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Dans l'industrie de la fabrication, La technologie de fraisage CNC est largement utilisée dans le traitement de diverses parties complexes en raison de sa haute précision et de sa grande efficacité. Que ce soit dans les pièces de précision aérospatiale ou les pièces critiques de la fabrication automobile, le fraisage CNC ne peut pas être substitué. Cependant, afin d'obtenir un broyage CNC de haute qualité, certains aspects importants de conception et d'ingénierie doivent être pris en compte. Les facteurs suivants seront expliqués en profondeur dans cet article afin que les lecteurs puissent mieux comprendre la technologie de fraisage CNC et améliorer la qualité et l'efficacité du traitement.

Qu'est-ce que le fraisage CNC?

CNC Milling (ordinateur Numerical Control Milling) fait référence à la technologie d'usinage de précision sous-contrôlée . En utilisant un outil rotatif, la pièce est retirée et les matières premières (par exemple, les matériaux métalliques, en plastique ou composites) sont usinés en pièces avec des formes géométriques complexes. Contrairement aux machines à fraisage manuelles traditionnelles, le broyage CNC est exclusivement contrôlé par des instructions informatiques (code G), a une précision submicronique (généralement aussi élevée que ± 0,005 mm) et une répétabilité élevée, et est le pivot de fabrication à l'époque de l'industrie 4.0.

quels sont les aspects de conception et d'ingénierie les plus cruciaux du fraisage CNC？

le plus La conception cruciale et les aspects d'ingénierie du fraisage CNC impliquent plusieurs liens clés, et une optimisation complète est nécessaire pour atteindre un traitement efficace et précis. Ce qui suit est une liste et une explication des aspects les plus cruciaux:

1. Conception et sélection des outils

Type d'outil correspondant

Choisissez un coupeur d'extrémité à billes (surface incurvée complexe), le moulin à extrémité (usinage plan / rainure) ou la lame circulaire (matériaux difficiles à machine) en fonction des besoins d'usinage.

• Exemple: Pour machine à une surface incurvée de lame de moteur, un coupeur d'extrémité à billes de haute précision est nécessaire; L'alliage d'usinage en titane nécessite des outils en carbure résistant à haute température .

Optimisation des paramètres géométriques

• Angle de râteau principal: affecte la distribution de la force de coupe (par exemple, l'angle de râteau principal de 45 ° les forces radiales et axiales équilibrées, pour le broyage du visage; 10 ° angle de râteau principal pour l'usinage à un taux d'alimentation élevé).
• Angle d'hélice: grand angle d'hélice (par exemple, 45 °) peut réduire les vibrations de coupe, mais doit être ajustée à la rigidité de la machine-outils.
• Angle de râteau et angle de dos: L'augmentation de l'angle de râteau réduit la force de coupe mais réduit la force de la lame; L'angle de dos doit être ajusté en fonction de la dureté des matériaux (le matériau dur réduit l'angle de dos pour un meilleur support).

revêtement et matériaux
La résistance à l'usure des outils peut être améliorée par la technologie de revêtement (par exemple, Tialn, Ticn); Les outils en céramique ou CBN peuvent être appliqués dans la coupe à grande vitesse des matériaux de forte dureté

2. Optimisation des paramètres de coupe

Balance de trois facteurs

• vitesse de coupe: doit être ajusté en fonction des propriétés des matériaux (l'alliage d'aluminium peut atteindre 1000 m / min, l'alliage de titane doit être limité à moins de 60 m / min).
• Débit d'alimentation: se rapporte à l'épaisseur de la puce, une puce mince (par exemple 0,1 mm) peut améliorer le taux d'alimentation, mais la résistance à l'outil doit être assurée.
• Profondeur de coupe: L'usinage en couches peut éliminer les vibrations, par exemple, la profondeur de coupe unique en bruyant ne peut dépasser 50% du diamètre de l'outil.

Planification du chemin

Utiliser la coupe d'arc pour réduire la concentration de stress; Ralentissez aux coins pour éviter la rupture des outils.

• Exemple: dans usinage de moisissure , utilisez la coupe en spirale au lieu de la coupe verticale pour réduire l'impact.

3. Conception du luminaire et serrage de la pièce

stabilité et rigidité

Évitez le surplomb de outils excessifs (rapport de surplomb / diamètre recommandé ≤3: 1) et utilisez les détenteurs d'outils pour l'amortissement des vibrations si nécessaire.
Exemple: lors de l'urgence des arbres longs longs, support avec un follower ou un centre de repos.

Précision de positionnement

Les luminaires spécialisés peuvent réduire les temps de serrage (par exemple, système de positionnement à point zéro à cinq axes) et améliorer la répétabilité de positionnement à ± 0,005 mm.

Contrôle de déformation thermique

Lors de l'usinage de grandes pièces, une allocation de dilatation thermique doit être réservée ou une technologie d'usinage à basse température doit être appliquée.

4. Vibration et gestion thermique

Suppression des vibrations

Optimisation des paramètres de coupe (par exemple, minimisation de la profondeur de coupe radiale), utilisation de fraises de broyage inégales ou de systèmes de réduction de vibration actifs.

• Exemple: Lors de l'usinage des pièces à parois minces, remplissez l'intérieur de la pièce avec un matériau absorbant des vibrations.

Compensation d'erreur thermique

Surveillez la déformation thermique de la Machine-Tool via des capteurs de température et compensez les erreurs via le logiciel CAM.

5. Qualité de surface et précision

Contrôle de rugosité de surface

La netteté de l'outil (par exemple, le rayon de pointe ≤ 10 μm), la vitesse de coupe (l'usinage à grande vitesse peut réduire le bord de construction) et la stratégie de refroidissement (par exemple, la micro-lubrification MQL) tous affectent la qualité de la surface.

Précision de liaison multi-axes

Dans Machinage à cinq axes , la simulation doit être utilisée pour éviter la collision d'outils avec la pièce plus élevée et RTCP (point de centre d'outil rotatif) est utilisé pour obtenir une précision plus élevée.

6. Compromis entre l'efficacité et le coût

Optimisation du taux d'élimination des métaux

L'efficacité peut être améliorée par la stratégie "HSM (fraisage à haute vitesse)" de grande profondeur de coupe et de petits aliments, mais la puissance de la machine doit être coordonnée.

Gestion de la vie de l'outil

Le système de surveillance de l'usure des outils est appliqué, combiné avec l'optimisation du chemin d'outil du logiciel CAM, pour prolonger la durée de vie de l'outil de plus de 30%.

7. Adaptabilité des matériaux

Usinage des matériaux difficiles à courir

• alliage de titane: nécessite une coupe de refroidissement à basse vitesse et à haute pression;
• Matériaux composites: Les outils PCD (diamant polycristallin) sont utilisés pour éviter le délaminage.

Le principal Conception de CNC Milling doit prendre en compte l'optimisation globale de la coordination des outils d'outils-process-workpiece-Machine. Grâce à la sélection scientifique des outils, une correspondance précise des paramètres de coupe, un renforcement des vibrations et un contrôle thermique, et la prévention des dangers à l'avance grâce à la technologie de simulation, l'efficacité de traitement et la qualité peuvent être considérablement améliorées. Dans une utilisation réelle, les plans de processus ciblés doivent être élaborés en fonction de matériaux spécifiques, d'exigences de précision et d'objectifs de coûts.

Comment choisir l'angle principal approprié de la coupe-frais?

Choisir l'angle de déviation principal du coupeur de fraisage a un effet direct sur la distribution de la force de coupe, la durée de vie de l'outil, l'efficacité et Qualité de surface du traitement dans CNC Milling . Ce qui suit est l'analyse étape par étape de la stratégie de choix de l'angle de déviation principal par rapport aux propriétés des matériaux, aux exigences de traitement, au type d'outil et à la condition de processus:

Choisissez selon les propriétés du matériau traité:

Choisissez en fonction des exigences de traitement:

• Usinage rugueux (élimination maximale du matériau): Choisissez l'angle principal de 30 ° à 45 ° tel que l'épaisseur de coupe est maximisée.
• Usinage de précision (finition de surface élevée): Choisissez l'angle principal de 60 ° à 90 ° de telle sorte que la vibration est minimisée et que la douceur est améliorée.
• Pièces à paroi mince / Mémoire à l'arbre mince: Utilisez l'angle de déviation primaire de 75 ° à 90 ° pour minimiser les risques de déformation.

Choisissez en fonction du type d'outil de coupe:

• Cutter de fraisage de visage: 45 ° ~ 60 ° pour le bravo et 90 ° pour l'usinage précis.
• Fin: 10 ° ~ 30 ° pour le bravo et 45 ° pour l'usinage à usage général.
• Couteau de tête à billes: L'angle de départ principal varie activement avec le point de contact de la surface courbe, nécessitant une optimisation de chemin de came.

Sélectionnez en fonction de la condition de processus:

• Usinage à grande vitesse (HSM): Choisissez un angle principal entre 10 ° et 30 ° avec une vitesse élevée et une profondeur de coupe peu profonde.
• Coupe intermittente (par exemple, Veyway): Choisissez un angle principal entre 45 ° et 60 ° pour une ténacité à impact maximal.
• Principe central: petit angle de déviation principale (10 ° ~ 30 °) convient aux matériaux de dureté élevée ou à un traitement efficace; Un grand angle de déviation principale (75 ° ~ 90 °) convient aux matériaux cassants ou aux pièces à parois minces; Équilibrez l'universalité et l'efficacité avec un angle de déviation principale modérée (45 ° ~ 60 °).

comment éviter la surcoupe de la pièce?

La surexploitation est un problème de qualité commun dans le fraisage de CNC , ce qui peut entraîner des pièces abandonnées, des coûts accrus et même des dommages aux équipements. Ce qui suit est une solution systématique couvrant l'ensemble du processus de conception, de programmation, d'usinage et de test:

1. phase de programmation

Optimisation du chemin

Simuler en utilisant logiciel CAM (comme Vericut) pour éviter les changements brusques des segments en ligne droite et des transitions nettes dans les arcs circulaires.

Compensation d'outils

Utilisez correctement la compensation G41 / G42, ajustez dynamiquement les valeurs d'usure et évitez les erreurs de compensation.

excédent et stratification

Laissez une marge de 0,1-0,3 mm pour l'usinage rugueux et réduisez la profondeur d'une seule coupe en coupe en couches (comme Milling de contour ).

2.Tools et luminaires

Sélection d'outils

Priorisez les outils de coupe courts (rapport surplomb / diamètre ≤ 3: 1), avec un diamètre adapté aux caractéristiques d'usinage.

Conception anti-interférence

Simuler la position spatiale entre le luminaire et l'outil pendant l'usinage à cinq axes, et concevez la rainure d'évitement pour le luminaire.

3. outil et fonctionnement de Machine

Calibration de précision

Vérifiez régulièrement les erreurs géométriques de la machine-outil et compensez le dégagement inversé.

Optimisation

Réduire la vitesse de 50% lors de la réduction / sortie pour minimiser l'impact; Évitez de couper avec des outils vides.

Surveillance en temps réel

Surveiller la force de coupe (capteur de puissance / vibration) et fermer en cas d'anomalies.

4.Dection et post-traitement

Vérification du premier article

CMM INSPECTION PLIGNE SIMPLE + Benchmark d'étalonnage rapide pour les sondes sur la machine.

Inspection de surface

Confirmation visuelle / microscopique sans marques de coupe, tomodensitométrie (pièce haute précision).

5. Scénarios et réponses typiques

Pour éviter la surcoupe des pièces, le contrôle du système est requis à partir de cinq dimensions: conception du chemin de programmation, optimisation du fixation des outils, assurance de précision des machines-outils, surveillance en temps réel et rétroaction de détection. Les principes de base incluent:

• Prévention d'abord: Découvrez les risques à l'avance par la simulation et la coupe d'essai;
• Réglage dynamique: Optimiser les paramètres en temps réel en fonction de l'usure des outils et du matériel de la pièce;
• Vérification en boucle fermée: Améliorer continuellement le processus en fonction des données de détection.

par les mesures ci-dessus, le risque de surcoupe peut être réduit à moins de 0,1%, améliorant considérablement le taux de rendement de traitement.

Quelles sont les règles de base de la conception de fraisage CNC?

Les règles de base de la conception de fraisage CNC incluent principalement les aspects suivants:

Accessibilité de l'outil

le L'outil de coupe est cylindrique , et les coins intérieurs doivent être conçus avec des coins arrondis (≥ 130% du rayon de l'outil) pour éviter 1: 6 (les outils spéciaux peuvent atteindre 30: 1).

conception d'épaisseur de paroi

L'épaisseur de paroi minimale pour les pièces métalliques est ≥ 0,8 mm, et pour les pièces en plastique, il est ≥ 1,5 mm. Les parties minces sont sujets à la déformation des vibrations.

Conception de trou et de thread

Diamètre du trou ≥ 2,5 mm, rapport de profondeur / diamètre recommandé ≤ 4 fois (typique 10 fois, limiter 40 fois).
Longueur du filet

petites caractéristiques et tolérances

Des outils spéciaux sont nécessaires pour la microfabrication (ouverture <2,5 mm).
Classement de tolérance: standard ± 0,125 mm, typique ± 0,025 mm, limite ± 0,0125 mm

Stratégie de traitement

Chemin de coupe: la coupe de l'arc remplace la coupe droite, avec la priorité donnée au broyage vers l'avant (réduction de la force de coupe et de la chaleur).
Sélection de stratégie: l'usinage à grande vitesse est utilisé pour les matériaux mous, et une coupe forte est utilisée pour les matériaux durs.

Matériaux correspondants et outils de coupe

Les matériaux de l'outil conviennent aux pièces (telles que PCD pour les alliages en aluminium et CBN pour l'acier éteint).
Les paramètres de coupe (vitesse, alimentation, profondeur) doivent être adaptés à l'outil et au matériau.

Cramping et optimisation des outils

Réduisez le nombre de temps de serrage et complétez la fonction de tolérance serrée en un seul serrage.
Limitez le nombre d'outils de coupe (tels que la taille d'ouverture uniforme) pour réduire les coûts de remplacement des outils.

Principes de base:

• Machinabilité d'abord: la conception doit respecter les limites physiques de l'outil.
• Équilibrez la précision et le coût: optimiser l'efficacité par le classement de tolérance et la sélection de stratégie.
• Réduire les changements d'outils et serrer: réduire le temps auxiliaire et améliorer la cohérence du traitement.

Quels sont les effets de la géométrie des outils dans la conception de fraisage CNC?

Les principaux effets de la géométrie de l'outil dans CNC Milling Design sont:

Angle de plomb

Plage d'angle: 45 ° (usinage rugueux) à 90 ° (usinage de précision).

Effet: un petit angle (45 °) augmente la force axiale, convient aux machines à faible rigidité; Un grand angle (90 °) réduit la force radiale, réduit les vibrations et améliore la qualité de la surface (RA peut être de 0,4 μm).

angle antérieur

Angle de râteau positif (+10 ° ~ + 15 °): coupe légère et facile, décharge de puces faciles, adaptée aux matériaux doux tels que l'aluminium et le cuivre (augmentation de 20% de la vitesse de coupe).

Angle de râteau négatif (-5 ° ~ 0 °): améliore la résistance à la lame, adapté aux matériaux durs tels que l'acier éteint et les alliages de titane, et prolonge la durée de vie de l'outil de 30%.

Angle de relief

Valeur normale: 6 ° ~ 12 °.

Influence: si l'angle de dos est trop petit (<6 °), il augmentera la friction et entraînera une surchauffe; L'angle de dos trop élevé (> 15 °) réduit la résistance du tranchant et le rend sensible à l'écaillage (angle arrière pour les outils de coupe en alliage dur est recommandé à 8 °).

Nombre de lames et d'angle d'hélice

Nombre de lames: 2 lames (bonne évacuation de la puce, appropriée pour l'usinage des rainures profondes); 4 lames (stabilité élevée, PR de qualité de surface ≤ 0,8 μm).

Angle en spirale: 30 ° ~ 45 ° (normal), un angle en spirale élevé (par exemple, 45 °) améliore le taux d'élimination des puces et réduit la température de coupe de 20%.

rayon de nez

Usinage rugueux : Radius grand (R0.8 ~ 1,2 mm), bonne résistance à l'impact et augmente le taux de flux par 15%.

usinage de précision : petit rayon (r0,2 ~ 0,4 mm), réduit les résidus de coupe et atteint une précision de contour de ± 0,01 mm.

Angle d'inclinaison de la lame

Angle de lame positive (+ 5 °): guide les jetons de la surface d'usinage pour éviter les rayures (généralement utilisées dans l'usinage en acier inoxydable).

Angle de lame négative (-5 °): améliore la résistance de la lame, utilisable en découpe intermittente (par exemple, en fonte).

La forme géométrique de l'outil de coupe contrôle la division de force de coupe (rapport de force radiale / axiale), la finition de surface (valeur RA), la durabilité de l'outil (taux d'usure), l'efficacité du processus d'usinage (taux d'élimination des matériaux) et la gestion des vibrations. Les combinaisons de paramètres doivent être optimisées dynamiquement en fonction de la dureté des matériaux (par exemple, en aluminium / titanium ), étape d'usinage (Coarse / fine), et rigidité des machines-outils.

De quelle manière le broyage CNC est-il distinct du virage CNC?

Le tableau suivant est un tableau de comparaison du Distinction de base entre CNC Turning et CNC Milling :

Explication supplémentaire

• Tendances de traitement combinées: moderne Les centres de fraisage et de transfert à cinq axes peuvent combiner les avantages des deux , comme le traitement des pièces complexes telles que les impulseurs.
• Comparaison de la précision: le virage présente plus d'avantages dans le contrôle des tolérances de symétrie rotationnelle telles que la cylindricité et la rondeur, tandis que le fraisage est plus flexible dans la planéité et la position.
• Usure d'outil: le fraisage provoque une usure d'outil plus rapide en raison de la coupe intermittente (environ 30% plus élevée que le tournant).

Résumé

Le fraisage CNC doit équilibrer le processus , le coût et la qualité avec une pensée systématique. Le noyau réside dans la réalisation d'un usinage efficace grâce à l'optimisation de la géométrie de l'outil (tel que l'angle de râteau, l'angle de l'hélice, les propriétés de matériau correspondant au revêtement), la conception de la stratégie d'usinage (telle que la réduction des vibrations du broyage, la coupe en couches pour contrôler la hauteur résiduelle) et l'adaptation de la structure de la pièce (telle que l'épaisseur de la paroi ≥ 0,8 mm pour prévenir la détraction, le rayon d'angle ≥ 130% diamètre d'outil); Dans le même temps, il est nécessaire de combiner les limites de performance de la machine-outil (telles que la puissance de la broche, la précision dynamique) et la rigidité du luminaire (dispositif vide / s'accouchement hydraulique pour réduire la déformation de serrage) Morphologie), formant une optimisation en boucle fermée complète de la conception à la fabrication.

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