обработка на станках с ЧПУ Очень гибкая. Однако у каждой детали есть физические ограничения по размеру. Они определяются рабочей зоной, перемещением по осям и допустимым размером инструментов и деталей.
Если вы поймете эти ограничения заранее, вы сможете проектировать более качественные детали. Ваши детали будут соответствовать имеющимся станкам и иметь правильные допуски. Это позволит избежать дорогостоящих доработок или перепроектирования. В этой статье рассматриваются ограничения по размерам для инженеров. В ней рассматриваются габариты деталей, технологические ограничения и минимальные размеры элементов. Также объясняется, что следует изменить в конструкции при приближении к этим ограничениям.
Как размер детали влияет на результаты обработки на станке с ЧПУ
Размер детали влияет какие машины Вы можете использовать. Это также влияет на жёсткость фиксации заготовки. Это затрудняет контроль допусков. Небольшую деталь, которая хорошо помещается в рабочую зону, легко закрепить. До неё легко добраться и обработать за один или два установа.
По мере того, как деталь становится длиннее, шире или выше, её крепление становится сложнее. Часто требуются дополнительные настройки. Это увеличивает вариативность и стоимость. Очень маленькие детали создают другую проблему. Мы вступаем в мир микрообработки. Здесь крошечные инструменты и низкая жёсткость значительно усложняют процесс.
Общие ограничения по размеру
Чтобы понять реальные размерные возможности станка с ЧПУ, необходимо в первую очередь рассмотреть три ограничения: рабочую зону, перемещение по осям X/Y/Z и эффективный вылет инструмента.
Рабочая зона и площадь станка с ЧПУ
Рабочая зона ЧПУ — это трёхмерное пространство, которое может обрабатывать станок. Она определяет максимальный размер детали за один установ. Для фрезерного станка это перемещение по осям X, Y и Z. Для токарного станка — это поворот и расстояние между центрами.
Вам также потребуется место для приспособлений, зажимов и безопасного перемещения инструмента. Технически деталь может подходить по размерам. Но если места для приспособлений или траекторий движения инструмента нет, на практике она всё равно слишком большая.
Перемещение по осям (X/Y/Z) и максимальные размеры детали
Перемещение по осям — это линейное перемещение по каждой оси. Оно численно определяет рабочую зону. Перемещение по осям X и Y ограничивает максимальную длину и ширину детали. Перемещение по оси Z ограничивает её полезную высоту с учётом толщины приспособления и длины инструмента.
Если размер детали превышает любой ход оси, есть два варианта. Можно разделить конструкцию на более мелкие части. Или обработать её за несколько установов. Каждая дополнительная установ увеличивает риск несоосности. Кроме того, это затрудняет соблюдение жёстких допусков, например, ±0,01 мм для длинных деталей.
Досягаемость инструмента, зазор держателя инструмента и пределы направления Z
Вылет инструмента определяет глубину, на которую может проникнуть фреза, сохраняя точность и избегая столкновений. Даже при большом перемещении по оси Z инструмент часто ограничивает эффективную глубину. Основными факторами являются длина инструмента, размер держателя и геометрия окружающего пространства.
Общее правило — поддерживать глубину фрезерования в пределах 3–4 диаметров фрезы. Это обеспечивает стабильную резку. Более длинные инструменты возможны, но они увеличивают вибрацию, отклонение и стоимость. Используйте их только в случае крайней необходимости.
Ограничения по размерам, зависящие от процесса: фрезерование, точение и сверление
Для одной и той же геометрии детали фрезерование, точение и сверление имеют совершенно разные диапазоны и пределы обрабатываемых размеров, поэтому важно понимать типичные границы производительности каждого процесса ЧПУ в отдельности.
Фрезерование с ЧПУ
В фрезерование, Размер стола и ход оси ограничивают область обработки детали. Это максимальный размер детали, которую можно закрепить и обработать за один установ. Деталь и её крепление должны помещаться на столе. Кроме того, их вес не должен превышать предельно допустимый для станка.
Глубокие карманы и высокие стенки часто ограничены радиусом действия инструмента и жёсткостью, а не самим станком. Широкие и неглубокие детали легче обрабатывать. Узкие и глубокие корпуса могут привести к проблемам с устойчивостью и качеством поверхности, если конструкция не будет скорректирована.
Токарная обработка с ЧПУ
Для поворот, Расстояние между центрами определяет максимальную длину вала. Он должен быть закреплен между шпинделем и задней бабкой. Если деталь длиннее, вам потребуется более мощный станок или изменение конструкции. При планировании проекта используйте Онлайн-расчет токарной обработки с ЧПУ Инструмент поможет вам быстро оценить возможность и стоимость обработки вашей детали с учетом этих ограничений.
Максимальный диаметр определяется диаметром над станиной и поперечным суппортом. Это наибольший диаметр, который может вращаться, оставаясь доступным инструменту. Полезный диаметр немного меньше этих значений для обеспечения зазора. Большие фланцы или диски могут быть ограничены своим диаметром, даже если они короткие.
Сверление с ЧПУ
При сверлении рабочая зона ограничивает общий размер детали. Длина и жёсткость сверла ограничивают глубину отверстия. Безопасный предел составляет примерно 10 диаметров сверла. При превышении этого предела серьёзными проблемами становятся отвод стружки и её деформация.
Минимальный диаметр отверстия зависит от наименьшего надёжного сверла. При сверлении отверстий в диапазоне микросверления другие факторы становятся критически важными. К ним относятся биение шпинделя, подача СОЖ и однородность материала. Время цикла также значительно увеличивается.
Минимальный размер элемента, толщина стенки и глубина полости
Распространенные вопросы проектирования, такие как “это слишком мало, слишком тонко или слишком глубоко”, по сути сводятся к тому, остаются ли минимальный размер элемента, минимальная толщина стенки и глубина полости в пределах стабильного инженерного диапазона.
Минимальный размер элемента и соображения по микрообработке
Минимальный размер элемента определяется диаметром инструмента, точностью станка и стабильностью крепления. Для очень узких пазов, тонких ребер или мелких выступов требуются фрезы малого диаметра. Такие фрезы менее жёсткие и более чувствительны к биению инструмента.
Когда размер элемента приближается к диаметру инструмента, вы переходите к микрообработке. На этом этапе даже небольшие изменения в настройке или материале могут привести к серьёзным ошибкам. Лучше поддерживать размеры элемента значительно выше теоретического минимума, если только это не требуется для выполнения функции детали.
Тонкие стены
Тонкие стенки ограничены степенью изгиба под действием сил резания. Если стенка изгибается во время обработки, она впоследствии возвращается в исходное положение. Это приводит к смещению размеров, даже при идеальной траектории движения инструмента.
Минимальная толщина стены на практике зависит от жёсткости материала и её высоты. Короткие алюминиевые стены могут быть тоньше высоких стальных. Однако любая стена с большим соотношением сторон представляет риск. Добавление рёбер, уменьшение высоты без опор или утолщение ключевых участков помогут вам оставаться в безопасных пределах.
Глубокие полости и отверстия
Ограничения по глубине определяются соотношением глубины элемента к диаметру инструмента. Очень глубокая и узкая полость действует как длинная трубка. Она усиливает все вибрации и затрудняет удаление стружки.
При фрезеровании глубина обработки превышает несколько диаметров инструмента, что требует применения специальных тактик. Это может включать в себя пошаговые проходы или использование длинных инструментов только для чистовой обработки. При сверлении очень глубоких отверстий часто требуется циклическое сверление или сквозная подача СОЖ. Также может потребоваться изменение конструкции для обработки отверстий большего диаметра или меньшей глубины.
Рекомендации по проектированию с учетом ограничений по размеру ЧПУ
Существует явный разрыв между тем, что теоретически поддается обработке на бумаге, и тем, что является надежным и экономичным в цеховых условиях, и для устранения этого разрыва требуются целенаправленные оптимизации конструкции при разделении деталей, ориентации креплений, а также распределении допусков и структурных деталей.
Разделение крупногабаритных деталей и планирование соединений
Если деталь слишком велика для имеющихся станков, её часто лучше всего разделить. Каждая деталь меньшего размера может быть изготовлена для стандартного станка и приспособления.
Размещайте соединения там, где проще соблюдать допуски. Используйте такие особенности сборки, как установочные штифты или заплечики. Это снижает риск ошибок при штабелировании и позволяет уложиться в реалистичные размеры.
Ориентация деталей и использование многокоординатной обработки для улучшения доступа
Интеллектуальная ориентация детали может значительно упростить сложную задачу. Вращение модели в приспособлении позволяет уменьшить её размеры по осям X и Y. Кроме того, это позволяет открыть детали, чтобы к ним можно было добраться более короткими инструментами.
4- и 5-осевые станки улучшают эту функцию за счёт добавления осей вращения. Они позволяют обрабатывать несколько поверхностей без повторного зажима детали. Это обеспечивает лучший доступ в пределах одной рабочей зоны и сокращает количество переналадок.
Корректировка допусков и характеристик в соответствии с возможностями машины
Размер и допуск взаимосвязаны. Выдерживать точность ±0,01 мм на небольшом элементе вблизи осевого приспособления проще. На длинном элементе, охватывающем большую часть осевого перемещения, это гораздо сложнее. В этом случае накладываются такие факторы, как прямолинейность, тепловое расширение и прогиб инструмента.
При проектировании используйте жёсткие допуски только там, где это действительно необходимо. Для всего остального используйте общие допуски, например, ISO 2768. Упрощение мелких деталей и смягчение допусков на больших участках может вернуть проектирование в стабильную и экономичную стадию.
Краткий контрольный список ограничений по размеру для проектирования:
- Соответствуют ли деталь и приспособление рабочему диапазону станка и ограничению по весу?
- Находятся ли глубокие карманы и ямы в разумных пределах соотношения глубины и диаметра?
- Совместимы ли минимальные размеры элементов со стандартными диаметрами инструментов?
- Достаточно ли жесткие тонкие стены для данного материала и высоты стены?
Как ограничения по размеру влияют на стоимость и выбор машины
Габариты детали и масштаб элемента не только определяют, можно ли обработать деталь на данном станке с ЧПУ, но и определяют выбор класса станка, сложность крепления и себестоимость единицы продукции, поэтому их необходимо оценивать на ранних этапах планирования процесса и составления сметы.
Соответствие размера детали классу машины (маленький/средний/большой)
Размер детали часто определяет, нужен ли вам малый, средний или большой станок с ЧПУ. Станки меньшего размера обычно имеют более низкую почасовую ставку. Кроме того, их настройка обходится дешевле. Компактность детали часто снижает затраты.
Если для проекта требуются очень большие портальные фрезерные станки или мощные токарные станки, будьте готовы к более высоким затратам. Это справедливо даже если вы не используете все дополнительные мощности. Эти станки требуют более сложной оснастки.
Влияние крупногабаритных деталей на настройку, крепление и перепозиционирование
Детали, близкие к пределам перемещения по оси или размерам стола, требуют специальных креплений. Кроме того, для них требуется несколько позиций зажима. Каждая дополнительная установка увеличивает время и вероятность возникновения небольших несоосностей.
Тяжёлые детали также требуют тщательного контроля нагрузки на стол и распределения веса. Игнорирование грузоподъёмности станка может снизить точность и сократить срок его службы, даже если деталь технически подходит.
Компромисс между жесткими допусками, размером и временем обработки
Крупные детали с жесткие допуски Наиболее сложны в обработке. Обеспечение малых допусков на больших расстояниях требует более медленной подачи и более лёгкого резания. Механикам может потребоваться больше траекторий движения инструмента и больше проверок. Всё это увеличивает время цикла.
Если возможно, расширение допусков для крупных деталей может значительно сократить время обработки и количество брака. Обсудите эти компромиссы со своим партнёром по обработке заранее. Это самый быстрый способ найти баланс между функциональностью и стоимостью.
Заключение
Ограничения по размерам при обработке на станках с ЧПУ — это не только размеры стола. Они включают в себя сочетание рабочей зоны, перемещения по осям, вылет инструмента и минимального размера элемента. Они также включают толщину стенки и реалистичные уровни допусков. Проектирование с учётом этих ограничений делает обработку более предсказуемой и экономически эффективной. Это также значительно снижает риск необходимости доработки конструкции на поздних этапах.
В 1ТП1Т, Мы тщательно проверяем каждый проект. Мы сопоставляем геометрию детали с реальными возможностями нашего оборудования. Мы проверяем рабочую зону, межцентровое расстояние, диаметр заготовки над станиной, вылет инструмента и варианты крепления. Мы делаем это до принятия решения о выборе технологического процесса и конструкции крепления. Такой подход помогает нам оставаться в рамках практических ограничений по размерам. Он также позволяет нам обеспечивать стабильное качество и сроки выполнения заказов. Если вы проверяете, подходит ли деталь для обработки на станке с ЧПУ, заранее обсудите эти ограничения по размерам с вашим партнером по обработке. Это самый быстрый способ избежать переделок, контролировать затраты и гарантировать технологичность конструкции.
Часто задаваемые вопросы
Насколько большой может быть деталь, обработанная на станке с ЧПУ?
Деталь может быть настолько большой, насколько позволяют рабочая зона и грузоподъёмность, с дополнительным пространством для приспособлений и доступа к инструменту. Когда деталь использует большую часть хода по осям или предела веса, управление наладкой и расходами становится очень сложным. Разделение крупных конструкций на более мелкие детали часто надёжнее, чем изготовление одной большой детали.
Насколько малыми могут быть элементы, чтобы для них не потребовалась микрообработка?
Микрообработка деталей начинается, когда их размер близок к минимально возможному для вашего поставщика инструменту. В этот момент процесс обработки зависит от поломки инструмента и проблем с материалом. По возможности проектируйте узкие пазы и отверстия, соответствующие диаметрам стандартных инструментов, а не абсолютно минимальному.
Какова минимальная толщина стенки для обработки на станке с ЧПУ?
Минимальная толщина стенки, которую можно использовать на практике, должна выдерживать силы резания без чрезмерного прогиба. Она зависит от материала и высоты стенки. Короткие алюминиевые стенки могут быть тоньше высоких стальных, но любая стенка с большим соотношением сторон представляет риск. Если вам нужны очень тонкие стенки, рассмотрите возможность добавления рёбер или изменения конструкции детали, чтобы стенка поддерживалась во время обработки.
Насколько глубоких отверстий и полостей можно точно обрабатывать?
Отверстия и полости обычно ограничены соотношением глубины к диаметру, а не только перемещением по оси Z. Для сверления глубина, примерно в 10 раз превышающая диаметр отверстия, является обычным верхним пределом. При фрезеровании стабильная глубина кармана обычно значительно меньше. Более глубокие элементы могут потребовать специальных инструментов, циклов сверления или изменений в конструкции для увеличения диаметра или уменьшения глубины.
Как 3-осевые, 4-осевые и 5-осевые станки изменяют ограничения по размерам?
Многокоординатные станки не изменяют физическую рабочую зону, но используют её более эффективно, улучшая доступ. 4- или 5-координатный станок может вращать и наклонять деталь. Это позволяет использовать более короткие и жёсткие инструменты для обработки нескольких поверхностей и деталей сложной формы. Это сокращает время наладки, повышает точность и расширяет возможности станка того же размера.
