Scherpe interne hoeken van 90° snijden zonder EDM:gebruik maken van de spiloriëntatie

Waarom is het bewerken van interne rechte hoeken zo uitdagend?

Bij CNC-frezen is het verkrijgen van scherpe interne hoeken niet alleen moeilijk, maar vaak ook fysiek onmogelijk met standaardgereedschap.

Kernprobleem

Bij CNC-frezen worden roterende gereedschappen gebruikt, die geen perfecte interne hoeken van 90° kunnen snijden. De gereedschapsradius laat een gebogen interne hoek achter, bekend als een “resterende R.” Deze vorm voldoet niet aan de rechte-hoekeisen van vierkante sleuven.

Traditionele oplossingen

• Electrical Discharge Machining (EDM):Nauwkeurig, maar langzaam en duur.
• Gleuven/groeven:vereist speciale apparatuur.
• Handmatige afwerking:vatbaar voor inconsistentie en onnauwkeurigheid.

Voordelen van spiloriëntatie

Door de spiloriëntatie kan de spil onder een specifieke hoek worden gepositioneerd, doorgaans nauwkeurig tot op 0,2°, met behulp van feedback van de motor-encoder. Door gebruik te maken van op maat gemaakte haakse frezen kunnen haakse sleuven worden bewerkt zonder extra opstel- of secundaire bewerkingen. Het gereedschap wordt automatisch uit het magazijn gehaald, waardoor een continue en herhaalbare bewerking mogelijk is.

Specifieke voordelen

• Precisie gleufbewerking :Aangepaste gereedschappen snijden interne sleuven onder gecontroleerde hoeken.
• Bewerking met één opstelling: Het werkstuk hoeft niet opnieuw te worden vastgeklemd. Uitlijning is vereenvoudigd.
• Kosteneffectief :Elimineert EDM-processen of processen van derden, vooral in kleine batches.

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

Casestudy:Cilindrisch aluminium onderdeel met haakse sleuven

Deze aluminium onderdelen werden gebruikt in communicatieapparatuur van militaire kwaliteit. Het materiaal was 6061-T6 aluminium. Elk onderdeel had twintig diepe, smalle interne rechthoekige sleuven. Scherpe interne hoeken waren van cruciaal belang voor glijdende PCB-rails. (De tekeningen zijn vereenvoudigd.)

Belangrijke afmetingen

• Sleufdiepte:13,5 mm
• Sleufbreedte:4,0 mm
• Vereiste interne hoekradius:R ≤ 0,2 mm
• Gleufbreedtetolerantie:±0,05 mm

Hoe bereik je scherpe hoeken zonder EDM?

EDM is niet de enige manier om de interne rechte hoek te creëren als je over de juiste tools en technieken beschikt. Zo werkt het:

1. Ontwerpanalyse en vereistenbeoordeling

Uit een voorlopig onderzoek bleek dat standaard vingerfrezen een straal van ongeveer 2 mm zouden achterlaten, wat ver buiten de aanvaardbare limiet ligt. De opties leken te zijn:

• EDM
• Secundaire slotting met speciale machines (niet haalbaar vanwege laag volume en strakke deadlines)

Het technische team koos in plaats daarvan voor een aangepaste slotting-methode. Ze gebruikten een willekeurige spilhoekoriëntatie en speciaal ontworpen microgleufgereedschappen.

2. Machine-instellingen

• Machinemodel :VH-85 met FANUC Oi-MF besturingssysteem
• Hulpmiddelen :Speciaal gleufgereedschap gemaakt van gelegeerd gereedschapsstaal, 4,0 mm dik, ontworpen voor insteekzagen.
• Spilhoekverstelling :Bereikt door aanpassing van het CNC-systeem met behulp van M88/M89-codes en ladderdiagramparameters.

3. Gereedschapspadstrategie:5 stappen voor sleufbewerking met scherpe hoeken

Om bewerkingen onder scherpe hoeken mogelijk te maken zonder het gebruik van EDM, ontwikkelde het technische team een duidelijke en efficiënte bewerkingsstrategie in vijf stappen. De focus ligt op het logisch rangschikken van de gereedschapsvolgorde en het gebruik van spilhoekcontrole om de bewerkingsnauwkeurigheid te verbeteren. Hieronder vindt u een vereenvoudigde versie van dit proces:

Stap 1:Ruw bewerken van de algemene contour

Een vingerfrees met een diameter van 10 mm wordt gebruikt om het eerste snijden van de interne holte uit te voeren. Het doel van deze stap is om snel het grootste deel van het materiaal te verwijderen en de daaropvolgende afwerking voor te bereiden.

Stap 2:Voltooi de bewerking van de binnencontour en oppervlakken

Vervolgens wordt een vingerfrees met een diameter van 8 mm gebruikt om de binnencontour en oppervlakteafwerking te verfijnen. De buitencontour blijft verbonden met het ruwe materiaal om structurele ondersteuning te behouden voor het volgende sleuffreesproces.

Stap 3:Voorbewerken van de haakse sleuf

Er wordt een vingerfrees van 3 mm gebruikt om de 4 mm brede rechte sleuf uit te ruwen, waardoor het materiaalvolume en de snijbelasting voor het daaropvolgende haakse sleuffrezen worden verminderd.

Stap 4:Spilgericht invalfrezen

Met behulp van een aangepast commando (M98S...) wordt de spil precies georiënteerd op de positie van de eerste sleuf (in dit geval M98S0). Er wordt een subprogramma opgeroepen om de eerste horizontale sleuf te frezen en af ​​te werken. Deze insteekinvoer lijkt een beetje op "scheren" en is meer geschikt voor het produceren van zuivere, scherpe rechthoekige randen. Nadat één sleuf is voltooid, draait de spil 18° en gaat door totdat alle sleuven zijn voltooid.

Stap 5:Scheiding van het voltooide onderdeel van de stapel

Het buitenprofiel wordt gesneden om het afgewerkte onderdeel van het materiaal te scheiden, gevolgd door het afwerken en afschuinen van de buitenrand. Dit markeert het einde van het bewerkingsproces.

Praktische tips:hoe zorg je voor precisie bij elke snede?

CNC-machines zijn doorgaans uitgerust met een “M19”-spindeloriëntatiecommando, dat de spil in een vaste hoek vergrendelt. Deze hoek is echter constant en onveranderlijk. Door het CNC-besturingssysteem aan te passen, wordt het mogelijk om de spiloriëntatie onder elke gewenste hoek te bereiken, waardoor de flexibiliteit aanzienlijk wordt vergroot. Dankzij de combinatie van de volgende tips kon het team de taak succesvol voltooien:

Testsneden voor fijnafstemming

Vóór de daadwerkelijke bewerking werden proefsneden gemaakt op restmateriaal. Een sonde mat de hoek na elke snede. De resultaten werden weergegeven op het display van de machine en gebruikt om de hoekgegevens in het hoofdprogramma in realtime aan te passen.

Vergrendel de hoek

Zodra het gereedschap is uitgelijnd en de hoek is ingesteld, blijft deze voor de hele batch ongewijzigd. Dit voorkomt herkalibratie bij het wisselen van gereedschap of onderdelen.

FANUC Oi-MF spilpositionering instellen

Na het instellen kan de spil in elke hoek worden gepositioneerd met behulp van M88S... in het programma. Gebruik M89 om de modus te verlaten.

• Stel K0013.2 in op '1' onder 'SYSTEEM'> 'PMC-onderhoud'
• Stel parameter #3729 S1 in op “1”
• Definieer gebruikerscodes:‘M88’ om in te schakelen, ‘M89’ om uit te schakelen

Traditionele EDM versus. Spindelpositionering

InformatieTraditionele EDM-methodeSpilpositioneringsmethodeTijd uit één stuk153 minuten28 minutenHoekradius<0,15 mm<0,2 mmOppervlakruwheidRa 1,6–2,0Ra 1,2–1,6KostenHoog (elektroden)Laag (aangepast gereedschap)ProcesstroomUitbesteed, meerdere opstellingenEnkele opstelling, alles-in-één

Uit de bovenstaande tabel blijkt dat de minimale straal (R) van de rechte hoek zeer dicht bij de waarden ligt die met EDM worden bereikt. Deze R is met opzet gemaakt om te voorkomen dat het gereedschap afbrokkelt tijdens het snijden in “scheerstijl” wanneer het gereedschap niet roteert. Er is een kleine radius op de gereedschapsrand geslepen om de slagvastheid te vergroten.

Bij het bewerken van zachte, niet-metalen materialen zoals kunststoffen is deze R niet nodig en kan een theoretische R=0 rechterhoek worden bereikt. In de meeste gevallen wordt een straal van R 0,2 mm of kleiner aanvaardbaar geacht voor rechte hoeken. Alle factoren in aanmerking genomen biedt de technologie voor spiloriëntatie een duidelijk kostenefficiëntievoordeel.

Samenvatting van praktijkervaring

• Zorg voor uitlijning van gereedschap en werkstuk :Bewerken onder een scherpe hoek is uiterst gevoelig voor de gereedschapsoriëntatie; zelfs een afwijking van 0,5° kan de snijprestaties beïnvloeden.
• Kies een klemsysteem met hoge stijfheid :Het gebruik van een krimpgereedschapshouder biedt een aanzienlijk hogere stijfheid vergeleken met traditionele ER-spantangen, waardoor deze bijzonder geschikt is voor smalle en diepe caviteiten.
• Vermijd het halverwege het proces verwijderen :Als gereedschap uit het magazijn wordt verwijderd, moet de hoek opnieuw worden ingesteld. Het is het beste om de hele batch af te werken zonder gereedschapswisselingen.