Оптимизация обработки на станках с ЧПУ:проектирование процессов и приспособлений для тонкостенных деталей

Разработка процессов и приспособлений для обработки тонкостенных деталей на станках с ЧПУ требует тщательного планирования, чтобы предотвратить деформацию, сохранить точность и обеспечить эффективность. Эти компоненты широко используются в аэрокосмической, автомобильной и электронной промышленности. Однако их низкая жесткость и тонкие стенки делают их склонными к деформации, сколам поверхности и появлению вибрационных следов.

Если конструкция процесса или приспособления неадекватна, непрерывное и стабильное серийное производство не может быть достигнуто, даже если нагрузки резания уменьшаются, а время обработки увеличивается. В этой статье представлены решения по процессам и приспособлениям для реального примера обработки тонкостенных изделий, а также даны практические идеи.

Проблемы при обработке тонкостенных деталей

Тонкостенные сборки, такие как корпуса дронов и электронные корпуса, обычно имеют толщину стенок менее 2 мм. Они уменьшают вес и улучшают терморегулирование готовой продукции. Однако отсутствие у них структурной жесткости при обработке на станках с ЧПУ часто приводит к нестабильности размеров сборки, плохому качеству поверхности, а также к местной или общей деформации.

Деформация после обработки

Тонкостенные детали могут согнуться под давлением инструмента или усилием зажима. Даже небольшие силы резания могут деформировать неподдерживаемые участки, вызывая изгиб стенок и отклонение инструмента во время обработки. Риск особенно высок при обработке элементов вблизи тонких кромок или полых полостей.

Следы вибрации на поверхности

Из-за своей малой массы и жесткости тонкостенные детали легко вибрируют во время высокоскоростной обработки. Это может привести к появлению следов на поверхности, ускоренному износу инструмента и снижению точности размеров.

Практический пример:корпус электронной сигареты из алюминиевого сплава

Здесь мы рассмотрим обработку корпуса электронной сигареты из алюминиевого сплава и расскажем, как тонкие стенки и жесткие допуски влияют на производство.

Характеристики продукта

• Материал:AL6063-T6
• Размеры:92,8 × 40,8 × 22,8 мм.
• Толщина стенки:0,9–1,5 мм.
• Объемы производства:1000 шт.

Требования к обработке

• Зазор при сборке составляет ≤0,1 мм между передней и задней темно-синими поверхностями и другими компонентами.
• Т-образные пазы для защелкивания на внутренних стенках должны выдержать испытание на падение с высоты 3 метра без отсоединения после сборки.
• Поверхность требует пескоструйной обработки зернистостью 200 с последующим анодированием, при этом на видимых участках не должно быть следов от инструментов или следов вибрации.

Проблемы с обработкой

• Участок стены толщиной 0,9–1,2 мм является местом сборки других конструктивных элементов. Поэтому при деформации сложно выдержать необходимый монтажный зазор в 0,1 мм.
• Периферийная область представляет собой видимую поверхность класса А, которая не должна иметь дефектов, но общей полой конструкции недостает жесткости, особенно в центральной части, где весьма вероятны отклонения режущего инструмента и проблемы с вибрацией.
• Слабая жесткость стенки также влияет на размерную стабильность защелкивания, что может ухудшить результаты испытаний на падение.

Проблемы традиционного решения для обработки

В заготовке используется профильный материал с равным припуском на обработку, добавляемым к поверхностям стенок, которые необходимо обработать. Поворотный стол с 3+2 осями сначала используется для обработки передней и окружающих конструкций. После того как деталь отрезана, на 3-осном ЧПУ обрабатывается обратная структура.

Преимуществом этого решения является его «короткий» процесс, поскольку он требует всего два шага. Однако его недостатки и ограничения также очевидны:

Ограничения подхода

• Хотя пятиосевой поворотный стол 3+2 обеспечивает возможность обработки нескольких поверхностей, он может обрабатывать только одно изделие за раз.
• В большинстве обрабатывающих цехов количество 5-осевых станков намного меньше, чем 3-осевых. Поэтому ограниченное наличие 5-осевых станков для серийных операций затрудняет увеличение производственных мощностей.
• Кроме того, при таком подходе по-прежнему возникают все проблемы обработки тонкостенных деталей, упомянутые ранее. Без качества невозможно гарантировать возможность доставки.

Оптимизированное решение для обработки

1. Оптимизированная последовательность обработки

Последовательность обработки регулируется следующим образом:

• ЧПУ1 (3-осевой для передней конструкции)
• ЧПУ2 (4 оси для боковой конструкции)
• ЧПУ3 (3-осевой для обратной структуры)

2. Усиление пробела

Внутри полой полости заготовки добавлены три ребра жесткости, образующие мостовую структуру соединения, обеспечивающую надежную поддержку во время внешней обработки.

3. Предварительно просверленное отверстие для крепления

Чтобы обеспечить положение натяжения тяги для крепления цилиндра, в центре заготовки предварительно просверливается отверстие в форме тыквы, что также повышает уровень автоматизации операций по подъему приспособления.

4. Безопасное разделение деталей

После того, как CNC3 завершит обработку обратной стороны, отмеченная красным поверхность приспособления обеспечивает позиционирование и внутренние точки опоры, распределенные по окружности.

Когда заготовку необходимо отделить от заготовки, работают два цилиндра:один удерживает зону лома, а другой поддерживает готовую деталь. Это гарантирует, что готовая деталь не сдвинется с места и инструмент не будет поврежден ломом во время разделения.

5. Повышение эффективности производства

Операции обработки, первоначально выполняемые на пятиосном станке 3+2, теперь разделены между ЧПУ1 (трехосный) и ЧПУ2 (четырехосный). Это значительно улучшает возможности доставки мелкими партиями:ежедневная производительность достигает 300 % от предыдущего уровня.

Тонкостенные детали конструкций сложны в обработке из-за их низкой жесткости и чувствительности к вибрации. Поскольку геометрия разнообразна, каждая деталь часто требует индивидуального подхода.

В этой статье, объединяющей оптимизацию профиля, планирование процесса и проектирование приспособлений, представлено практическое решение, которое обеспечивает как качество обработки, так и надежную поставку небольших партий.

WayKen предлагает услуги обработки на станках с ЧПУ металлических и пластиковых компонентов, включая тонкостенные конструкции. Благодаря современному оборудованию, оптимизированным процессам и строгому контролю качества наша команда обеспечивает точность и последовательность, помогая клиентам плавно переходить от прототипирования к мелкосерийному производству с надежными результатами.