Резка острых внутренних углов 90° без электроэрозионной обработки:использование ориентации шпинделя

Почему обработка внутренних прямых углов настолько сложна?

При фрезеровании на станках с ЧПУ добиться острых внутренних углов не просто сложно, это часто физически невозможно с помощью стандартных инструментов.

Основная проблема

При фрезеровании с ЧПУ используются вращающиеся инструменты, которые не могут идеально обрезать внутренние углы под углом 90°. Радиус инструмента оставляет изогнутый внутренний угол, известный как «остаточный R». Эта форма не соответствует требованиям прямоугольных квадратных прорезей.

Традиционные решения

• Электроэрозионная обработка (EDM):точная, но медленная и дорогая.
• Прорезание пазов/пазов:требуется специальное оборудование.
• Ручная обработка:возможны непоследовательности и неточности.

Преимущества ориентации шпинделя

Ориентация шпинделя позволяет расположить шпиндель под определенным углом, обычно с точностью до 0,2°, используя обратную связь от энкодера двигателя. Используя специальные прямоугольные фрезы, можно обрабатывать прямоугольные пазы без дополнительной настройки или вторичных операций. Инструмент автоматически извлекается из магазина, что обеспечивает непрерывную и повторяемую обработку.

Конкретные преимущества

• Прецизионная обработка пазов :специальные инструменты вырезают внутренние прорези под контролируемыми углами.
• Обработка за один установ: Нет необходимости повторно зажимать заготовку. Выравнивание упрощается.
• Экономично :исключает EDM или сторонние процессы, особенно при работе с небольшими партиями.

Ключевым моментом является интеграция этой функциональности посредством интеллектуального программирования, индивидуального проектирования инструментов и разработки систем ЧПУ. Это можно сделать без серьезной модернизации оборудования.

Пример использования:цилиндрическая алюминиевая деталь с прямоугольными пазами

Эти алюминиевые детали использовались в коммуникационном оборудовании военного уровня. Материалом был алюминий 6061-T6. Каждая часть имела по 20 глубоких, узких внутренних прямоугольных прорезей. Острые внутренние углы имели решающее значение для скольжения направляющих печатной платы. (Чертежи упрощены.)

Основные параметры

• Глубина слота:13,5 мм.
• Ширина прорези:4,0 мм.
• Требования к внутреннему радиусу угла:R ≤ 0,2 мм.
• Допуск на ширину прорези:±0,05 мм

Как добиться острых углов без EDM?

Электроэрозионная обработка — не единственный способ создать внутренний прямой угол, если у вас есть подходящие инструменты и методы. Вот как это работает:

1. Анализ проекта и оценка требований

Предварительная проверка показала, что стандартные концевые фрезы оставляют радиус около 2 мм, что значительно превышает допустимый предел. Варианты оказались такими:

• ЭДМ
• Вторичная автоматизация с использованием специальных машин (невозможно из-за небольшого объема и сжатых сроков)

Вместо этого команда инженеров выбрала собственный метод прорези. Они использовали произвольную ориентацию шпинделя и специально разработанные микродолбежные инструменты.

2. Настройка машины

• Модель машины :VH-85 с системой управления FANUC Oi-MF
• Инструменты :Специальные долбежные инструменты из легированной инструментальной стали толщиной 4,0 мм, предназначенные для врезной резки.
• Регулировка угла шпинделя :Достигается путем настройки системы ЧПУ с использованием кодов M88/M89 и параметров лестничной диаграммы.

3. Стратегия траектории инструмента:5 шагов для обработки пазов под острым углом

Чтобы добиться обработки под острым углом без использования электроэрозионной обработки, команда инженеров разработала четкую и эффективную пятиэтапную стратегию обработки. Основное внимание уделяется логическому расположению последовательности инструментов и использованию управления углом шпинделя для повышения точности обработки. Ниже приведена упрощенная версия этого процесса:

Шаг 1. Черновая обработка общего контура

Концевая фреза диаметром 10 мм используется для первичной резки внутренней полости. Цель этого шага – быстро снять основную часть материала и подготовиться к последующей отделке.

Шаг 2. Завершите обработку внутреннего контура и поверхностей

Затем используется концевая фреза диаметром 8 мм для уточнения внутреннего контура и качества поверхности. Внешний контур остается связанным с заготовкой, обеспечивая структурную поддержку для следующего процесса фрезерования пазов.

Шаг 3. Черновая обработка прямоугольного паза

Концевая фреза диаметром 3 мм используется для черновой обработки прямого паза шириной 4 мм, что позволяет уменьшить объем материала и нагрузку при резке для последующей операции прорезания пазов под прямым углом.

Шаг 4. Врезное фрезерование с ориентацией шпинделя

С помощью специальной команды (M98S…) шпиндель точно ориентируется на положение первого паза (в данном случае M98S0). Вызывается подпрограмма для врезного фрезерования и обработки первого горизонтального паза. Этот вход в стиле погружения чем-то похож на «бритье» и больше подходит для создания чистых, острых углов под прямым углом. После завершения одного паза шпиндель поворачивается на 18° и продолжает вращаться до тех пор, пока не будут выполнены все пазы.

Шаг 5. Отделение готовой детали от заготовки

Наружный профиль разрезается для отделения готовой детали от заготовки с последующей доводкой и снятием фаски внешней кромки. Это означает окончание процесса обработки.

Практические советы:как обеспечить точность при каждом разрезе?

Станки с ЧПУ обычно оснащены командой ориентации шпинделя «M19», которая фиксирует шпиндель под фиксированным углом. Однако этот угол постоянен и неизменен. Модифицируя систему управления ЧПУ, становится возможным добиться ориентации шпинделя под любым желаемым углом, что значительно повышает гибкость. Именно сочетание следующих советов позволило команде успешно выполнить задачу:

Тестовые версии для тонкой настройки

Перед фактической обработкой на металлоломе были сделаны пробные разрезы. Зонд измерял угол после каждого разреза. Результаты отображались на дисплее машины и использовались для корректировки данных угла в основной программе в режиме реального времени.

Зафиксировать угол

После выравнивания инструмента и установки угла он остается неизменным для всей партии. Это позволяет избежать повторной калибровки при смене инструментов или деталей.

Настройка позиционирования шпинделя FANUC Oi-MF

После настройки шпиндель можно расположить под любым углом с помощью M88S… в программе. Используйте M89, чтобы выйти из режима.

• Установите для K0013.2 значение «1» в разделе «СИСТЕМА»> «Обслуживание PMC».
• Установите параметр #3729 S1 на «1».
• Определите коды пользователей:«M88» для включения, «M89» для отключения

Традиционный EDM против. Позиционирование шпинделя

ИнформацияТрадиционный метод электроэрозионной обработкиМетод позиционирования шпинделя Время изготовления одной детали153 минуты28 минутУгловой радиус<0,15 мм<0,2 мм Шероховатость поверхностиRa 1,6–2,0Ra 1,2–1,6СтоимостьВысокая (электроды)Низкая (нестандартные инструменты)Технологический потокАутсорсинг, несколько установокОдна установка, все в одном

Из таблицы выше видно, что минимальный радиус (R) прямого угла очень близок к значениям, достигаемым при электроэрозионной обработке. Этот R специально создан для предотвращения скалывания инструмента во время резки в стиле «бритья», когда инструмент не вращается. На кромке инструмента имеется небольшой радиус для повышения ударопрочности.

При обработке мягких неметаллических материалов, таких как пластмассы, этот R не требуется, и можно достичь теоретического правого угла R=0. В большинстве случаев для прямых углов приемлемым считается радиус R 0,2 мм или меньше. Учитывая все факторы, технология ориентации шпинделя обеспечивает явное преимущество в экономической эффективности.

Резюме практического опыта

• Обеспечить выравнивание инструмента и заготовки :Обработка под острым углом чрезвычайно чувствительна к ориентации инструмента — даже отклонение на 0,5° может повлиять на производительность резания.
• Выберите зажимную систему высокой жесткости :Использование держателя инструмента с термозажимом обеспечивает значительно более высокую жесткость по сравнению с традиционными цангами ER, что делает его особенно подходящим для узких и глубоких полостей.
• Не удаляйте инструмент в процессе работы :Если инструмент извлечен из магазина, угол необходимо сбросить. Лучше всего закончить всю партию без замены инструмента.