Fresamento por usinagem CNC: estratégia de percurso, parâmetros de materiais e decisões de fixação que determinam se sua peça será enviada dentro das especificações

Fresamento por usinagem CNC: estratégia de percurso, parâmetros de materiais e decisões de fixação que determinam se sua peça será enviada conforme as especificações

A profundidade do seu bolso é de 18mm. A largura é de 4 mm. A parede do lado comprido tem 1,1 mm. O material é 7075-T651. Sua revisão do DFM retornou com um sinalizador: "as proporções das ranhuras exigirão avanço reduzido e passes aumentados - recomendamos revisar se a geometria da parede estiver funcionalmente restrita".

Vale a pena entender essa bandeira antes de você recuar. A largura de 4 mm força um diâmetro máximo da fresa de topo de 3,2 mm para manter o raio do canto que você definiu. Uma fresa de topo de 3,2 mm com profundidade de 18 mm está funcionando com uma proporção de comprimento-por{7}}diâmetro de 5,6:1. Nessa proporção, a ferramenta desvia sob carga lateral-e a deflexão não é uniforme - é maior na parte inferior do bolsão do que na parte superior, o que produz uma parede cônica. A redução gradual pode estar dentro da sua tolerância ao paralelismo; pode não ser. De qualquer forma, o tempo do ciclo dobra porque a taxa de avanço deve cair para controlar a deflexão.

Esta é a relação do processo-de geometria queUsinagem CNC fresamentoas decisões são ativadas. Não se a máquina pode alcançar o recurso -, ela pode -, mas se a estratégia do percurso, a seleção da ferramenta e os acessórios podem manter suas chamadas a um custo que torne a peça fabricável.

Estratégia de percurso: quando o fresamento trocoidal supera o entalhe convencional

Fresamento CNC trocoidal vs percurso de ferramenta convencionalnão é uma questão abstrata de otimização. Tem uma resposta específica baseada na geometria do recurso e no material.

A ranhura convencional - mergulha uma fresa de topo-de largura total em um bolsão e atravessa - mantém a ferramenta em contato contínuo com a peça de trabalho. Em alumínio em profundidades moderadas, isso funciona. O problema começa quando a ranhura é mais estreita que 1,5x o diâmetro da fresa ou quando a proporção entre profundidade-e{7}}largura excede 3:1. Nesse ponto, o escoamento de cavacos se degrada, o calor de corte se concentra na parte inferior da ranhura e a ferramenta desvia porque o engate radial é muito alto para a rigidez da ferramenta naquele comprimento de balanço.

Fresamento trocoidal - percursos de arco circular que limitam o envolvimento radial a 10–20% do diâmetro da fresa, independentemente da largura da ranhura - resolve todos os três problemas simultaneamente. A carga de cavacos por dente permanece constante porque o arco de contato permanece constante. O calor é evacuado porque a ferramenta sai do corte em cada arco. A deflexão cai porque a força radial é uma fração do caso de ranhuramento convencional. A compensação-é o comprimento do percurso: um programa trocoidal percorre uma distância maior para remover o mesmo volume. Mas no 7075-T651, o trocoidal permite passagens de profundidade total na profundidade total da ranhura em uma única operação, onde a ranhura convencional requer vários incrementos de profundidade e avanço de 30 a 40% menor.

O ponto de cruzamento prático: use trocoidal quando a relação entre profundidade-e{1}}largura da ranhura exceder 2,5:1 ou quando a largura da ranhura estiver entre 1,0× e 1,5× o diâmetro da fresa. Abaixo de 2,5:1 de profundidade-a{10}}largura em uma ranhura aberta em alumínio, os percursos convencionais são mais rápidos. Acima dele, o trocoidal economiza tempo de ciclo e produz melhor qualidade de parede -, o que é importante se você tiver uma chamada de paralelismo ou retilinidade nas paredes da ranhura.

O fresamento em mergulho (插铣) é a terceira opção e tem um caso de uso específico: desbaste de grande-volume em cavidades profundas onde a principal restrição é a taxa de remoção de material, e não a qualidade da parede. O fresamento em mergulho direciona as forças de corte axialmente em vez de radialmente, o que significa que a ferramenta pode lidar com profundidades muito maiores sem deflexão. O acabamento da superfície é ruim e requer uma passagem de acabamento, mas para um bolsão de alojamento de 30 mm-de profundidade no 7075-T651, onde você remove 80% do volume na operação de desbaste, o fresamento por mergulho reduz o tempo de desbaste em 35–50% em comparação ao trocoidal. A regra de decisão: se você precisa de qualidade de parede em um recurso profundo, trocoidal. Se você precisar de uma taxa de remoção de material em uma cavidade larga e profunda e quiser fresar de qualquer maneira, mergulhe.

Parâmetros de fresamento-específicos do material: o que realmente é executado na produção

A tabela abaixo reflete os parâmetros de produção paraparâmetros do processo de fresagem cnc alumínioe os outros materiais que usamos regularmenteUsinagem CNC fresamentooperações. Esses não são valores de catálogo - eles refletem o que usamos em centros de usinagem de 5-eixos bem-mantidos e com refrigeração através do fuso.

Dc=diâmetro da fresa. Os parâmetros assumem metal duro afiado e não revestido em alumínio e plásticos; TiAlN-revestido em aço e titânio; cerâmica em desbaste Inconel.

Um parâmetro que raramente aparece nos dados do catálogo, mas é importante na produção: a relação entre a velocidade do fuso e a frequência natural da peça em recursos de parede-fina. Se você estiver fresando uma parede de alumínio de 0,8 mm em alta velocidade do fuso e a parede estiver lascada ou mostrando marcas de trepidação, a solução nem sempre é desacelerar. Às vezes, a desaceleração coloca o fuso em uma frequência harmônica do modo de vibração da parede. Alterar a velocidade do fuso em ±15% - em qualquer direção - pode eliminar a trepidação mais rapidamente do que alterar a taxa de avanço. Isto não é teoria; é o ajuste que fazemos em caixas de alumínio-de parede fina quando há vibração no meio-do programa.

Lógica de fixação: a decisão de configuração que determina o nivelamento e a precisão posicional

Usinagem CNC fresamentoas tolerâncias em peças complexas não são limitadas pela precisão de posicionamento da máquina - os centros de usinagem modernos mantêm repetibilidade de posicionamento de ±0,003 mm sob condições controladas. O que limita a tolerância alcançável na produção é a fixação: a rigidez com que a peça é fixada, a consistência com que as superfícies de referência são contatadas e se as forças de fixação introduzem deflexão que é liberada após a desfixação.

Para peças prismáticas com recursos usinados em múltiplas faces, a sequência de fixação é tão importante quanto o método de fixação. A primeira configuração deve usinar as superfícies de referência - as faces que localizarão a peça para todas as operações subsequentes. Se as superfícies de referência não forem planas e paralelas entre si dentro da tolerância necessária para recursos posteriores, cada configuração subsequente herdará esse erro.

O modo específico de falha de fixação que vemos com mais frequênciaFresamento CNCtrabalhos no primeiro artigo: marcas de fixação em faces de referência que foram usinadas em uma operação anterior. Quando um grampo se apoia diretamente em uma superfície acabada, a tensão de contato local deforma a superfície elasticamente - a peça salta para trás após o desaperto, mas a deformação durante o corte significa que o recurso sendo usinado naquela configuração foi posicionado contra um ponto de referência deslocado. O resultado é um erro de posição que parece um erro de máquina, mas na verdade é um erro de fixação. A solução é fixar peças em bruto, superfícies brutas ou almofadas de sacrifício pré-usinadas em vez de faces de referência acabadas.

Para peças onde todas as faces são funcionais - nenhuma superfície bruta disponível para fixação - as opções são mandíbulas macias usinadas no perfil da peça, fixação a vácuo na face de referência primária ou uma sub-placa com inserções roscadas usinadas no corpo da peça e posteriormente removidas. Cada abordagem tem um custo; nenhum deles é gratuito. A escolha certa depende do tamanho do lote e dos requisitos de tolerância.

Acabamento de superfície: como especificar Ra sem tolerância-excessiva

Especificação Ra de acabamento de superfície de fresamento CNCé a chamada mais-apertada em peças usinadas. Ra 0,8µm é alcançável com um passe de fresamento de acabamento controlado e é apropriado para a maioria das faces de contato, ranhuras de vedação e superfícies de engenharia em geral. A especificação de Ra 0,4 µm adiciona uma passagem de acabamento dedicada com avanço reduzido. Especificar Ra 0,2 µm ou melhor requer lapidação ou uma operação de retificação de precisão além do fresamento - um processo separado com um impacto separado no custo e no prazo de entrega.

O valor Ra de uma operação de fresamento é direcional: a superfície é mais lisa perpendicularmente à direção de avanço do que paralela a ela, porque as marcas de avanço são orientadas ao longo da direção de avanço. Se a sua peça tiver uma face de vedação que entre em contato com uma junta, o Ra relevante estará na direção de alimentação, e não ao longo dela. Para que os valores de Ra relatados pelo CMM- sejam significativos, a direção de medição precisa corresponder à direção de contato funcional - que deve ser especificada no desenho ou confirmada com a oficina.

Um detalhe que afeta as leituras de Ra no alumínio: o raio da ponta da pastilha de corte ou a geometria da extremidade da fresa de topo. Um raio de canto maior na ferramenta de acabamento produz uma superfície mais lisa na mesma taxa de avanço porque a altura da vieira - os picos deixados entre passagens adjacentes - é menor. Para uma fresa de topo-esférica finalizando uma superfície contornada, Ra é diretamente proporcional ao quadrado do passo-sobre dividido pelo raio da esfera. Reduzir o passo-pela metade reduz a altura da vieira em 4×. É por isso que o acabamento de superfície contornada em caixas de alumínio geralmente leva mais tempo do que o acabamento de face plana com a mesma especificação Ra.

Capacidade de fresagem e processo DFM do MID

NossoUsinagem CNC fresamentoos programas são executados em centros de usinagem de 3-e 5-eixos, com estratégias de percurso selecionadas por tipo de recurso - trocoidal para ranhuras profundas e estreitas, desbaste de mergulho para cavidades de grande volume, 5 eixos simultâneos para superfícies com contornos compostos. Não aplicamos um único modelo de percurso a todos os trabalhos; a estratégia é escrita por arquivo STEP, por operação.

ParaFresamento CNCem materiais fora do alumínio - titânio, aço inoxidável, Inconel, PEEK - o plano de processo inclui intervalos de troca de ferramentas,-pontos de medição do processo e requisitos de estabilização térmica antes dos passes de acabamento. Parapeças fresadas com precisãocom tolerâncias menores que ± 0,01 mm, o plano de inspeção é escrito antes do corte da primeira peça, não depois.

Envie seu arquivo STEP para nosso equipe de engenharia de processospara uma revisão escrita do DFM. Sinalizamos conflitos de geometria, problemas de acesso a ferramentas e riscos de tolerância antes que o programa seja cotado - retornado dentro de 24 horas, sem necessidade de compromisso. Para peças já em produção em outros lugares que estão gerando não{4}}conformidades, podemos revisar o plano de processo existente e identificar a causa raiz. Comece em bishenprecision.com.

Perguntas frequentes

Que raio de canto devo especificar em um bolsão fresado profundo para evitar pequenas-operações de ferramentas e tempos de ciclo estendidos?

Para uma profundidade de bolsão D, especifique um raio de canto interno mínimo de D/4 - e se o dimensionamento permitir, vá para D/3. Em um bolsão-de 15 mm de profundidade, R3,75 no mínimo; R5 é melhor. O raio do canto é igual ao raio da menor ferramenta que pode usiná-lo. Ferramentas menores funcionam mais lentamente, desviam mais e quebram com mais frequência, principalmente em materiais com forças de corte significativas. Um canto R2 em um bolsão de 15 mm força uma fresa de topo de 4 mm com parâmetros reduzidos - adiciona 25–40% ao tempo de ciclo apenas para esses cantos. Se a geometria do canto não tiver nenhuma restrição funcional, aumentar o raio para R5 não custará nada no desenho e eliminará completamente o problema da pequena-ferramenta.

Você consegue segurar ±0,005 mm em uma face de alumínio de 150 mm sem uma operação de retificação?

Em uma chamada de planicidade, sim - com uma passagem de acabamento-de corte e estabilização térmica antes da medição. Em uma chamada de paralelismo entre duas faces, sim - se ambas as faces forem usinadas na mesma configuração a partir do mesmo ponto de referência, então o paralelismo é estabelecido pela geometria do eixo da máquina e não pela re-fixação. Em uma chamada de espessura de ±0,005 mm em 150 mm, a resposta depende da planicidade do material antes da usinagem e do estado térmico na medição. O alumínio se expande 23 µm por 100 mm por grau - uma peça de 150 mm medida 2 graus acima da temperatura de referência é 0,007 mm mais espessa do que realmente é. A usinagem é alcançável; as condições de medição são onde ±0,005 mm se torna difícil de verificar de forma consistente.

Quando devo mudar do fresamento de 3 eixos para o de 5 eixos em uma peça complexa?

Quando o conjunto de recursos requer mais de duas configurações em uma máquina de 3-eixos e essas configurações envolvem re-fixações a partir de uma superfície de referência acabada ou semi{4}}acabada. Cada re-acessório introduz um erro de-transferência de dados - normalmente de 0,005 a 0,015 mm, dependendo do projeto do acessório e da repetibilidade. Em uma peça com uma tolerância posicional de ±0,01 mm entre recursos em faces diferentes, três re-acessórios acumulam erros suficientes para ameaçar o orçamento de tolerância antes do fuso iniciar. A usinagem simultânea de cinco-eixos elimina os re-acessórios ao alcançar recursos de-ângulos compostos em uma única configuração. O custo adicional para 5-eixos - normalmente taxa horária 25-40% maior do que 3 eixos - geralmente é recuperado no tempo de configuração e reduz o desperdício em peças onde a geometria exigiria quatro ou mais configurações de 3 eixos.

Qual é a abordagem correta quando uma superfície fresada mostra marcas de trepidação em uma peça-de parede fina de alumínio?

Primeiro, descarte a fixação: verifique se a vibração aparece apenas em recursos adjacentes aos locais de fixação, o que sugere que a fixação está excitando a ressonância da peça e não a ferramenta. Se a vibração for uniforme em toda a superfície, o problema é a dinâmica da ferramenta-da peça de trabalho. Tente alterar a velocidade do fuso em ±10–15% antes de alterar a taxa de avanço - colocar o fuso em uma velocidade que evite a frequência ressonante da parede é geralmente mais rápido do que reduzir o avanço. Se a trepidação persistir, aumente o número de canais na ferramenta de acabamento (4-canais em vez de 2-canais em alumínio para esta aplicação) para aumentar o amortecimento na zona de corte. Se nada disso funcionar, a parede precisará de suporte de fixação adicional - seja um acessório de apoio ou uma abordagem de cavidade preenchida onde o bolsão é preenchido com cera antes da passagem de acabamento de parede fina.