegist keine abstrakte Optimierungsfrage. Es gibt eine spezifische Antwort, die auf der Feature-Geometrie und dem Material basiert.

Beim herkömmlichen Nutfräsen - wird ein Schaftfräser mit voller Breite-in eine Tasche eingetaucht und beim Verfahren - wird dafür gesorgt, dass das Werkzeug in ständigem Kontakt mit dem Werkstück bleibt. Auf Aluminium in mäßiger Tiefe funktioniert dies. Das Problem beginnt, wenn der Schlitz schmaler als das 1,5-fache des Fräserdurchmessers ist oder wenn das Verhältnis von Tiefe-zu-Breite 3:1 überschreitet. An diesem Punkt lässt die Spanabfuhr nach, die Schnittwärme konzentriert sich am Boden des Schlitzes und das Werkzeug verbiegt sich, weil der radiale Eingriff für die Steifigkeit des Werkzeugs bei dieser Überhanglänge zu hoch ist.

Trochoidalfräsen - Kreisbogen-Werkzeugwege, die den radialen Eingriff unabhängig von der Schlitzbreite - auf 10–20 % des Fräserdurchmessers begrenzen, lösen alle drei Probleme gleichzeitig. Die Spanlast pro Zahn bleibt konstant, da der Eingriffsbogen konstant bleibt. Die Wärme wird abgeführt, da das Werkzeug bei jedem Bogen den Schnitt verlässt. Die Durchbiegung sinkt, da die Radialkraft nur einen Bruchteil der herkömmlichen Schlitzwirkung ausmacht. Der Kompromiss liegt in der Länge des Werkzeugwegs: Ein Trochoidenprogramm legt eine größere Strecke zurück, um das gleiche Volumen zu entfernen. Bei 7075-T651 ermöglicht die Trochoidenbearbeitung jedoch Durchgänge in voller Tiefe mit der Gesamttiefe des Schlitzes in einem einzigen Arbeitsgang, während beim herkömmlichen Schlitzen mehrere Tiefenschritte und ein um 30–40 % geringerer Vorschub erforderlich sind.

Der praktische Übergangspunkt: Verwenden Sie Trochoiden, wenn das Verhältnis von Schlitztiefe -zu -breite 2,5:1 übersteigt oder wenn die Schlitzbreite zwischen dem 1,0-fachen und dem 1,5-fachen des Fräserdurchmessers liegt. Unter 2,5:1 Tiefe-zu-Breite bei einer offenen Nut in Aluminium sind herkömmliche Werkzeugwege schneller. Darüber hinaus spart Trochoiden Zykluszeit und erzeugt eine bessere Wandqualität -, was wichtig ist, wenn Sie eine Parallelitäts- oder Geradheitsmarkierung an den Schlitzwänden haben.

Tauchfräsen (插铣) ist die dritte Option und hat einen spezifischen Anwendungsfall: großvolumiges Schruppen an tiefen Hohlräumen, bei denen die primäre Einschränkung die Materialabtragsrate und nicht die Wandqualität ist. Beim Tauchfräsen werden die Schnittkräfte axial statt radial geleitet, was bedeutet, dass das Werkzeug viel größere Tiefen ohne Ablenkung bewältigen kann. Die Oberflächengüte ist schlecht und erfordert einen Schlichtdurchgang, aber für eine 30 mm-tiefe Gehäusetasche in 7075-T651, bei der Sie 80 % des Volumens im Schruppvorgang entfernen, verkürzt das Tauchfräsen die Schruppzeit im Vergleich zum Trochoidalfräsen um 35–50 %. Die Entscheidungsregel: Wenn Sie Wandqualität auf einer tiefen Struktur benötigen, trochoidal. Wenn Sie eine Materialabtragsrate bei einer großen, tiefen Kavität benötigen und trotzdem fertig fräsen möchten, greifen Sie zu.

Material-Spezifische Mahlparameter: Was in der Produktion tatsächlich abläuft

Die folgende Tabelle gibt die Produktionsparameter für wiederCNC-Fräsprozessparameter Aluminiumund die anderen Materialien, mit denen wir regelmäßig arbeitenCNC-FräsenOperationen. Hierbei handelt es sich nicht um Katalogwerte, - sie spiegeln den Einsatz unserer-gut gewarteten 5-Achsen- und 3-Achsen-Bearbeitungszentren mit Kühlmittelzufuhr durch die Spindel wider.

Dc=Fräserdurchmesser. Parameter setzen scharfes, unbeschichtetes Hartmetall auf Aluminium und Kunststoffen voraus; TiAlN-beschichtet auf Stahl und Titan; Keramik auf Inconel-Schruppen.

Ein Parameter, der selten in Katalogdaten vorkommt, aber in der Produktion von Bedeutung ist: die Beziehung zwischen der Spindelgeschwindigkeit und der Eigenfrequenz des Teils auf dünnwandigen Merkmalen. Wenn Sie eine 0,8-mm-Aluminiumwand mit hoher Spindelgeschwindigkeit fräsen und die Wand absplittert oder Rattermarken aufweist, ist nicht immer die Lösung, langsamer zu fahren. Manchmal bringt die Verlangsamung die Spindel auf eine harmonische Frequenz des Vibrationsmodus der Wand. Eine Änderung der Spindelgeschwindigkeit um ±15 % - in beide Richtungen - kann Rattern schneller beseitigen als eine Änderung der Vorschubgeschwindigkeit. Das ist keine Theorie; Dabei handelt es sich um die Anpassung, die wir an dünnwandigen Aluminiumgehäusen vornehmen, wenn mitten im Programm ein Rattern auftritt.

Spannlogik: Die Setup-Entscheidung, die Ebenheit und Positionsgenauigkeit bestimmt

CNC-FräsenToleranzen bei komplexen Teilen werden nicht durch die Positionierungsgenauigkeit der Maschine begrenzt - Moderne Bearbeitungszentren bieten eine Positionierungswiederholgenauigkeit von ±0,003 mm unter kontrollierten Bedingungen. Was die erreichbare Toleranz in der Produktion einschränkt, ist die Spannvorrichtung: wie fest das Teil gehalten wird, wie gleichmäßig die Bezugsflächen kontaktiert werden und ob die Spannkräfte eine Durchbiegung bewirken, die nach dem Lösen freigegeben wird.

Bei prismatischen Teilen mit bearbeiteten Merkmalen auf mehreren Flächen ist die Spannreihenfolge ebenso wichtig wie die Spannmethode. Bei der ersten Einrichtung sollten die Bezugsflächen - bearbeitet werden, die Flächen, die das Teil für alle nachfolgenden Vorgänge positionieren. Wenn die Bezugsflächen nicht flach und parallel zueinander innerhalb der für nachgeschaltete Features erforderlichen Toleranz sind, übernimmt jede nachfolgende Einrichtung diesen Fehler.

Der spezifische Fehlermodus der Vorrichtung, den wir am häufigsten sehenCNC-FräsenJobs beim ersten Artikel: Spannmarkierungen auf Bezugsflächen, die in einer früheren Operation bearbeitet wurden. Wenn eine Klemme direkt auf einer bearbeiteten Oberfläche aufliegt, verformt die lokale Kontaktspannung die Oberfläche elastisch - Das Teil federt nach dem Lösen der Klemme zurück, aber die Verformung während des Schneidens bedeutet, dass das in dieser Konfiguration bearbeitete Merkmal an einem verschobenen Bezugspunkt positioniert wurde. Das Ergebnis ist ein Positionsfehler, der wie ein Maschinenfehler aussieht, in Wirklichkeit aber ein Spannfehler ist. Die Lösung besteht darin, auf Rohmaterial, Rohflächen oder vorbearbeiteten Opferflächen statt auf fertigen Bezugsflächen zu spannen.

Für Teile, bei denen alle Flächen funktionsfähig sind - keine Rohfläche zum Spannen verfügbar - sind die Optionen weiche Backen, die an das Profil des Teils angepasst sind, Vakuumbefestigung auf der primären Bezugsfläche oder eine Unterplatte mit Gewindeeinsätzen, die in den Körper des Teils eingearbeitet und später entfernt werden. Jeder Ansatz hat seinen Preis; keiner von ihnen ist kostenlos. Die richtige Wahl hängt von der Losgröße und den Toleranzanforderungen ab.

Oberflächenbeschaffenheit: So legen Sie Ra ohne übermäßige -Toleranz fest

CNC-Fräsoberflächenbeschaffenheit Ra-Spezifikationist die am häufigsten zu stark angezogene Angabe-bei bearbeiteten Teilen. Ra 0,8 µm ist mit einem kontrollierten Schlichtfräsdurchgang erreichbar und eignet sich für die meisten Passflächen, Dichtungsnuten und allgemeine technische Oberflächen. Durch die Angabe von Ra 0,4 µm wird ein spezieller Schlichtdurchgang mit reduziertem Vorschub hinzugefügt. Die Angabe eines Ra-Werts von 0,2 µm oder besser erfordert zusätzlich zum Fräsen entweder ein Läppen oder einen Präzisionsschleifvorgang -, ein separater Prozess mit unterschiedlichen Auswirkungen auf Kosten und Durchlaufzeit.

Der Ra-Wert eines Fräsvorgangs ist richtungsabhängig: Die Oberfläche ist senkrecht zur Vorschubrichtung glatter als parallel dazu, da die Vorschubmarkierungen entlang der Vorschubrichtung ausgerichtet sind. Wenn Ihr Teil eine Dichtfläche hat, die eine Dichtung berührt, liegt der relevante Ra quer zur Vorschubrichtung und nicht entlang dieser. Damit die von CMM-gemeldeten Ra-Werte aussagekräftig sind, muss die Messrichtung mit der funktionalen Kontaktrichtung - übereinstimmen, die in der Zeichnung angegeben oder mit der Werkstatt bestätigt werden sollte.

Ein Detail, das sich auf die Ra-Werte auf Aluminium auswirkt: der Nasenradius des Schneideinsatzes oder die Endgeometrie des Schaftfräsers. Ein größerer Eckenradius am Schlichtwerkzeug erzeugt eine glattere Oberfläche bei gleicher Vorschubgeschwindigkeit, da die Wellenhöhe - der zwischen benachbarten Durchgängen verbleibenden Spitzen - geringer ist. Bei einem Kugelkopffräser zum Schlichten einer konturierten Oberfläche ist Ra direkt proportional zum Quadrat der Stufe geteilt durch den Kugelradius. Durch die Halbierung der Stufe-über wird die Bogenhöhe um das Vierfache reduziert. Aus diesem Grund dauert die konturierte Oberflächenbearbeitung von Aluminiumgehäusen bei gleicher Ra-Spezifikation oft länger als die Bearbeitung flacher Flächen.

MIDs Fräsfähigkeit und DFM-Prozess

UnserCNC-FräsenProgramme laufen auf 3--Achsen- und 5--Achsen-Bearbeitungszentren, wobei die Werkzeugwegstrategien je nach Feature-Typ ausgewählt werden – Trochoiden für tiefe, schmale Schlitze, Eintauchschruppen für großvolumige Hohlräume, simultanes 5-Achsen-Fräsen für zusammengesetzte konturierte Oberflächen. Wir wenden nicht auf alle Aufträge eine einzige Werkzeugwegvorlage an; Die Strategie wird pro STEP-Datei und pro Operation geschrieben.

FürCNC-FräsenBei Materialien außerhalb von Aluminium - Titan, Edelstahl, Inconel, PEEK - umfasst der Prozessplan Werkzeugwechselintervalle, -Messpunkte im Prozess und Anforderungen an die thermische Stabilisierung vor der Endbearbeitung. FürPräzisionsfrästeileBei Toleranzen kleiner als ±0,01 mm wird der Prüfplan erstellt, bevor das erste Stück geschnitten wird, nicht danach.

Senden Sie Ihre STEP-Datei an unsere Verfahrenstechnik-Teamfür eine schriftliche DFM-Rezension. Wir kennzeichnen Geometriekonflikte, Probleme beim Werkzeugzugriff und Toleranzrisiken, bevor das Programm angeboten wird. - wird innerhalb von 24 Stunden zurückgegeben, ohne dass eine Verpflichtung erforderlich ist. Für Teile, die sich bereits andernorts in der Produktion befinden und zu Nichtkonformitäten führen, können wir den bestehenden Prozessplan überprüfen und die Grundursache ermitteln. Beginnen Sie bei bishenprecision.com.

FAQ

Welchen Eckenradius sollte ich bei einer tief gefrästen Tasche angeben, um kleine -Werkzeugoperationen und längere Zykluszeiten zu vermeiden?

Geben Sie für eine Taschentiefe D einen minimalen Inneneckenradius von D/4 - an und gehen Sie, wenn das Design dies zulässt, zu D/3. Bei einer 15 mm-tiefen Tasche mindestens R3,75; R5 ist besser. Der Eckenradius entspricht dem Radius des kleinsten Werkzeugs, das ihn bearbeiten kann. Kleinere Werkzeuge laufen langsamer, biegen sich stärker durch und brechen häufiger, insbesondere bei Materialien mit erheblichen Schnittkräften. Eine R2-Ecke an einer 15-mm-Tasche erzwingt einen 4-mm-Schaftfräser mit reduzierten Parametern - fügt allein für diese Ecken 25–40 % zur Zykluszeit hinzu. Wenn die Eckengeometrie keine funktionellen Einschränkungen aufweist, verursacht die Erhöhung des Radius auf R5 keinerlei Kosten für die Zeichnung und beseitigt das Problem mit kleinen Werkzeugen vollständig.

Können Sie ±0,005 mm auf einer 150 mm dicken Aluminiumfläche ohne Schleifvorgang halten?

Bei einer Ebenheitserklärung, ja - mit einem Finish-Fly-Schnittdurchgang und thermischer Stabilisierung vor der Messung. Bei einer Parallelitätserklärung zwischen zwei Flächen ja -, wenn beide Flächen in der gleichen Aufspannung vom gleichen Bezugspunkt aus bearbeitet werden, sodass die Parallelität durch die Achsgeometrie der Maschine und nicht durch eine erneute -Befestigung hergestellt wird. Bei einer Dickenangabe von ±0,005 mm über 150 mm hängt die Antwort von der Ebenheit des Rohteils vor der Bearbeitung und dem thermischen Zustand bei der Messung ab. Aluminium dehnt sich um 23 µm pro 100 mm pro Grad aus - Ein 150 mm großes Teil, das 2 Grad über der Referenztemperatur gemessen wird, ist 0,007 mm dicker als es tatsächlich ist. Die Bearbeitung ist möglich; Unter den Messbedingungen ist es schwierig, ±0,005 mm konsistent zu überprüfen.

Wann sollte ich bei einem komplexen Teil vom 3-Achsen- auf das 5-Achsen-Fräsen umsteigen?

Wenn der Funktionssatz mehr als zwei Aufspannungen auf einer 3{1}Achsenmaschine erfordert und diese Aufspannungen eine Neufixierung von einer fertigen oder halbfertigen Bezugsfläche erfordern. Jede Re-Vorrichtung führt zu einem Bezugs-Übertragungsfehler -, typischerweise 0,005–0,015 mm, abhängig vom Vorrichtungsdesign und der Wiederholbarkeit. Bei einem Teil mit einer Positionstoleranz von ±0,01 mm zwischen Merkmalen auf unterschiedlichen Flächen häufen sich bei drei erneuten Vorrichtungen so viele Fehler an, dass das Toleranzbudget gefährdet wird, bevor die Spindel startet. Die Simultanbearbeitung mit fünf-Achsen eliminiert die erneuten-Vorrichtungen, da zusammengesetzte-Winkelmerkmale in einer einzigen Aufspannung erreicht werden. Der Kostenaufschlag für 5-Achsen – typischerweise 25–40 % höherer Stundensatz als für 3-Achsen – wird häufig durch Rüstzeit und weniger Ausschuss bei Teilen ausgeglichen, bei denen die Geometrie ansonsten vier oder mehr 3-Achsen-Rüstungen erfordern würde.

Was ist der richtige Ansatz, wenn eine gefräste Oberfläche auf einem dünnwandigen Aluminiumteil Rattermarken aufweist?

Schließen Sie zunächst die Spannvorrichtung aus: Überprüfen Sie, ob das Rattern nur an Merkmalen neben den Klemmstellen auftritt, was darauf hindeutet, dass die Klemme die Resonanz des Teils und nicht des Werkzeugs anregt. Wenn das Rattern über die gesamte Oberfläche gleichmäßig ist, liegt das Problem an der Dynamik des Werkzeugs-des Werkstücks. Versuchen Sie, die Spindelgeschwindigkeit um ±10–15 % zu ändern, bevor Sie die Vorschubgeschwindigkeit ändern. - Die Spindel auf eine Geschwindigkeit zu bringen, die die Resonanzfrequenz der Wand vermeidet, ist oft schneller als eine Reduzierung des Vorschubs. Wenn das Rattern weiterhin besteht, erhöhen Sie die Anzahl der Nuten am Schlichtwerkzeug (4-Nuten anstelle von 2-Nuten bei Aluminium für diese Anwendung), um die Dämpfung in der Schneidzone zu erhöhen. Wenn nichts davon funktioniert, benötigt die Wand eine zusätzliche Befestigung – entweder eine Unterlage oder einen Ansatz mit gefülltem Hohlraum, bei dem die Tasche vor dem Dünnwand-Finishing-Durchgang mit Wachs gefüllt wird.