Завршна обрада у ЦНЦ операцијама глодања
1. Типична храпавост површине која се може постићи
ЦНЦ глодање производи различите завршне обраде површине у зависности од стратегије алата, динамике машине и својстава материјала. Грубо глодање за уклањање материјала обично постиже храпавост површине између 3,2 и 12,5 микрометара Ра, коју карактеришу истакнути трагови алата и заобљене ивице од великих степеница. Полузавршно глодање са умереним параметрима даје 1,6 до 3,2 микрометра Ра, погодно за не{7}}критичне структурне карактеристике. Завршно глодање помоћу финих корака, велике брзине вретена и оштрог алата достиже 0,8 до 1,6 микрометара Ра, што је довољно за опште прецизне склопове. Фино завршно глодање са оптимизованим стратегијама велике{12}}брзине обраде постиже 0,4 до 0,8 микрометара Ра, што је прикладно за видљиве козметичке површине и средње{15}}прецизне налегања. Високо{17}}прецизно глодање које користи круте машине, избалансирану алатку и микро-приступе са кораком може да достигне 0,2 до 0,4 микрометра Ра. Ултра-прецизно глодање са специјализованим вретенима, изолацијом од вибрација и алатима од једног-кристалног дијаманта или полираног карбида производи површине попут огледала-под 0,1 микрометар Ра, са изузетним применама микро машинске обраде које се приближавају 0,05 микрометара.
2. Теоријска основа стварања глоданих површина
За разлику од стругања где алатка са једном{0}}тачком генерише континуиране спиралне површинске профиле, глодање користи глодалице са више-зуба које производе дисконтинуалне, циклоидне површинске узорке. Теоретска висина од-до-долине у периферном глодању зависи од пречника глодала, броја жлебова, помака по зубу и радијалног захвата. За куглично-крајње глодање тродимензионалних-површина, висина врха између суседних пролаза прати геометријске односе који укључују радијус алата и растојање корака. Смањење корака са 0,5 милиметара на 0,1 милиметар обично смањује теоријску висину квржице за фактор пет, иако се стварно побољшање смањује због динамике машине и ограничења угиба алата.
Прекидна природа резања глодања уводи периодичне ударне силе које побуђују структурне вибрације, чинећи достижну завршну обраду осетљивијом на динамику система него континуирани процеси резања. Сваки улаз флауте ствара пролазни импулс силе који може да изазове брбљање ако су фреквенције усклађене са структуралним природним модовима.
3. Ефекти критичних параметара на завршну обраду брушене површине
Количина хране по зубу служи као примарни параметар који утиче на текстуру површине. Нижи помаци смањују дебљину струготине и теоретску висину капице, побољшавајући завршну обраду по цену продуженог времена циклуса. Међутим, претерано ниски додаци узрокују трљање, а не смицање, стварајући топлоту и радно{2}}очвршћавање без пропорционалног побољшања завршне обраде. Оптимални додаци за завршну обраду се обично крећу од 0,05 до 0,15 милиметара по зубу за челик и 0,1 до 0,3 милиметара по зубу за алуминијум, са фином завршном обрадом испод 0,05 милиметара по зубу.
Брзина сечења утиче на завршну обраду кроз-понашање ивице, напредовање хабања алата и термичке ефекте. Веће брзине генерално смањују уграђену-ивицу у алуминијуму и бакру, побољшавајући сјај површине. У челицима, умерене брзине балансирају-избегавање ивица и прекомерне топлоте која убрзава хабање кратера. Прекомерне брзине у било ком материјалу стварају вибрације и термичку дисторзију која деградира конзистентност завршне обраде.
Радијално захватање или померање критично одређује стварање површине у операцијама профилисања и џепова. Велики кораци од 50 до 80 процената пречника резача максимизирају уклањање материјала, али стварају истакнуте капице. Фина завршна обрада користи 5 до 15 процената корака да би се минимизирала висина шиљака и таласастост површине. Прилагодљиве стратегије чишћења одржавају константне углове захвата, спречавајући скокове силе који изазивају брбљање и варијације димензија.
Аксијална дубина реза утиче на завршетак кроз свој утицај на отклон система и тенденцију клепетања. Дубоки аксијални захвати повећавају ефекте превиса алата и осетљивост на вибрације. За фину завршну обраду, аксијалне дубине треба да буду ограничене на један до два пречника алата за крајње глодалице, са још мањим дубинама за апликације са великим-дохватима.
4. Геометрија алата и избор материјала
Геометрија крајњег глодала дубоко утиче на квалитет брушене површине. Угао спирале утиче на правац силе резања и евакуацију струготине. Високи углови спирале од 45 степени или више стварају силе сечења које се крећу нагоре које побољшавају стабилност за машинску обраду танких-зида и смањују стварање неравнина. Ниски углови спирале од 30 степени обезбеђују већу чврстоћу ивица за тешке грубе обраде, али производе грубље завршне обраде. Дизајн са променљивом спиралом и променљивим кораком омета регенеративно брбљање спречавањем конзистентних фазних односа између узастопних улаза жлебова, омогућавајући веће стабилне дубине и побољшану текстуру површине.
Полупречник угла и геометрија{0}}краја кугле одређују генерисање површине у три-осном и пето-осном профилисању. Глодалице са оштрим угловима производе јасне трагове алата на прелазима. Радијуси углова од 0,5 до 2,0 милиметара јачају алат и смањују концентрацију напрезања уз задржавање геометријске дефиниције. Кугласте-глодалице са радијусима усклађеним са закривљеношћу површине минимизирају висину шиљака у сложеном профилисању.
Избор материјала алата и премаза балансира оштрину ивица и отпорност на хабање. Непремазани микро-зрнасти карбид пружа максималну оштрину ивица за завршну обраду алуминијума и-боја. Превлаке од титанијум алуминијум нитрида продужавају век трајања алата у челицима и високотемпературним легурама{4}}али могу мало повећати радијус ивица. Дијамантски премази одговарају абразивним материјалима попут графита и алуминијума са високим{6}}силицијумом. Поликристални дијамантски алати и алати од кубног бор нитрида омогућавају ултра-прецизну завршну обраду у обојеним- материјалима од обојених и каљених материјала.
Одржавање стања алата је неопходно за конзистентну завршну обраду. Истрошени алати развијају заокруживање ивица, хабање бокова и струготине које повећавају силу резања и производе поцепане површине. Редовна провера и замена заснована на кумулативном уклањању материјала или праћеној ширини хабајућег земљишта чувају способност завршне обраде.
5. Динамика и стабилност машине
Крутост машине суштински ограничава постизање завршне обраде глодања. Стање лежаја вретена, крутост погона осовине и структурални интегритет рама одређују отпорност система на вибрације. Прекомерно отпуштање вретена директно се претвара у варијацију површинског профила, при чему свака жлеб сече на незнатно различитим полупречникима. Неусклађеност осовине и серво неусклађеност стварају квадрантне пропусте и површинске мрље при променама смера.
Брбљање представља примарно динамичко ограничење завршне обраде брушене површине. Самопобуђена вибрација која произилази из регенеративних ефеката производи правилне таласасте обрасце који уништавају прецизне површине. Стратегије за избегавање чаврљања укључују избор стабилних опсега брзине кроз дијаграме режња, коришћење алата са променљивим нагибом да поремете регенеративне повратне информације, повећање крутости система кроз краће алате или побољшано држање, и примену подешених пригушивача масе или активне контроле вибрација за критичне примене.
Термичка стабилност утиче на завршну обраду кроз померање димензија током продужених операција. Топлотни раст вретена помера положај алата, стварајући сужене зидове или варијације димензија. Протоколи-загревања машина, системи за хлађење вретена и окружења са{3}}контролисаном температуром минимизирају топлотне ефекте за прецизну завршну обраду.
6. Разматрање материјала радног комада
Својства материјала постављају основне границе завршне обраде за глодање. Алуминијумске легуре се лако обрађују са одличним површинским сјајем, рутински постижући 0,4 до 0,8 микрометара Ра у завршним пролазима и испод 0,2 микрометара са оптимизованим параметрима. Ливени алуминијум са високим садржајем силицијума представља абразивно понашање које убрзава хабање алата и ограничава фину завршну обраду. Бакар и месинг нуде изузетну обрадивост и могу постићи завршну обраду огледала дијамантским алатима.
Челици показују велике варијације у одзиву глодања. Ниско-угљенични челици имају тенденцију ка формирању-надограђених ивица при умереним брзинама, што захтева повишене параметре сечења или побољшано подмазивање. Машина од средње-угљеничног и легираног челика до фине обраде са алатима од тврдог метала. Каљени челици изнад 45 ХРЦ захтевају смањене брзине, специјализоване премазе или алате са кубним бор нитридом да би се постигла прихватљива површинска текстура.
Нерђајући челици, посебно аустенитни челици, брзо-очвршћавају и стварају високе температуре сечења. Фине завршне обраде испод 1,0 микрометар Ра захтевају оштре позитивне-алатке за грабљење, доследне параметре да би се избегли рад-очврсли слојеви и често расхладна течност под криогеним притиском или-за управљање термичким ефектима.
Легуре титанијума представљају озбиљне изазове за млевење због лоше топлотне проводљивости, хемијске реактивности и ниског модула еластичности. Топлота резања се концентрише на ивици алата, убрзавајући дифузионо хабање. Завршне обраде површине обично се крећу од 1,6 до 3,2 микрометара Ра са конвенционалним приступима, са специјализованим стратегијама које достижу 0,8 микрометара.
7. Стратегија путање алата и програмирање
Геометрија путање алата значајно утиче на завршну обраду површине изван једноставног избора параметара. Конвенционално растерско глодање са двосмерним пролазима ствара усмерене површинске шаблоне и може да уведе ознаке сведока на тачкама окретања. Сталне путање алата као што су трохоидно глодање, адаптивно чишћење и високо{2}}ефикасно глодање одржавају стабилне услове сечења, побољшавајући и текстуру површине и век трајања алата.
За тродимензионалне површине, смер преласка у односу на закривљеност површине утиче на геометрију шиљака. Обрада дуж правца главне кривине минимизира грешку геометријске апроксимације. Пет-истовремено глодање оријентише алат нормално на површину, одржавајући конзистентан захват и омогућавајући коришћење већих полупречника кугличних-краја за смањену висину кврга.
Стратегије уласка и изласка спречавају површинске мрље. Рампинг или спирални улази избегавају трагове урањања. Глатки уводни-улазни и{3}}изводи лукови елиминишу линије задржавања на границама усека. Одржавање константних брзина помака кроз углове спречава ознаке{5}}успорења убрзања због ограничења одзива серво уређаја.
8. Расхладна течност и управљање чиповима
Ефикасна евакуација струготине спречава поновно сечење, где се заробљени струготи поново{0}}машују, стварајући прекомерну топлоту и непредвидиво оштећење површине. Расхладна течност-притиска од 70 до 150 бара избацује струготине из џепова и дубоких делова. Расхладна течност кроз-вретено обезбеђује испоруку до ивице сечења чак и у затвореним геометријама. Ваздушни удар или подмазивање са минималном количином могу бити пожељнији за алуминијум да би се спречио термички удар и мрље од остатака расхладне течности.
Контрола температуре расхладне течности одржава термичку стабилност. Расхладно средство за поплаву треба одржавати на 20 степени Целзијуса плус или минус 2 степена да би се избегло диференцијално ширење. Превише хладна расхладна течност изазива контракцију радног комада током обраде и ширење након мерења, стварајући очигледне грешке у димензијама.
9. Специјализовани процеси глодања за побољшану завршну обраду
Обрада великих{0}}брзина користи брзину вретена од 20.000 до 60.000 обртаја у минути или више са одговарајућим повећаним брзинама помака. Смањено оптерећење струготине по зубу и повећана фреквенција резања производе финије површинске текстуре и омогућавају машинску обраду танких делова са минималним угибом. Микро{7}}глодање помоћу алата пречника испод 0,5 милиметара постиже прецизне карактеристике и фину завршну обраду у минијатурним компонентама, иако отказивање вретена и лом алата представљају значајне изазове.
Тврде машине за глодање очврсле су челик до 65 ХРЦ користећи алате од кубног бор нитрида или обложеног карбида, постижући завршну обраду од 0,4 до 0,8 микрометара Ра и потенцијално елиминишући операције млевења. Глодање{4}}потпомогнуто вибрацијама преклапа ултразвучне или нискофреквентне -осцилације на конвенционално кретање алата, модификујући формирање струготине и смањујући силе резања ради побољшања интегритета површине у тешким материјалима.
10. Мерење и контрола квалитета
Мерење завршне обраде глодане површине обично користи контактне игле профилометре који прате управно на доминантне ознаке алата. За тродимензионалне површине{1}}правац мерења треба да буде у складу са смером преласка да би се ухватила максимална храпавост. Интерферометрија беле светлости и конфокална микроскопија обезбеђују бесконтактну процену за меке површине или захтеве за храпавост испод-микрометра.
Локација мерења треба да избегава улазне и излазне зоне, прелазе путање алата и регионе очигледног треперења или варијације захвата алата. Вишеструка мерења по површини карактеришу униформност и идентификују систематске обрасце који се односе на геометрију машине или прогресију хабања алата.
11. Решавање уобичајених дефеката завршне обраде
Ознаке гребена грубље од теоретских предвиђања указују на прекомерно прескок, отклон алата под силама резања или усклађеност машине. Изграђена{1}}ивица се манифестује као поцепана, неправилна површинска текстура са наслагама материјала, што захтева повећану брзину, побољшану течност за хлађење или оштрији алат. Цхаттер производи правилну таласастост окомито на правац увлачења, што захтева подешавање брзине, повећану крутост или алате са променљивим кораком. Ознаке четвртине или сведоци при променама смера одражавају неусклађеност серво или ограничења убрзања, што захтева оптимизацију брзине помака или глаткије прелазе путање. Површинско цепање у дуктилним материјалима је резултат негативних ефективних нагибних углова, тупих алата или недовољне брзине резања. Формирање неравнина дуж ивица указује на неправилну излазну стратегију, прекомерно увлачење или недовољну оштрину алата.
Закључак
ЦНЦ глодањем постиже се завршна обрада површине од уклањања грубог материјала на 12,5 микрометара Ра до ултра{1}}прецизних површина огледала испод 0,1 микрометара Ра. Постижна завршна обрада зависи од интегрисане оптимизације параметара резања, геометрије алата и материјала, динамике машине, стратегије путање алата, испоруке расхладне течности и карактеристика радног комада. Повремено сечење глодања уводи јединствене изазове вибрација и брбљања који захтевају посебну пажњу стабилности система. За прецизне примене у изради калупа, ваздухопловним компонентама и оптичким елементима, улагање у-вретена велике брзине, алате за пригушивање вибрација{7}}, термичку стабилност и напредне ЦАМ стратегије доследно даје супериоран површински интегритет. Разумевање теоретских основа стварања глоданих површина у комбинацији са практичним знањем о машинској динамици омогућава процесним инжењерима да померају границе прецизности глодања уз одржавање продуктивних стопа уклањања материјала.
