Hassas CNC İşlemeİnce Şaftlar: Sapmayı Nasıl Kontrol Ediyoruz (Çıldırmadan)
Dürüst olalım. Üretim alanımızdaki herhangi bir makinistten en çok hangi parçanın çalıştırılmasından nefret ettiğini sorarsanız, karmaşık bir 5-eksenli havacılık çarkı söylemezler. Muhtemelen basit görünümlü ince bir şafta işaret edeceklerdir.
Daha geçen ay bir müşteri, bir parçanın gerçek bir korku gösterisini getirdi. 316L paslanmaz çelik mil kullandık. İşlenmiş bir parçadan çok spagettiye benziyordu. Uzunluk-/Çap (L/D) oranı 35:1'i zorluyordu.
L/D oranınız 10 veya 12'yi geçtiğinde, sertlik eksikliği metalin ıslak erişte gibi davrandığı anlamına gelir. Tedarikçiniz doğru becerilere sahip değilse konik parçalar, kaba yüzeyler ve işleme sonrasında bükülen parçalar elde edebilirsiniz. Alıcıların bize gelip yardım istediğini gördük. Son düşük-maliyetli tedarikçileri muza benzeyen 2.000 şaft gönderdi.
İşte atölyede bizim için neyin işe yaradığına net bir bakış. İnce parçaları işlerken sapmayı, titreşimi ve termal genleşmeyi azaltmaya yardımcı olur. Ders kitabı teorileri yok-yalnızca gerçek mağaza-tamirleri.
İnce Şaftlar Neden Bu Kadar Sık Arızalanıyor? Baş Ağrısının Arkasındaki Fizik?
Her şey fiziğe bağlı. Karbür kesici takımı uzun, desteksiz bir metal parça üzerinde sürüklediğinizde aynı anda üç büyük zorlukla karşılaşırsınız.
1. Radyal Sapma ("Yay" Etkisi)
Tornalama sırasında kesici takım, iş parçası uzunluğu boyunca hareket eden eksenel kuvvet oluşturur. Aynı zamanda parçanın yan tarafına baskı yapan radyal kuvvet de yaratır. Şaft ince ve uzun olduğundan, bu radyal basınca dayanacak kiriş sertliğinden yoksundur. Kelimenin tam anlamıyla aletten uzağa doğru bükülüyor.
Sonuç? Alet, şaftın ortasında, uçlarına göre daha az malzeme keser. Ortası kalın, uçları ince-bir fıçı veya "tambur" şekli elde edersiniz. Eğer doğru şekilde desteklemezseniz fizik her zaman kazanır.
2. O Çığlık Eden Gevezelik (Harmonik Titreşim)
Eğer bir makine atölyesinde biraz zaman geçirdiyseniz sesi bilirsiniz. aletinizin malzemeyi dilimlemek yerine sektiği anlamına gelen yüksek-tiz bir ses.
Zayıf sertlik, yüksek-frekanslı harmonik titreşime yol açar. Bu gevezelik yüzey kaplamanızı bozar ve çirkin kaplan-çizgi izleri bırakır. Ayrıca pahalı karbür uçlarınızı dakikalar içinde talaşlayabilir.
3. Termal Genleşme (Sessiz Katil)
Metaller ısındıkça büyür. Uzun bir şaftın kesilmesi büyük miktarda sürtünme ve ısı üretir.
Örneğin, 500 mm uzunluğundaki bir alüminyum, yalnızca dokunulduğunda ısınarak kolayca bir inçin birkaç binde biri kadar büyüyebilir. Eğer sert bir ayna ve sert bir punta bu şaftı sıkı bir şekilde kilitlerse, fazladan uzunluğun gidecek hiçbir yeri kalmaz. Dışarıya doğru bükülmeli ve eğilmelidir.
Nihai Çözüm: İsviçre-Tipi CNC İşleme
Çapı 32 mm'nin (yaklaşık 1,25 inç) altında olan ince bir mil kullanırsak L/D oranı yüksek olabilir. Bu durumda standart CNC torna tezgahlarını kullanmıyoruz. İşi doğrudan İsviçre-Tipi CNC makinelerimize (Vatandaşlarımız veya Tsugamilerimiz gibi) taşıyoruz.
Sana karşı dürüst olacağım:İsviçre işleme, ince şaftlar için nihai hile kodudur.
Neden? Her şey Kılavuz Burçla ilgili.
İş parçasının aynadan uzandığı geleneksel torna tezgahının aksine, İsviçre tezgahı ters yönde çalışır. Son derece hassas bir kılavuz burç, ham çubuk stoğunu besler. Kesici takım, burcun hemen yanında,-genellikle yalnızca bir veya iki milimetre uzaklıkta sabit durur. Malzeme dışarı doğru kayar ve araç ortaya çıktıkça onu dilimler.
Takım desteğin hemen yanında kestiği için,kesim noktasındaki L/D oranı sıfıra yakındır. Sapma tamamen ortadan kalkar. Chatter öldü.
İsviçre-tipi işlemeyle, ±0,005 mm (0,0002 inç) kadar dar çap toleranslarını ve Ra 0,4 kaplamaları koruyoruz.
Bunu diğer birçok mağazanın teklif vermeyi reddettiği parçalar üzerinde yapıyoruz. Ayrıca, tek bir kurulumda düz yüzeyler frezeleyebilir, çapraz-delikler açabilir ve vida dişleri açabiliriz; bu da hataların büyük ölçüde üstesinden gelir.
Geleneksel Torna İpuçları (İş Parçası bir İsviçre için Çok Büyük Olduğunda)
İsviçre makineleri inanılmazdır ancak belirli çaplarda maksimuma ulaşırlar. Bir müşteri bize 50 mm çapında ve 800 mm uzunluğunda özel bir pompa mili gönderirse, bu bir İsviçre torna tezgahına sığmayacaktır. Geleneksel yöntemlere güvenmek zorundayızCNC tornalamamerkezler.
Büyük ve ince gövdelerin muza dönüşmesini şu şekilde önleyebiliriz:
1. Sabit Dinlenmeler ve Takipçi Dinlenmeleri
Kesimin ortasını desteklemeniz gerekir.
· Operatör bir sorunu giderirSürekli Dinlenmemakine yatağına. Alet başka bir yeri keserken, şaft üzerinde belirli bir noktayı tutar. Uzun bir şaftın ucunu delmek için idealdir ancak uzun dönüş geçişleri için mükemmel değildir.
· A Takipçi Dinlenme AlanıCıvataları doğrudan alet taşıyıcısına doğru takın. Kesici takımla birlikte hareket ederek, kesme kuvvetlerinin tam tersi yönde sürekli olarak şaftı destekler. Bu etkilidir, ancak takipçi destek silindirlerini yeni kesilmiş yüzeyi çizmeyecek şekilde ayarlamak uzman bir makinist gerektirir.
2. Ters Beslemeli Tornalama (Gerilim Hilesi)
Genellikle kesmeye punta ucundan başlarsınız ve takımı aynaya doğru beslersiniz. Bu, ince şaftı sıkıştırma altına alır. Kötü fikir.
Bunun yerine, makineyi aynanın yanından başlayacak ve puntaya doğru geriye doğru kesecek şekilde programlıyoruz. Bu, şaftı çekme gerilimine maruz bırakır. Bunu bir gitar telini sıkı çekmek gibi düşünün-doğal olarak tamamen düz kalmak ister.
3. Çift-Taret Sıkıştırma Tornalama
İşi çift-taretli bir CNC torna tezgahında yürütüyorsak Pinch Tornalamayı kullanırız. Bir üst takımı ve bir alt takımı aynı anda karşılıklı kesim yapacak şekilde programlıyoruz.
Bir takım kaba işleme pasosunu alır, diğeri ise son paso için hafifçe takip eder. Radyal itme kuvvetleri birbirini tamamen iptal eder. Şaft birinin onu ittiğini bile bilmiyor.
4. Yay-Yüklü Hareketli Merkezler ve Punta Basıncı
Daha önce bahsettiğim termal genleşmeyle mücadele etmek için asla ölü bir katı merkez kullanmayız. Puntada iç yaylı hareketli merkezler kullanıyoruz.
Ağır bir kaba işleme geçişi sırasında şaft ısınıp büyüdükçe yay ekstra uzunluğu kaplar. Tutma basıncını sabit tutarak parçanın burkulmasını engeller.
Ayrıca hidrolik punta basıncının düşürülmesi de çok önemlidir. 10 mm'lik bir şafta çok fazla baskı yapılması onu eğecektir. Bu, alet ona dokunmadan önce gerçekleşebilir.
Takım Geometrisinin Sırları: Aslında Hangi Uçları Satın Alırız
Dünyanın en iyi makinesine sahip olabilirsiniz ancak ince bir mile yanlış karbür kesici uçla vurursanız kötü zamanlar geçirirsiniz. Bu işler için alet yatağımız şöyle görünüyor:
· Küçük Uç Yarıçapı: Standart kesici uçların genellikle 0,8 mm veya 0,4 mm köşe yarıçapı vardır. İnce şaftlar için bunu 0,2 mm'ye (0,008"), hatta 0,1 mm'ye düşürüyoruz. Daha büyük bir yarıçap, kar temizleme aracı gibi davranarak parçayı uzağa iten büyük bir radyal basınç oluşturur. Keskin, küçük bir yarıçap, bir neşter gibi davranarak kesme kuvvetlerini azaltır.
·Yüksek Pozitif Talaş Açıları: Ağır, negatif-talaşlı kaba işleme uçlarından vazgeçtik. Malzemeyi temiz bir şekilde kesmek için bazen çelik üzerinde bile yüksek-pozitif, keskin-keskin alüminyum-kesici uçlar kullanırız. Yırtılmaların önlenmesine yardımcı olur.
· Silici Uçlar (The Finish Hack): Normalde küçük bir köşe radyüsü kötü bir sonuç verir.yüzey kalitesi. İlerleme hızını taramaya kadar yavaşlatmadığınız sürece.
Bunu düzeltmek için "Silecek" uçlarını kullanıyoruz. Besleme izlerini düzelten, mala gibi davranan ikincil bir düz kenara sahiptirler. Bu, düşük basınç için küçük bir yarıçapta koşmamıza ve aynı zamanda uygun hızlarda parlak bir yüzey elde etmemize olanak tanır.
İnce Şaftlar İçin Malzeme Seçim Kılavuzu
Her metali uzattığınızda ve kesmeye çalıştığınızda farklı davranır. Bir malzemeyi seçen bir mühendisseniz, önce şunu okuyun:
· 304/316 Paslanmaz Çelik:Doğru yönetilmezse bir kabus. İşe yarar-hızla sertleşir. Aletiniz kesmek yerine sürtünüyorsa yüzey cam-sertleşir ve parça hemen eğilir. Son derece keskin aletlere ve taşma soğutucusuna ihtiyaç duyar.
· 17-4 PH Paslanmaz Çelik:Aslında uzun şaftlar için 300 serisinden çok daha iyi. Tavlanmış haliyle güzelce işlenir ve şaşırtıcı derecede düz kalır.
· Titanyum (Sınıf 5):Yapışkandır ve ısıyı iyi iletmez. Isı kesme bölgesinde kalır, bu da aletin yanması ve şaftın itilmesi anlamına gelir. Son derece düşük kesme hızları ve tam kesme kenarında yüksek-basınçlı kesme sıvısı püskürtme gerektirir.
· Soğuk-Haddelenmiş Çelik (örneğin, 1018 CR):En yaygın tuzak. Soğuk haddeleme, çubuğun dış yüzeyini muazzam bir iç gerilimle paketler. Dış kaplamayı işlediğimizde, gerilim eşit olmayan bir şekilde serbest kalır ve şaft, makineden ayrılır ayrılmaz eğilir. Uzun şaftlar için daima Sıcak-Haddelenmiş veya Gerilimi Azaltılmış-Haddelenmiş stoğu belirtin!
Mühendislere Sorabileceğiniz Hızlı Bir DFM İyiliği
Bunu okuyan tasarım mühendislerine: Bileşenlerinizi yapmaktan keyif alıyoruz. Uzun, ince bir şaft belirtirseniz, bu basit Üretilebilirlik için Tasarım (DFM) ipuçlarını aklınızda bulundurun. Parçayı sizin için işlememizi önemli ölçüde daha ucuz ve daha hızlı hale getirecekler.
1.Ortayı Gevşetin:Ayna ve merkez, şaftınızın uçlarını sağlam bir şekilde tutar. Sıkı toleransları korumak kolaydır.
Orta kısmı parçanın eğilmek istediği yerdir. Orta bölüm bir yatağa, kasnağa veya contaya oturmuyorsa lütfen burada daha gevşek bir tolerans kullanın. Örneğin ±0,01 mm yerine ±0,1 mm kullanın. Bu bizi saatlerce makineyle uğraşmaktan kurtarır, bu da sizin paradan tasarruf etmenizi sağlar.
2.Keyways'i izleyin:Uzun bir şaft boyunca derin, uzun bir kama yuvasının frezelenmesi iç gerilimi serbest bırakır. Ulaştığında hemen eğilebilirfreze merkezi. Uzun bir kama yatağına ihtiyacınız varsa, gerilim azaltmayı dengelemek için her iki tarafta birer tane olmak üzere iki simetrik kama yatağı tasarlayın.
Veya ekstra düzleştirme ve stresi azaltan-ısıl işlemler için ödeme yapmayı planlayın.
3.Ölü Merkezdeki Konulardan Kaçının:Tek-noktadan diş açma, parçanın üzerine çok fazla yan baskı uygular. Dişli kısımları, sertliğin en yüksek olduğu şaftın uçlarına yakın tutmaya çalışın.
Gerçek-Dünyadan Örnek Olay İncelemesi: Bir Tıbbi Cihazı Kaydetme Projesi
Bütün bu teoriyi gerçeğe dönüştürelim.
· Bölüm:Endoskopik alet şaftı.
· Malzeme:316L Paslanmaz Çelik.
· Özellikler: 4 mm çap, 150 mm uzunluk (37,5:1 L/D Oranı!).
· Sorun:Müşterinin önceki tedarikçisi parçaların neredeyse %40'ını hurdaya çıkarıyordu. 0,02 mm'lik katı düzlük şartını karşılayamadılar. Çatlak izleri, parçaların biyolojik temizleme doğrulamalarında başarısız olmasına neden oldu.
· Düzeltmemiz:Bu işi hemen 5 eksenli Citizen Swiss torna tezgahımıza bıraktık. Son kesim sırasında uçta oluşan hafif harmonik titreşimi durdurmak için 2.000 PSI soğutma sıvısı hatlarımızı ayarladık.
Onları tam kesme bölgesine hedefledik. Bu, termal büyümeyi azalttı. Ayrıca özel bir-zemin yüksek-pozitif eğimli silici kesici uçla değiştirdik.
· Sonuç:Bir hafta sonra 2.000 parçalık bir parti gönderdik. Optik CMM'mizden gelen denetim raporları sıfır koniklik gösterdi. Müşterinin montaj hattında %100 getiri oranı vardı.
Çözüm
Yıllarca Dazao'daki atölyede çalıştıktan sonra sana tek bir şey söyleyebilirim. Fiziğe saygı duymuyorsanız uzun, ince bir şaftı işlemek sizi hızlı bir şekilde alçakgönüllü hale getirecektir.
Bir parça ham soğuk-haddelenmiş çeliği standart bir torna tezgahına atıp, yeşil düğmeye basıp düzgün çıkması için dua edemezsiniz. Kesinlikle işe yaramıyor. Fizik bu mücadeleyi her zaman kazanacaktır.
Dazao'da aslında itibarımızın büyük bir kısmını tam da bu kabus gibi işleri halletmemize borçluyuz. Bunu her küçük değişkeni agresif bir şekilde yöneterek yapıyoruz. Mürettebatım, sapmayı ortadan kaldırmak için işinizi-en son teknolojiye sahip İsviçre makinelerimizde yürütüyor olsun, biz şansa güvenmeyiz.
İster ikiz-taret sıkıştırmalı kesim yapsak da şansa güvenmeyiz.
Veya takırdamayı durdurmak için takımları-keskin 0,1 mm yarıçaplı kesici uçla değiştiririz.
Sonuçların şansa bağlanmasına asla izin vermeyiz. Metalin nasıl hareket etmek istediğini biliyoruz ve onu hareket etmeden durduruyoruz.
Ama bakın, bu parçaları tasarlamanın ve tedarik etmenin ne kadar sinir bozucu olabileceğini biliyorum. Her hafta-bıkkın mühendisler ve alıcılarla konuşuyorum. Tedarikçileri yeni bir parti bükülmüş şaft gönderdi.
Bu nedenle, aynı spesifik, tüyler ürpertici soruların-tekrar tekrar geldiğini görüyorum. Bu yüzden, tıklamadan önce, en yaygın olarak gördüğüm ince kasık baş ağrılarının gerçek cevaplarına dalalım.
Mağaza Bölümü SSS'leri: Zor Soruları Yanıtlamak
S1: İnce şaftım, bir punta kullanmış olsam ve aynada mükemmel şekilde ölçülmüş olsa bile, makineden çıkardıktan sonra neden eğriliyor?
A1:İç stres. Bu bir katil.
Soğuk-çeliği dönüştürürseniz, çelik fabrikası gerilimleri dış katmanda yakalar. O deriyi kestiğinizde stres ortadan kalkar. Mandreni çözdüğünüz anda parça elinize doğru eğilir.
Düzeltmek:Uzun parçalar için soğuk-haddelenmiş malzemeyi kullanmayı bırakın. Sıcak-haddelenmiş, tavlanmış kullanın veya ön-stresi giderilmiş-malzemeleri satın alın.
S2: Şaftın tam ortasını döndürürken o korkunç gevezeliği nasıl durdurabilirim?
A2:Çatırtı, radyal alet basıncınızın şaftın sertliğini aştığı anlamına gelir. Öncelikle kesici uçunuzun köşe yarıçapını 0,1 mm'ye düşürün. Küçük bir yarıçap, radyal basıncı büyük ölçüde azaltır.
İkinci olarak, aletinizin tam olarak merkez yüksekliğinde (veya dış tornalama için merkezin bir saç teli üzerinde) olduğundan emin olun. Bu başarısız olursa "Bölümlü Tornalama"yı deneyin.
Şaftı kısa, tam-derinlikteki bölümlere daldırın ve kesin. Aynaya doğru ilerleyin. Tüm kısım boyunca uzun, sığ geçişler yapmayın.
S3: Sürekli dinlenmem yüzeyde kötü izler bırakıyor ve gol atıyor. Nasıl düzeltebilirim?
A3:Talaşlar muhtemelen standart metal silindirlerinizin altına sıkışıyor veya sıkma basıncı çok yüksek geliyor.
Düzeltmek:Önce pürüzsüz, biraz büyük boyutlu bir parçayı döndürmeyi deneyin. Daha sonra bu noktayı bir kat pirinç dolguyla sarın. Bundan sonra silindirleri devreye alın. Süper hassas yüzeyler için çelik silindirleri özel bronz veya Teflon (PTFE) uçlarla değiştirin.
S4: İnce şaftlar için çözüm her zaman İsviçre işleme midir?
A4:Hayır. İsviçre makineleri inanılmazdır ancak iki dezavantajları vardır: Boyut ve Kurulum süresi.
Yaklaşık 32 mm ila 38 mm arasında maksimuma çıkarlar. Ayrıca bir İsviçreli için kılavuz burcun ve takımların ayarlanması karmaşıktır ve-zaman alıcıdır.
Yalnızca üç parçadan oluşan küçük bir prototipe ihtiyacınız varsa, İsviçre makine kurulumu aşırıya kaçar. Zamana ve paraya mal olur.
Bunun yerine deneyimli bir geleneksel makinist kullanın. Sağlam bir takipçi dayanağı olan standart bir torna tezgahını çalıştırmalarını sağlayın.
S5: Sabit bir dinlenme veya İsviçre'm yoksa, programlama hileleri tek başına sapmayı düzeltebilir mi?
A5:Bir dereceye kadar evet. Daha önce bahsettiğim ters-besleme numarasının yanı sıra, G-kodunuzda SSV'yi (İş Mili Hızı Değişimi) kullanabilirsiniz. İş milini kesme sırasında yaklaşık %10-15 oranında hızlanıp yavaşlayacak şekilde programlayarak, titreşime neden olan rezonansı bozarsınız. Makine çalıştığında kulağa tuhaf geliyor ama sihir gibi çalışıyor.
S6: 3 mm'lik küçük bir şaftın ortasındaki deliği, matkap ucuyla anında bükmeden nasıl açarsınız?
A6:Merkezi bir matkabı küçücük, serbest-asılı bir tele öylece sokamazsınız. Mükemmel bir şekilde desteklemeniz gerekiyor. İsviçre makinesi kullanmıyorsanız, özel bir pirinç burç kullanmanız gerekecektir.
Ortadaki deliği tespit ederken ucu tamamen sert tutmak için mile yerleştirin. Kılavuz olmadan matkap parçayı kenara itip kıracaktır.
S7: Soğutma sıvısı uzun şaftlar için bu kadar önemli mi, yoksa sadece takım ömrü için mi?
A7:Tamamen boyutsal kararlılık açısından önemlidir. 500 mm'lik bir paslanmaz çelik parçası, dokunulduğunda ısındığında kolayca 0,1 mm büyüyecektir. Eğer onu merkezler arasında kilitlerseniz, bu büyüme onu yanlara doğru eğilmeye zorlar.
Takım ucunda yüksek-basınçlı, yüksek-hacimli taşma soğutma sıvısına ihtiyacınız vardır. Bu, tüm kesim boyunca şaftın çekirdeğinin tamamen donmuş kalmasını sağlar.
S8: Tornalamadan sonra dar toleransları korumak için ince şaftları taşlayabilir misiniz?
A8:Evet ve şiddetle tavsiye edilir. Puntasız taşlama, ince şaftlar için-ikincil işleme yönelmemizdir. Çünkü bir düzenleme çarkı ve bir çalışma bıçağı parçayı tüm uzunluğu boyunca destekler.
Parça taşlama çarklarından geçerken bükülmez. yeni baskılara neden olmadan ayna-gibi yüzeyler ve mikron-seviyesinde doğruluğu nasıl elde ederiz.
