Frezowanie gwintów w obróbce części CNC
Frezowanie gwintów to niezwykle wszechstronna i precyzyjna metoda wytwarzania gwintów wewnętrznych i zewnętrznych na centrach obróbczych CNC. W przeciwieństwie do konwencjonalnego gwintowania, frezowanie gwintów wykorzystuje obrotowe narzędzie skrawające o określonym profilu gwintu do interpolacji śrubowej kształtu gwintu. Metoda ta zapewnia doskonałą kontrolę, elastyczność i niezawodność, szczególnie w przypadku trudnych materiałów i zastosowań krytycznych.
Podstawowe zasady
Frezowanie gwintów działa na zasadzie interpolacji śrubowej - jednoczesnego, skoordynowanego ruchu w trzech-osiach, podczas którego narzędzie obraca się wokół własnej osi, podczas gdy środek narzędzia porusza się po spiralnej ścieżce w płaszczyźnie X-Y, a oś Z- postępuje z szybkością zsynchronizowaną ze skokiem gwintu. Tworzy to profil gwintu przechodzący przez otoczkę krawędzi skrawających narzędzia, gdy gwint ten porusza się spiralnie przez materiał przedmiotu obrabianego.
Rodzaje narzędzi do frezowania gwintów
Frezy do gwintów pełnowęglikowychto narzędzia o pełnym-profilu lub częściowym-profilu, używane do małych i średnich gwintów wymagających dużej precyzji.Frezy do gwintów wymiennychcharakteryzują się konstrukcją-w stylu wkładów z wymiennymi wkładkami, dzięki czemu idealnie nadają się do dużych gwintów i operacji obróbki zgrubnej, gdzie liczy się efektywność kosztowa.Wieloformowe-frezarki do gwintówumożliwiają pojedynczemu narzędziu wytwarzanie wielu skoków gwintu, oferując elastyczność warsztatom, które chcą zmniejszyć zapasy narzędzi.Frezy do gwintów-jednopunktowychmają jedną krawędź skrawającą i wymagają wielu przejść, odpowiednich do dużych średnic, niestandardowych podziałek i ciężkiej obróbki zgrubnej.
Metody frezowania gwintów
Metoda interpolacji kołowej jest standardowym podejściem, w przypadku którego preferowane jest frezowanie współbieżne. Narzędzie wchodzi-w wstępnie wywiercony otwór promieniowo, a następnie porusza się po spirali. Podczas wejścia narzędzie zagłębia się na głębokość początkową gwintu i dosuwa promieniowo do średnicy skrawania. Faza skrawania po spirali obejmuje ruch kołowy o 360-stopni z posuwem Z- na obrót równym skokowi gwintu. Na koniec narzędzie wycofuje się promieniowo do środka przed wycofaniem w kształcie Z.
Do obliczenia ścieżki narzędzia średnica narzędzia dla gwintów wewnętrznych jest równa średnicy nominalnej pomniejszonej o głębokość gwintu pomnożoną przez dwa. Promień interpolacji śrubowej jest równy średnicy nominalnej minus średnica narzędzia podzielonej przez dwa.
Frezowanie gwintów-pełnoprofilowych wykorzystuje narzędzia dopasowane do dokładnego kształtu gwintu, takie jak profile ujednolicone pod kątem 60-stopni lub profile Whitwortha pod kątem 55 stopni. Podejście to umożliwia wykonanie gwintu w jednym przejściu, ale wymaga specjalnego narzędzia dla każdego skoku. Frezowanie gwintów o częściowym profilu wykorzystuje narzędzia, które wycinają tylko grzbiet i nasadę gwintu, co wymaga wielu przejść promieniowych, ale jedno narzędzie może pokryć szereg skoków.
Frezowanie gwintów zewnętrznych polega albo na obracaniu przedmiotu obrabianego na stole obrotowym przy użyciu czwartej osi, albo na zastosowaniu interpolacji śrubowej narzędzia wokół nieruchomego przedmiotu obrabianego. Ta metoda jest powszechnie stosowana w przypadku dużych wałów, śrub pociągowych i przekładni ślimakowych i wymaga wystarczającego odstępu wokół przedmiotu obrabianego, aby umożliwić dostęp narzędzia.
Zalety w porównaniu z gwintowaniem
Frezowanie gwintów zapewnia dłuższą żywotność narzędzia, ponieważ obciążenie skrawaniem rozkłada się na wiele rowków i przejść, a nie koncentruje się na kilku krawędziach. Kontrola wiórów jest doskonała, powstają krótkie, łatwe w obsłudze wióry zamiast długich, które stwarzają ryzyko zalegania w gwintownikach. Wszechstronność materiałów obejmuje wszystkie materiały, w tym stale hartowane do HRC 65, natomiast gwintowanie ma ograniczenia w przypadku twardych stopów.
Jedno narzędzie może obejmować różne średnice przy tym samym skoku, oferując elastyczność w zakresie rozmiaru gwintu, której nie można dorównać podczas gwintowania. W otworach nieprzelotowych frezowanie gwintów może wytwarzać gwinty aż do samego dołu, bez niekompletnej strefy gwintu wymaganej przez gwintowniki. Uzyskana jakość gwintu charakteryzuje się doskonałym wykończeniem powierzchni i precyzyjnym dopasowaniem.
Jeśli frez do gwintów się zepsuje, odzyskanie jest łatwe, ponieważ narzędzie jest mniejsze niż średnica gwintu. Uszkodzony kran jest trudny do usunięcia i może zostać trwale zakleszczony. Frezowanie gwintów wymaga niższego momentu obrotowego, dzięki czemu lepiej nadaje się do dużych gwintów na maszynach o ograniczonej mocy. To samo narzędzie może wytwarzać gwinty-lewe i prawe-po prostu poprzez odwrócenie kierunku wrzeciona, podczas gdy gwintowanie wymaga osobnych gwintów-lewych.
Krytyczne parametry procesu
Prędkość skrawania zazwyczaj waha się od 80 do 150 metrów na minutę w przypadku stali i 150 do 300 metrów na minutę w przypadku aluminium, z redukcjami w przypadku materiałów hartowanych. Posuw na ząb zwykle mieści się w zakresie od 0,05 do 0,15 milimetra, w zależności od materiału i skoku gwintu. Aby zachować dokładność, posuw osi Z- musi dokładnie odpowiadać skokowi gwintu na obrót.
W przypadku narzędzi o pełnym-profilu sprzęgnięcie promieniowe pokrywa 100 procent głębokości gwintu w jednym przejściu. W narzędziach o-profilu częściowym stosuje się promieniowe przesunięcia w zakresie od 0,05 do 0,10 milimetra na przejście.
Wymagania dotyczące-obróbki wstępnej obejmują wiercenie otworu o średnicy w przybliżeniu równej średnicy nominalnej pomniejszonej o skok, choć różni się to w zależności od standardu gwintu. Otwór musi być prosty,-umieszczony prawidłowo i mieć odpowiednią głębokość dla gwintu oraz luz. Fazowanie lub pogłębienie pod kątem 45 stopni na wejściu do otworu ułatwia wejście narzędzia i zapobiega tworzeniu się zadziorów.
Podstawy programowania CNC
Typowy program w kodzie G-w stylu firmy Fanuc rozpoczyna się od pozycjonowania w środku otworu, aktywowania kompensacji długości narzędzia i chłodziwa, a następnie szybkiego przejścia do płaszczyzny luzu. Narzędzie dosuwa się do głębokości początkowej gwintu, podczas dosunięcia promieniowego aktywowana jest kompensacja frezu, a interpolacja śrubowa jest wykonywana za pomocą odpowiedniego polecenia ruchu kołowego. Wiele pętli spiralnych powtarza się dla wymaganej długości gwintu, po czym kompensacja zostaje anulowana, a narzędzie cofa się.
Kluczowe kwestie związane z programowaniem obejmują wybór prawidłowego kierunku interpolacji śrubowej zgodnie z ruchem wskazówek zegara lub przeciwnie-zgodnie z ruchem wskazówek zegara, aby dopasować go do strony gwintu. Kompensacja ostrza musi pozostać aktywna podczas ruchu po linii śrubowej. Dokładność podziałki zależy od precyzyjnej synchronizacji prędkości wrzeciona i posuwu osi Z-. Aby uniknąć uszkodzenia narzędzia, frezowanie gwintów powinno odbywać się w sposób spiralny lub rampowy, a nie wgłębny.
Typowe wyzwania i rozwiązania
Gwinty o zbyt dużym lub zbyt małym rozmiarze są zazwyczaj wynikiem zużycia narzędzia, nieprawidłowej kompensacji średnicy narzędzia lub błędu podziałki. Rozwiązanie obejmuje weryfikację wprowadzonej średnicy narzędzia, sprawdzenie przesunięć zużycia i kalibrację maszyny. Złe wykończenie powierzchni często wynika z niewystarczającej sztywności, zużycia narzędzi lub niewłaściwych prędkości i posuwów. Rozwiązanie tego problemu wymaga zmniejszenia wysięgu narzędzia, zwiększenia sztywności i optymalizacji parametrów skrawania.
Drgania i wibracje zwykle wskazują na długi wysięg narzędzia, cienkie ścianki lub rezonans harmoniczny. Rozwiązania obejmują użycie możliwie najkrótszego narzędzia, zmniejszenie głębokości skrawania i dostosowanie prędkości wrzeciona w celu uniknięcia częstotliwości rezonansowych. Złamanie narzędzia przy wejściu często wynika z prostego, promieniowego zagłębienia lub nieprawidłowego kąta wejścia. Zastosowanie wejścia z rampą śrubową i zmniejszenie prędkości posuwu wejściowego zapobiega tej awarii. Gwinty stożkowe mogą wskazywać na błąd geometrii maszyny, ugięcie narzędzia lub wzrost temperatury. Sprawdzanie prostopadłości maszyny, wykonywanie przejść zgrubnych i wykańczających oraz stosowanie chłodziwa konsekwentnie rozwiązuje te problemy.
Zastosowania i branże
W przemyśle lotniczym w wyniku frezowania gwintów powstają elementy złączne z tytanu i Inconelu z krytycznymi tolerancjami. Sektor naftowo-gazowy stosuje tę metodę w przypadku gwintów rurowych API o dużej-średnicy i połączeń przewodów wiertniczych. Zastosowania motoryzacyjne obejmują gwinty bloków silnika i elementy przekładni. Produkcja medyczna opiera się na frezowaniu gwintów do śrub kostnych i gwintów implantów z tytanu lub materiałów PEEK. Przemysł form i matryc produkuje gwinty z hartowanej stali narzędziowej do HRC 65 na sworznie wypychacze. Ogólne zastosowania maszynowe obejmują niestandardowe gwinty, prace naprawcze i opracowywanie prototypów, gdzie niezbędna jest elastyczność.
