Scherpe interne 90° hoeken frezen zonder EDM: Spindeloriëntatie benutten

Waarom is het frezen van interne rechte hoeken zo uitdagend?

In CNC-frezen is het bereiken van scherpe interne hoeken niet alleen moeilijk, het is vaak fysiek onmogelijk met standaard gereedschappen.

Kernprobleem

CNC-frezen gebruikt draaiende gereedschappen, die geen perfecte 90° interne hoeken kunnen frezen. De gereedschapsstraal laat een gebogen interne hoek achter, bekend als een 'rest R'. Deze vorm voldoet niet aan de rechte-hoekvereisten van vierkante nopen.

Traditionele oplossingen

• Elektrische Ontladingsbewerking (EDM): Nauwkeurig, maar langzaam en duur.
• Nopsfrezen/Nopen: Vereist speciale apparatuur.
• Handmatige afwerking: Gevoelig voor inconsistentie en onnauwkeurigheid.

Voordelen van spindeloriëntatie

Spindeloriëntatie stelt de spindel in staat om op een specifieke hoek te positioneren, meestal nauwkeurig tot 0,2°, met terugkoppeling van de motorencoder. Door gebruik te maken van aangepaste rechte-hoek frezen, kunnen rechte-hoek nopen worden gefreesd zonder extra opstelling of secundaire operaties. Het gereedschap wordt automatisch uit het magazijn gehaald, wat continue en herhaalbare bewerking mogelijk maakt.

Specifieke voordelen

• Precisie nopsfrezen: Aangepaste gereedschappen frezen interne nopen op gecontroleerde hoeken.
• Single-setup bewerking: Geen herpositionering van het werkstuk nodig. Uitlijning is vereenvoudigd.
• Kosteneffectief: Elimineert EDM of derde-partij processen, met name in kleine series.

De sleutel is het integreren van deze functionaliteit door slimme programmering, aangepast gereedschapsontwerp en CNC-systeemontwikkeling. Dit kan zonder grote apparatuuropgradingen.

Case Study: Cilindrisch aluminiumdeel met rechte-hoek nopen

Deze aluminiumdelen werden gebruikt in militair-grad communicatieapparatuur. Het materiaal was 6061-T6 aluminium. Elk deel had 20 diepe, smalle interne rechte-hoek nopen. Scherpe interne hoeken waren cruciaal voor glijende PCB-rails. (De tekeningen zijn vereenvoudigd.)

Belangrijkste afmetingen

• Nopdiepte: 13,5 mm
• Nopbreedte: 4,0 mm
• Interne hoekradius vereiste: R ≤ 0,2 mm
• Nopbreedte tolerantie: ±0,05 mm

Hoe scherpe hoeken te bereiken zonder EDM?

EDM is niet de enige manier om de interne rechte hoek te creëren als u over de juiste gereedschappen en technieken beschikt. Hier is hoe het werkt:

1. Ontwerpanalyse en vereistenbeoordeling

• EDM
• Secundaire nopsfrezen met speciale machines (niet haalbaar door lage volumes en strakke deadlines)

Het engineeringteam koos in plaats daarvan voor een aangepaste nopsfrezenmethode. Ze gebruikten willekeurige spindelhoekoriëntatie en speciaal ontworpen micro nopsfrezen.

2. Machineopstelling

• Machinemodel: VH-85 met FANUC Oi-MF besturingssysteem
• Gereedschappen: Aangepaste nopsfrezen van legierungsgereedschapsstaal, 4,0 mm dik, ontworpen voor duikfrezen.
• Spindelhoek aanpassing: Bereikt via CNC-systeemaanpassing met M88/M89 codes en ladder diagram parameters.

3. Toolpath strategie: 5 stappen voor scherpe-hoek nopsfrezen

Om scherpe-hoek bewerking te bereiken zonder EDM, ontwikkelde het engineeringteam een duidelijke en efficiënte vijf-stappen bewerkingsstrategie. De focus ligt op het logisch rangschikken van de gereedschapsvolgorde en het gebruik van spindelhoekcontrole om de bewerkingsnauwkeurigheid te verbeteren. Hieronder is een vereenvoudigde versie van dit proces:

Stap 1: Ruwbewerking van de algemene contour

Een 10 mm diameter eindfrees wordt gebruikt voor de initiële snijde van de interne caviteit. Het doel van deze stap is om snel de grootste hoeveelheid materiaal te verwijderen en voor te bereiden op de daaropvolgende afwerking.

Stap 2: Afwerking van de binnencontour en oppervlakken

Een 8 mm diameter eindfrees wordt vervolgens gebruikt om de binnencontour en oppervlakteafwerking te verfijnen. De buitencontour blijft verbonden met het roermateriaal om structurele ondersteuning te behouden voor het daaropvolgende nopsfrezenproces.

Stap 3: Ruwbewerking van de rechte-hoek nops

Een 3 mm eindfrees wordt gebruikt om de 4 mm brede rechte nops ruw te frezen, het materiaalvolume en de snijbelasting te verminderen voor de daaropvolgende rechte-hoek nopsfrezering.

Stap 4: Spindel-georiënteerde duikfrezen

Met een aangepast commando (M98S…), wordt de spindel precies georiënteerd op de positie van de eerste nops (in dit geval M98S0). Een subprogramma wordt aangeroepen om de eerste horizontale nops te duikfrezen en af te werken. Deze duikstijl invoer is enigszins als 'scheren' en is meer geschikt voor het produceren van schone, scherpe rechte-hoek randen. Na het voltooien van één nops, roteert de spindel 18° en gaat door tot alle nopen geklaard zijn.

Stap 5: Scheiding van het afgeronde deel van het roermateriaal

De buitenprofiel wordt gesneden om het afgeronde deel van het roermateriaal te scheiden, gevolgd door afwerking en affasering van de buitenrand. Dit markeert het einde van het bewerkingsproces.

Praktische tips: Hoe precisie te garanderen bij elke snede?

CNC-machines zijn doorgaans uitgerust met een 'M19' spindeloriëntatiecommando, dat de spindel op een vaste hoek vergrendelt. Deze hoek is echter constant en onveranderbaar. Door het CNC-besturingssysteem te wijzigen, wordt het mogelijk om spindeloriëntatie op elke gewenste hoek te bereiken, wat de flexibiliteit aanzienlijk vergroot. De combinatie van de volgende tips maakte het team in staat om de taak met succes te voltooien:

Proefsneden voor verfijning

Vóór de daadwerkelijke bewerking werden proefsneden gedaan op restmateriaal. Een meettaaster meet de hoek na elke snede. Resultaten worden op het machinescherm getoond en gebruikt om hoekdata in het hoofprogramma in realtime aan te passen.

Vergrendel de hoek

Eenmaal het gereedschap uitgelijnd en de hoek ingesteld, blijft deze ongewijzigd voor de hele batch. Dit voorkomt herkalibratie bij gereedschapswisseling of dewelwisseling.

FANUC Oi-MF Spindelpositionering instelling

Na setup kan de spindel op elke hoek gepositioneerd worden met M88S… in het programma. Gebruik M89 om de modus te verlaten.

• Stel K0013.2 in op '1' onder 'SYSTEM' > 'PMC Onderhoud'
• Stel parameter #3729 S1 in op '1'
• Definieer gebruikerscodes: 'M88' om in te schakelen, 'M89' om uit te schakelen

Traditionele EDM vs. Spindelpositionering

Uit de bovenstaande tabel blijkt dat de minimum straal (R) van de rechte hoek zeer dicht bij de waarden ligt die bereikt worden door EDM. Deze R is bewust gecreëerd om gereedschapsplakking tijdens 'scheren'-stijl snijden te voorkomen wanneer het gereedschap niet draait. Een kleine straal wordt op de gereedschapsrand geschoven om de impactweerstand te verbeteren.

Bij het bewerken van zachte, niet-metallische materialen zoals kunststoffen, is deze R niet nodig, en kan een theoretische R=0 rechte hoek worden bereikt. In de meeste gevallen wordt een straal van R 0,2 mm of kleiner als acceptabel beschouwd voor rechte hoeken. Alle factoren in aanmerking nemend, biedt spindeloriëntatietechnologie een duidelijk kostenefficiëntievoordeel.

Samenvatting praktijkervaring

• Zorg voor gereedschap en werkstukuitlijning: Scherpe-hoek bewerking is extreem gevoelig voor gereedschapsoriëntatie— zelfs een afwijking van 0,5° kan de snijprestaties beïnvloeden.
• Kies een hoge-stijfheid spanningsysteem: Het gebruik van een krimphouder biedt aanzienlijk hogere stevigheid vergeleken met traditionele ER-klemmen, wat het met name geschikt maakt voor smalle en diepe caviteiten.
• Vermijd het halverwege verwijderen van het gereedschap: Als een gereedschap uit het magazijn gehaald wordt, moet de hoek opnieuw ingesteld worden. Het is het beste om de hele batch zonder gereedschapswisseling af te ronden.