Končna obdelava površine pri CNC vrtanju
1. Tipična površinska hrapavost, ki jo je mogoče doseči
CNC vrtanje doseže vrhunsko površinsko obdelavo v primerjavi z vrtanjem zaradi eno-točkovnega rezalnega mehanizma in natančnega nadzora nad geometrijo orodja. Grobo vrtanje za odstranjevanje surovin in korekcijo ravnosti običajno povzroči površinsko hrapavost med 3,2 in 6,3 mikrometra Ra, kar je primerno za predhodno dimenzioniranje pred naslednjimi operacijami. Pol-končno vrtanje s stabilnim orodjem in zmernimi parametri daje od 1,6 do 3,2 mikrometra Ra, kar je primerno za splošne mehanske izvrtine z zmernimi zahtevami po prileganju. Natančno vrtanje s fino-nastavljivimi vrtalnimi glavami, ostrimi orodji iz karbidne trdine ali prevlečenimi orodji ter optimiziranimi parametri doseže 0,8 do 1,6 mikrometrov Ra, kar je primerno za večino sedežev ležajev in-prileganja s stiskanjem. Fino vrtanje z namenskimi orodji za končno obdelavo, minimalnimi pomiki in togimi nastavitvami doseže 0,4 do 0,8 mikrometra Ra, kar je primerno za hidravlične cilindre in precizna vretena. Visoko{17}}natančno vrtanje z uporabo orodij iz diamanta ali kubičnega borovega nitrida, mikro-dodajalnih sistemov in-nastavitev za dušenje vibracij lahko doseže 0,2 do 0,4 mikrometra Ra. Izjemno{23}}natančno vrtanje z eno-kristalnimi diamantnimi orodji na stabilnih strojih v nadzorovanih okoljih proizvaja optično{25}}kakovostne izvrtine pod 0,1 mikrometra Ra, z izjemnimi aplikacijami, ki se približujejo 0,05 mikrometra.
2. Temeljne razlike od drugih-postopkov izdelave lukenj
Vrtanje se bistveno razlikuje od vrtanja in povrtavanja po mehanizmu ustvarjanja površine. Vrtanje uporablja dva rezalna robova s fiksno geometrijo, ki ustvarjata površine, omejene s kakovostjo brušenja svedra in inherentnimi težnjami k vibracijam. Reaming uporablja več žlebov za dimenzioniranje in izboljšanje končne obdelave, vendar ponuja omejeno geometrijsko prilagodljivost. Boring uporablja eno-točkovno orodje s popolnoma nastavljivo geometrijo, ki omogoča-optimiziranje rezalnih kotov, polmera vrha in smeri podajanja v realnem času za doseganje vrhunske teksture površine. Ta značilnost ene-točke naredi vrtanje prednostno metodo za natančne luknje z velikim-premerom, globoke izvrtine in situacije, ki zahtevajo izjemno ravnost v kombinaciji s fino končno obdelavo.
3. Ključni učinki parametrov na izvrtano površino
Hitrost podajanja ostaja prevladujoč parameter, ki sledi istemu teoretičnemu razmerju kot pri struženju, kjer je hrapavost od vrha-do-dolbine približno enaka podajanju na kvadrat, deljenemu z osemkratnim radijem nosu. Vendar pa vrtanje nalaga dodatne omejitve, ker previs orodja v luknjo poveča učinke odklona. Hitrosti pomika za natančno vrtanje se običajno gibljejo od 0,05 do 0,15 milimetrov na obrat, pri finih končnih prehodih pod 0,05 milimetrov na obrat. Prevelik pomik povzroča upogibanje orodja in šklepetanje, medtem ko nezadosten pomik spodbuja drgnjenje in ob-otrdelost.
Izbira hitrosti rezanja uravnoteži-izogibanje vgrajenim robom in toplotno upravljanje. Hitrosti med 100 in 300 metri na minuto ustrezajo večini jekel, medtem ko aluminijeve zlitine prenesejo 300 do 600 metrov na minuto. Globoke izvrtine zahtevajo zmanjšane hitrosti za upravljanje odvajanja odrezkov in kopičenja toplote. Omejen prostor znotraj izvrtine omejuje odvajanje toplote v primerjavi z zunanjim struženjem, zaradi česar je izbira hitrosti bolj kritična za toplotno stabilnost.
Globina reza pri vrtanju obsega tako radialni vprijem za dimenzioniranje kot aksialni vprijem za čeljenje ali profiliranje. Grobo vrtanje uporablja 0,5 do 2,0 milimetra radialne globine za odstranjevanje materiala. Končno vrtanje zmanjša radialno globino na 0,05 do 0,3 milimetra, da zmanjša rezalne sile in upogib orodja. Aksialne globine za stopničaste izvrtine ali čelne elemente se morajo ujemati s polmerom konice orodja, da preprečite sledi zadrževanja in vibracije.
4. Oblikovanje in geometrija orodnega sistema
Vrtalne palice predstavljajo ključni element sistema orodij, pri čemer razmerje med dolžino-in-premerom bistveno omejuje dosegljivo končno obdelavo. Razmerja pod 3:1 omogočajo agresivne parametre in fino obdelavo s standardnimi jeklenimi ali karbidnimi palicami. Razmerja med 3:1 in 5:1 zahtevajo palice iz karbida ali težke-kovine za ustrezno togost. Razmerja med 5:1 in 8:1 zahtevajo-blažilne vrtalne palice z notranjimi uglašenimi dušilci mase ali pasivnimi mehanizmi dušenja za zatiranje tresljajev. Razmerja, ki presegajo 8:1, izzivajo celo napredne sisteme dušenja in običajno ogrožajo površinsko obdelavo, razen če so hitrosti in pomiki strogo omejeni.
Izbira polmera vrha orodja za vrtanje sledi podobnim načelom kot struženje, vendar z večjo občutljivostjo na upogibanje, ki ga povzroči-previs. Majhni radiji od 0,2 do 0,4 milimetra so primerni za fino končno obdelavo majhnih izvrtin, kjer to dovoljuje moč orodja. Srednji radiji od 0,8 do 1,2 milimetra uravnavajo zaključek in nadzor odrezkov za splošno natančno vrtanje. Veliki radiji nad 1,6 milimetra izboljšajo teoretično končno obdelavo, vendar povečajo rezalne sile in nagnjenost k klepetanju v situacijah z dolgimi previsi.
Geometrija ploščice in izbira materiala pomembno vplivata na kakovost površine izvrtine. Neprevlečeni fino{1}}zrnati karbid zagotavlja ostre robove za aluminij in ne-neželezne materiale. Vložki, prevlečeni s titan-aluminijevim nitridom, podaljšujejo življenjsko dobo jekel in nerjavnih zlitin, hkrati pa ohranjajo sprejemljivo ostrino robov. Konice iz polikristalnega diamanta ali konice iz kubičnega borovega nitrida omogočajo zrcalne zaključke v ne-neželeznih in utrjenih materialih. Vložki Wiper s spremenjeno geometrijo robov plastično deformirajo obdelano površino in zmanjšajo sledi pomika za 30 do 50 odstotkov brez zmanjšanja hitrosti pomika.
5. Tehnologija vrtalne glave in natančnost prilagajanja
Fine vrtalne glave z mikrometrsko-nastavljivimi kartušami omogočajo nadzor premera znotraj 0,002 milimetra, kar neposredno vpliva na konsistenco končne obdelave z ohranjanjem optimalnega radialnega vprijema. Diferencialni vijačni mehanizmi zagotavljajo ločljivost nastavitve 0,01 milimetra ali več. Digitalne vrtalne glave z vgrajenimi merilnimi zasloni odpravljajo napake pri oceni operaterja. Samodejne vrtalne glave s servo-prilagoditvijo omogočajo-kompenzacijo obrabe orodja in toplotnega odnašanja med postopkom ter ohranjajo končno obdelavo v proizvodnih serijah.
Ravnovesje vrtalne glave postane kritično pri visokih hitrostih vrtenja. Neuravnotežene glave ustvarjajo centrifugalne sile, ki vzbujajo vibracije, povzročajo tresljaje in dimenzionalne lopute. Dinamično uravnoteženje do G2,5 ali boljše pri delovni hitrosti zagotavlja stabilne pogoje rezanja za fino končno obdelavo.
6. Premisleki glede materiala obdelovanca
Lastnosti materiala določajo temeljne končne meje za vrtanje. Aluminijeve zlitine zlahka strojno obdelamo do 0,4 do 0,8 mikrometra Ra s karbidnimi orodji in pod 0,2 mikrometra z diamantnimi orodji. Lito železo daje sprejemljive zaključke s standardnimi parametri, vendar lahko kaže grafit, ki se -izvleče, kar povzroči površinske luknjice. Nizko{7}}ogljična jekla se nagibajo k oblikovanju-robov, ki zahtevajo višje hitrosti ali izboljšano mazanje. Legirana jekla in orodna jekla obdelajte do finih površin z orodji iz prevlečenega karbida ali kubičnega borovega nitrida. Nerjavna jekla, zlasti avstenitne stopnje, se-hitro strdijo in zahtevajo ostra,-naklonska orodja z doslednimi parametri; zaključki pod 1,0 mikrometra Ra zahtevajo natančno optimizacijo. Titanove zlitine predstavljajo resne izzive zaradi slabe toplotne prevodnosti in kemične reaktivnosti, ki običajno omejuje konvencionalno vrtanje na 0,8 do 1,6 mikrometra Ra.
7. Stanje stroja in stabilnost nastavitev
Stanje ležaja vretena neposredno vpliva na geometrijo izvrtine in teksturo površine. Obrabljeni ležaji povzročajo radialno odtekanje, ki ustvarja več-profile izvrtin in nepravilne površinske vzorce. Toplotna rast vretena med podaljšanimi operacijami premakne položaj orodja, kar vpliva tako na premer kot na konsistenco. Sistemi toplotne kompenzacije ali protokoli-ogrevanja zmanjšajo ta zamik.
Vpenjanje obdelovanca se mora upreti navoru in sili, ki nastaneta med vrtanjem, ne da bi se del popačil. Pri ohišjih s tankimi-stenami pretiran vpenjalni tlak povzroči ovalnost izvrtine, ki se kaže kot variacija zaključka po obodu. Podprto vpenjanje na togih delih z minimalno silo ohranja okroglost izvrtine in enakomernost zaključka.
Poravnava stroja zagotavlja, da vrtalna palica potuje vzporedno z osjo vretena. Neusklajenost ustvarja stranske sile, ki upogibajo palico, kar ustvarja stožčaste izvrtine z usmerjenimi variacijami teksture površine. Redno preverjanje poravnave z uporabo testnih palic in indikatorskih meritev ohranja geometrijsko natančnost.
8. Strategije evakuacije hladilne tekočine in ostružkov
Skozi-dovod hladilne tekočine orodja zagotavlja neposredno hlajenje rezalnega roba in visoko{1}}odvajanje odrezkov iz izvrtine. Pritiski od 70 do 150 barov učinkovito očistijo ostružke iz globokih lukenj in preprečijo ponovno rezanje, ki poslabša površinsko obdelavo. Pri slepih izvrtinah postane učinkovito odvajanje ostružkov najpomembnejše, saj pakirani ostružki povečajo rezalne sile in ustvarijo lokalizirano kopičenje toplote.
Sestava hladilne tekočine vpliva na celovitost površine. Hladilna sredstva-na vodni osnovi z ustreznimi zaviralci korozije ustrezajo večini aplikacij za aluminij in jeklo. Oljna-hladilna sredstva zagotavljajo vrhunsko mazanje za--materiale, ki jih je težko obdelati, in fino končno obdelavo. Sistemi za mazanje z minimalno količino zmanjšajo porabo hladilne tekočine, hkrati pa ohranjajo zadostno mazanje za natančno vrtanje, čeprav je za odvajanje odrezkov morda potreben dodaten stisnjen zrak.
9. Procesne tehnike za izboljšano končno obdelavo
Spark{0}}out vrtanje vključuje prečkanje izvrtine pri ničelnem radialnem podajanju po doseganju končne velikosti, žganje površine in zmanjšanje sledi orodja brez aktivnega odstranjevanja materiala. Ta tehnika zahteva toge nastavitve za preprečevanje-vibriranja, ki ga povzroča drgnjenje. Zaporedja postopnega vrtanja naredite grobo izvrtino na 0,3 do 0,5 milimetra končne velikosti, nato pa dokončajte izvrtino z namenskimi orodji, pri čemer ločite odstranjevanje materiala od ustvarjanja površine. Stroji za vzvratno vrtanje ali vrtanje zadaj so čelni ali ramenski deli na skrajni strani izvrtine, kar zahteva orodja z nazaj-obrnjenimi rezalnimi robovi in skrbno uravnoteženost za ohranitev kakovosti končne obdelave.
Nasprotno vrtanje in točkovno-pritrjevanje glav vijakov in ležajev zahteva orodje z ustrezno radialno oporo, ki preprečuje tresenje pri prekinjenih rezih. Prehod med neprekinjenim in prekinjenim rezanjem ustvarja variacije zaključka, ki lahko zahtevajo naknadno čiščenje.
10. Merjenje in preverjanje kakovosti
Merjenje končne površine izvrtin predstavlja edinstvene izzive zaradi dostopnosti. Prenosni profilometri tipala s sondami z daljšim dosegom neposredno merijo notranje površine. Tehnike replik, ki uporabljajo mehke spojine za oblikovanje, ustvarijo zunanje kopije površin izvrtin za laboratorijske meritve, ko je neposreden dostop nemogoč. Optični sistemi za pregledovanje izvrtin, ki uporabljajo strukturirano svetlobo ali interferometrijo, zagotavljajo brez{3}}kontaktno oceno za kritične aplikacije.
Lokacija meritve se mora izogibati vstopnim in izstopnim območjem, kjer vklop in izklop orodja ustvarjata prehodne oznake. Več aksialnih in obodnih meritev označuje variacijo končne obdelave okoli izvrtine in vzdolž njene dolžine ter razkriva sistematične vzorce, povezane z obrabo orodja, poravnavo ali vibracijami.
11. Odpravljanje težav s pogostimi okvarami zaključka
Oznake šklepetanja, ki se pojavljajo kot redna valovitost okoli oboda izvrtine, kažejo na nezadostno togost sistema ali resonančno vzbujanje. Rešitve vključujejo zmanjšanje previsa, uporabo dušenih vrtalnih palic, prilagajanje hitrosti za izogibanje lastnim frekvencam ali povečanje togosti sistema s podporo obdelovanca. Sledi spiralnega pomika, ki so bolj grobi od teoretičnih predvidevanj, kažejo na pretiran pomik, nezadosten polmer vrha ali upogib orodja pod rezalnimi silami. Stožčaste ali sod{3}}oblikovane izvrtine so posledica upogiba orodja, ki se spreminja z aksialnim položajem, kar zahteva zmanjšane rezalne sile ali izboljšano togost palice. Površinsko trganje pri nodularnih materialih kaže na zgrajen-rob, ki zahteva večjo hitrost, izboljšano hladilno tekočino ali ostrejše orodje. Dimenzijski premik med proizvodnjo odraža toplotno rast ali obrabo orodja, kar zahteva-merjenje in kompenzacijo v procesu.
Zaključek
CNC vrtanje omogoča površinsko obdelavo v razponu od grobe obdelave pri 6,3 mikrometra Ra do ultra-natančnih zrcalnih površin pod 0,1 mikrometra Ra, ki presegajo vrtanje in konkurenčno natančnost struženja glede notranjih lastnosti. Dosegljiva končna obdelava je v veliki meri odvisna od obvladovanja temeljnega izziva previsa orodja in togosti sistema, ki razlikuje vrtanje od zunanjih operacij. Uspeh zahteva integrirano optimizacijo zasnove vrtalne palice, geometrije orodja, natančnosti prilagajanja, rezalnih parametrov, dovoda hladilne tekočine in stanja stroja. Za aplikacije preciznih izvrtin v hidravličnih sistemih, vesoljskih ohišjih in vretenih obdelovalnih strojev naložba v napredno tehnologijo vrtalnih glav,-orodja z dušenjem vibracij-in nadzorovana obdelovalna okolja dosledno zagotavlja kombinacijo dimenzijske natančnosti in celovitosti površine, ki definira-proizvodnjo svetovnega razreda.
