Fraisage par usinage CNC : stratégie de parcours d'outil, paramètres de matériaux et décisions de montage qui déterminent si votre pièce est expédiée conformément aux spécifications

Fraisage par usinage CNC : stratégie de parcours d'outil, paramètres de matériaux et décisions de montage qui déterminent si votre pièce est expédiée selon les spécifications

La profondeur de votre poche est de 18 mm. La largeur est de 4 mm. Le mur sur le côté long mesure 1,1 mm. Le matériau est 7075-T651. Votre examen DFM est revenu avec un signal : "les proportions des rainures nécessiteront une avance réduite et des passes accrues - il est recommandé de vérifier si la géométrie du mur est fonctionnellement contrainte."

Ce drapeau mérite d’être compris avant de s’y opposer. La largeur de 4 mm impose un diamètre de fraise maximum de 3,2 mm pour maintenir le rayon de coin que vous avez indiqué. Une fraise en bout de 3,2 mm à 18 mm de profondeur fonctionne avec un rapport longueur-sur-diamètre de 5,6 : 1. À ce rapport, l'outil dévie sous la charge latérale-, et la déflexion n'est pas uniforme - elle est plus grande au bas de la poche qu'en haut, ce qui produit une paroi effilée. La conicité peut être dans les limites de votre tolérance de parallélisme ; ce n'est peut-être pas le cas. Dans tous les cas, le temps de cycle double car l'avance doit diminuer pour contrôler la déflexion.

Il s'agit de la relation de processus géométrique-quiFraisage par usinage CNCles décisions sont prises. Il ne s'agit pas de savoir si la machine peut atteindre la fonctionnalité -, elle le peut -, mais si la stratégie de parcours d'outil, la sélection d'outils et le montage peuvent contenir vos légendes à un coût qui rend la pièce réalisable.

Stratégie de parcours d'outil : lorsque le fraisage trochoïdal surpasse le rainurage conventionnel

Fraisage CNC trochoïdal vs parcours d'outil conventionneln'est pas une question d'optimisation abstraite. Il a une réponse spécifique basée sur la géométrie des caractéristiques et le matériau.

Le rainurage conventionnel - plongeant une fraise en bout pleine-largeur dans une poche et traversant - maintient l'outil en contact continu avec la pièce. Sur aluminium à profondeur modérée, cela fonctionne. Le problème commence lorsque la fente est plus étroite que 1,5 × le diamètre de la fraise ou lorsque le rapport profondeur-sur-largeur dépasse 3 : 1. À ce stade, l'évacuation des copeaux se dégrade, la chaleur de coupe se concentre au fond de la fente et l'outil dévie car l'engagement radial est trop élevé pour la rigidité de l'outil à cette longueur de porte-à-faux.

Le fraisage trochoïdal - parcours d'outils en arc de cercle qui limitent l'engagement radial à 10–20 % du diamètre de la fraise, quelle que soit la largeur de la fente -, résout les trois problèmes simultanément. La charge de copeaux par dent reste constante car l'arc d'engagement reste constant. La chaleur s'évacue car l'outil sort de la coupe à chaque arc. La déflexion diminue car la force radiale représente une fraction du cas de rainurage conventionnel. Le compromis-est la longueur du parcours d'outil : un programme trochoïdal parcourt plus de distance pour supprimer le même volume. Mais sur le 7075-T651, le trochoïdal permet des passes sur toute la profondeur de la rainure en une seule opération, alors que le rainurage conventionnel nécessite plusieurs incréments de profondeur et une avance inférieure de 30 à 40 %.

Le point de croisement pratique : utilisez le trochoïdal lorsque le rapport profondeur de fente-sur-largeur dépasse 2,5 : 1, ou lorsque la largeur de fente est comprise entre 1,0 × et 1,5 × le diamètre de la fraise. En dessous de 2,5 : 1 de profondeur-à-largeur sur une fente ouverte en aluminium, les parcours d'outils conventionnels sont plus rapides. Au-dessus, le trochoïdal permet de gagner du temps de cycle et produit une meilleure qualité de paroi -, ce qui est important si vous avez une légende de parallélisme ou de rectitude sur les parois de la fente.

Le fraisage en plongée (插铣) est la troisième option, et il a un cas d'utilisation spécifique : l'ébauche de grands volumes-sur des cavités profondes où la contrainte principale est le taux d'enlèvement de matière, et non la qualité des parois. Le fraisage en plongée dirige les forces de coupe axialement plutôt que radialement, ce qui signifie que l'outil peut traiter des profondeurs beaucoup plus grandes sans déviation. La finition de surface est médiocre et nécessite une passe de finition, mais pour une poche de boîtier de 30 mm-de profondeur dans le 7075-T651 où vous supprimez 80 % du volume lors de l'opération d'ébauche, le fraisage par plongée réduit le temps d'ébauche de 35 à 50 % par rapport au trochoïdal. La règle de décision : si vous avez besoin de qualité de mur sur un élément profond, trochoïdal. Si vous avez besoin d'un taux d'enlèvement de matière sur une cavité large et profonde et que vous souhaitez quand même terminer le fraisage, plongez.

-Paramètres de fraisage spécifiques au matériau : ce qui fonctionne réellement en production

Le tableau ci-dessous reflète les paramètres de production pourParamètres du processus de fraisage CNC aluminiumet les autres documents que nous utilisons régulièrementFraisage par usinage CNCopérations. Ce ne sont pas des valeurs de catalogue -, elles reflètent ce que nous utilisons sur des-centres d'usinage à 5-axes et 3 axes bien entretenus avec liquide de refroidissement traversant la broche.

Dc=diamètre de coupe. Les paramètres supposent du carbure tranchant et non revêtu sur l'aluminium et les plastiques ; TiAlN-revêtu sur acier et titane ; céramique sur ébauche Inconel.

Un paramètre qui apparaît rarement dans les données du catalogue mais qui est important en production : la relation entre la vitesse de broche et la fréquence propre de la pièce sur les éléments à paroi mince-. Si vous fraisez un mur en aluminium de 0,8 mm à une vitesse de broche élevée et que le mur s'écaille ou présente des marques de broutage, la solution n'est pas toujours de ralentir. Parfois, le ralentissement place la broche à une fréquence harmonique du mode de vibration du mur. Changer la vitesse de broche de ±15 % - dans un sens ou dans l'autre - peut éliminer le broutage plus rapidement que changer la vitesse d'avance. Ce n’est pas de la théorie ; c'est l'ajustement que nous effectuons sur les boîtiers en aluminium à paroi mince-lorsque des vibrations apparaissent au milieu du programme-.

Logique de montage : la décision de configuration qui détermine la planéité et la précision de positionnement

Fraisage par usinage CNCles tolérances sur les pièces complexes ne sont pas limitées par la précision de positionnement de la machine - les centres d'usinage modernes offrent une répétabilité de positionnement de ± 0,003 mm dans des conditions contrôlées. Ce qui limite la tolérance réalisable en production, c'est le serrage : la rigidité de la pièce, la cohérence avec laquelle les surfaces de référence sont en contact et si les forces de serrage introduisent une déviation qui est libérée après le desserrage.

Pour les pièces prismatiques comportant des caractéristiques usinées sur plusieurs faces, la séquence de fixation compte autant que la méthode de fixation. La première configuration doit usiner les surfaces de référence - les faces qui localiseront la pièce pour toutes les opérations ultérieures. Si les surfaces de référence ne sont pas plates et parallèles les unes aux autres dans la tolérance requise pour les fonctions en aval, chaque configuration ultérieure hérite de cette erreur.

Le mode de défaillance spécifique des luminaires que nous voyons le plus souvent surFraisage CNCtravaux au premier article : marques de serrage sur les faces de référence qui ont été usinées lors d'une opération antérieure. Lorsqu'une pince repose directement sur une surface finie, la contrainte de contact locale déforme élastiquement la surface - la pièce revient après le desserrage, mais la déformation pendant la coupe signifie que l'élément en cours d'usinage dans cette configuration a été positionné contre une référence déplacée. Le résultat est une erreur de position qui ressemble à une erreur de machine mais qui est en réalité une erreur de montage. La solution consiste à serrer sur le stock, les surfaces brutes ou les tampons sacrificiels pré-usinés plutôt que sur les faces de référence finies.

Pour les pièces dont toutes les faces sont fonctionnelles - aucune surface brute disponible pour le serrage - les options sont des mâchoires souples usinées selon le profil de la pièce, un montage sous vide sur la face de référence principale ou une sous--plaque avec des inserts filetés usinés dans le corps de la pièce puis retirés. Chaque approche a un coût ; aucun d’entre eux n’est gratuit. Le bon choix dépend de la taille du lot et des exigences de tolérance.

État de surface : Comment spécifier Ra sans tolérance excessive ?-

Finition de surface de fraisage CNC Spécification Raest la légende la plus souvent-serrée à l'excès sur les pièces usinées. Ra 0,8 µm est réalisable avec une passe de fraisage de finition contrôlée et convient à la plupart des faces de contact, des rainures d'étanchéité et des surfaces techniques générales. La spécification de Ra 0,4 µm ajoute une passe de finition dédiée à avance réduite. Spécifier un Ra de 0,2 µm ou mieux nécessite soit un rodage, soit une opération de meulage de précision en plus du fraisage - un processus distinct avec un impact distinct sur les coûts et les délais.

La valeur Ra ​​d'une opération de fraisage est directionnelle : la surface est plus lisse perpendiculairement à la direction d'avance que parallèlement à celle-ci, car les marques d'avance sont orientées le long de la direction d'avance. Si votre pièce a une face d'étanchéité qui entre en contact avec un joint, le Ra pertinent se situe dans le sens d'alimentation et non le long de celui-ci. Pour que les valeurs Ra signalées par CMM- soient significatives, la direction de mesure doit correspondre à la direction de contact fonctionnel - qui doit être spécifiée sur le dessin ou confirmée auprès de l'atelier.

Un détail qui affecte les lectures de Ra sur l'aluminium : le rayon de nez de la plaquette de coupe ou la géométrie de l'extrémité de la fraise. Un rayon de coin plus grand sur l'outil de finition produit une surface plus lisse à la même vitesse d'avance car la hauteur de pétoncle - les pics laissés entre les passes adjacentes - est plus faible. Pour une fraise à bout sphérique-finissant une surface profilée, Ra est directement proportionnel au carré du pas-divisé par le rayon de la boule. Réduire de moitié l'enjambement-réduit la hauteur des pétoncles de 4 ×. C'est pourquoi la finition des surfaces profilées sur les boîtiers en aluminium prend souvent plus de temps que la finition des faces planes avec la même spécification Ra.

Capacité de fraisage et processus DFM de MID

NotreFraisage par usinage CNCles programmes s'exécutent sur des centres d'usinage à 3-axes et 5-axes, avec des stratégies de parcours d'outils sélectionnées par type de caractéristique : trochoïdale pour les rainures étroites et profondes, ébauche en plongée pour les cavités de grand volume, 5 axes simultanés pour les surfaces à contours composés. Nous n'appliquons pas un seul modèle de parcours d'outil à toutes les tâches ; la stratégie est écrite par fichier STEP, par opération.

PourFraisage CNCsur les matériaux autres que l'aluminium - titane, acier inoxydable, Inconel, PEEK - le plan de processus comprend les intervalles de changement d'outil, les -points de jauge en cours de processus et les exigences de stabilisation thermique avant de terminer les passes. Pourpièces fraisées avec précisionavec des tolérances inférieures à ±0,01 mm, le plan d'inspection est rédigé avant la découpe de la première pièce, pas après.

Envoyez votre fichier STEP à notre équipe d'ingénierie des procédéspour un examen écrit du DFM. Nous signalons les conflits de géométrie, les problèmes d'accès aux outils et les risques de tolérance avant que le programme ne soit renvoyé dans les 24 heures, sans engagement. Pour les pièces déjà en production ailleurs qui génèrent des non--non-conformités, nous pouvons examiner le plan de processus existant et identifier la cause première. Commencez sur bishenprecision.com.

FAQ

Quel rayon d'angle dois-je spécifier sur une poche fraisée en profondeur pour éviter les-opérations avec de petits outils et les temps de cycle prolongés ?

Pour une profondeur de poche D, spécifiez un rayon de coin interne minimum de D/4 - et si la conception le permet, passez à D/3. Sur une poche de 15 mm-de profondeur, R3,75 au minimum ; R5 est meilleur. Le rayon du coin est égal au rayon du plus petit outil capable de l'usiner. Les outils plus petits fonctionnent plus lentement, fléchissent davantage et se cassent plus souvent, en particulier dans les matériaux soumis à des forces de coupe importantes. Un coin R2 sur une poche de 15 mm oblige à utiliser une fraise en bout de 4 mm à des paramètres réduits - ajoute 25 à 40 % au temps de cycle pour ces seuls coins. Si la géométrie du coin n'a aucune contrainte fonctionnelle, augmenter le rayon à R5 ne coûte rien sur le dessin et supprime entièrement le problème du petit-outil.

Pouvez-vous maintenir ±0,005 mm sur une face en aluminium de 150 mm sans opération de meulage ?

Sur une légende de planéité, oui - avec une passe de coupe à la mouche de finition-et une stabilisation thermique avant la mesure. Sur une légende de parallélisme entre deux faces, oui - si les deux faces sont usinées dans la même configuration à partir de la même référence, donc le parallélisme est établi par la géométrie de l'axe de la machine plutôt que par un re-fixage. Sur une légende d'épaisseur de ±0,005 mm sur 150 mm, la réponse dépend de la planéité de la matière avant usinage et de l'état thermique à la mesure. L'aluminium se dilate de 23 µm par 100 mm par degré - une pièce de 150 mm mesurée 2 degrés au-dessus de la température de référence indique 0,007 mm plus épaisse qu'elle ne l'est réellement. L'usinage est réalisable ; les conditions de mesure sont celles où ±0,005 mm devient difficile à vérifier de manière cohérente.

Quand dois-je passer du fraisage 3 axes au fraisage 5 axes sur une pièce complexe ?

Lorsque l'ensemble de fonctionnalités nécessite plus de deux configurations sur une machine à 3-axes et que ces configurations impliquent un re-fixage à partir d'une surface de référence finie ou semi-finie. Chaque re-fixation introduit une erreur de transfert de données-- généralement de 0,005 à 0,015 mm en fonction de la conception et de la répétabilité du luminaire. Sur une pièce avec une tolérance de position de ±0,01 mm entre les caractéristiques de différentes faces, trois refixations accumulent suffisamment d'erreurs pour menacer le budget de tolérance avant le démarrage de la broche. L'usinage simultané sur cinq-axes élimine les re-fixations en atteignant les caractéristiques d'angle composé-en une seule configuration. Le surcoût pour les axes 5- - généralement un taux horaire 25 à 40 % plus élevé que pour les axes 3 axes - est souvent récupéré dans le temps de configuration et la réduction des rebuts sur les pièces dont la géométrie nécessiterait autrement quatre configurations 3 axes ou plus.

Quelle est l'approche correcte lorsqu'une surface fraisée présente des marques de broutage sur une pièce en aluminium à paroi mince ?

Tout d'abord, excluez le montage : vérifiez si le broutage apparaît uniquement sur les éléments adjacents aux emplacements des pinces, ce qui suggère que la pince excite la résonance de la pièce plutôt que celle de l'outil. Si le broutage est uniforme sur toute la surface, le problème vient de la dynamique de l'outil-pièce. Essayez de modifier la vitesse de broche de ±10 à 15 % avant de modifier la vitesse d'avance - mettre la broche à une vitesse qui évite la fréquence de résonance du mur est souvent plus rapide que de réduire l'avance. Si le broutage persiste, augmentez le nombre de cannelures sur l'outil de finition (4-cannelures au lieu de 2-cannelures sur l'aluminium pour cette application) pour augmenter l'amortissement au niveau de la zone de coupe. Si aucun de ces éléments ne fonctionne, le mur a besoin d'un support de fixation supplémentaire - soit un support de fixation, soit une approche de cavité remplie où la poche est remplie de cire avant la passe de finition de la paroi mince.