Frézovanie závitov v CNC obrábaní dielov
Frézovanie závitov je vysoko všestranný a presný spôsob výroby vnútorných a vonkajších závitov na CNC obrábacích centrách. Na rozdiel od bežného rezania závitov používa frézovanie závitov rotačný rezný nástroj so špecifickým profilom závitu na špirálovú interpoláciu tvaru závitu. Táto metóda ponúka vynikajúcu kontrolu, flexibilitu a spoľahlivosť, najmä pre zložité materiály a kritické aplikácie.
Základné princípy
Frézovanie závitov funguje na princípe špirálovej interpolácie - simultánneho trojosového koordinovaného pohybu, kde sa nástroj otáča okolo svojej vlastnej osi, zatiaľ čo stred nástroja sleduje špirálovitú dráhu v rovine X-Y a os Z- sa posúva rýchlosťou synchronizovanou so stúpaním závitu. To vytvára profil závitu cez obal rezných hrán nástroja, keď špirálovito prechádza materiálom obrobku.
Typy nástrojov na frézovanie závitov
Pevné tvrdokovové závitové frézysú nástroje s plným{0}}profilom alebo čiastočným{1}}profilom, ktoré sa používajú pre malé až stredné vlákna vyžadujúce vysokú presnosť.Indexovateľné závitové frézyobsahuje dizajn kazety-s vymeniteľnými doštičkami, vďaka čomu sú ideálne pre veľké závity a hrubovacie operácie, kde záleží na efektívnosti nákladov.Viac{0}}formové závitové frézyumožňujú, aby jeden nástroj vyrábal viacero stúpaní závitov, čo ponúka flexibilitu pre dielne, ktoré chcú znížiť zásoby nástrojov.Jednobodové frézy na závitymajú jednu reznú hranu a vyžadujú viac prechodov, vhodné pre veľké priemery, vlastné rozstupy a ťažké hrubovacie aplikácie.
Metódy frézovania závitov
Metóda kruhovej interpolácie je štandardným prístupom, kde sa uprednostňuje stúpavé frézovanie. Nástroj vstupuje do predvŕtanej diery radiálne- a potom sleduje špirálovitú dráhu. Počas zadávania sa nástroj zanorí do počiatočnej hĺbky závitu a posúva sa radiálne na priemer rezu. Fáza špirálového rezania zahŕňa 360-stupňový kruhový pohyb s posuvom Z- na otáčku, ktorý sa rovná stúpaniu závitu. Nakoniec nástroj vystúpi radiálnym stiahnutím do stredu pred Z-zatiahnutím.
Pri výpočte dráhy nástroja sa priemer nástroja pre vnútorné závity rovná menovitému priemeru mínus hĺbka závitu vynásobená dvomi. Polomer špirálovej interpolácie sa rovná menovitému priemeru mínus priemer nástroja, delený dvoma.
Frézovanie závitov s úplným{0}}profilom používa nástroje, ktoré presne zodpovedajú tvaru závitu, ako sú napríklad 60{5}}zjednotené profily alebo 55-stupňové profily Whitworth. Tento prístup dokončí závit v jednom prechode, ale vyžaduje špecifický nástroj pre každé stúpanie. Frézovanie závitov s čiastočným profilom používa nástroje, ktoré režú iba vrchol a pätu závitu, čo si vyžaduje viacero radiálnych prechodov, ale jeden nástroj dokáže pokryť celý rad stúpaní.
Frézovanie vonkajších závitov zahŕňa buď otáčanie obrobku na otočnom stole pomocou štvrtej osi, alebo skrutkovicovú interpoláciu nástroja okolo stacionárneho obrobku. Táto metóda sa bežne používa pre veľké hriadele, vodiace skrutky a závitovkové prevody a vyžaduje dostatočnú vôľu okolo obrobku pre prístup k nástroju.
Výhody oproti čapovaniu
Frézovanie závitov poskytuje dlhšiu životnosť nástroja, pretože rezné zaťaženie je rozložené do viacerých drážok a prechádza skôr, než sa sústreďuje na niekoľko hrán. Kontrola triesok je vynikajúca a produkuje skôr krátke zvládnuteľné žetóny než dlhé žetóny, pri ktorých hrozí, že sa zabalia do kohútikov. Všestrannosť materiálu sa vzťahuje na všetky materiály vrátane kalených ocelí až do HRC 65, zatiaľ čo závitovanie má obmedzenia v húževnatých zliatinách.
Jeden nástroj môže pokryť celý rad priemerov pri rovnakom stúpaní a ponúka flexibilitu veľkosti závitu, ktorej sa závitovanie nemôže rovnať. V slepých otvoroch môže frézovanie závitov vytvárať závity až po spodok bez neúplnej oblasti závitu, ktorú závitníky vyžadujú. Výsledná kvalita závitu sa vyznačuje vynikajúcou povrchovou úpravou a presným lícovaním.
Ak sa závitová fréza zlomí, obnovenie je jednoduché, pretože nástroj je menší ako priemer závitu. Zlomený kohútik sa ťažko odstraňuje a môže byť natrvalo zaseknutý. Frézovanie závitov vyžaduje nižší krútiaci moment, takže je vhodnejšie pre veľké závity na strojoch s obmedzeným výkonom. Ten istý nástroj dokáže vyrobiť ľavý-aj pravý-závit jednoduchým obrátením smeru vretena, zatiaľ čo závitovanie vyžaduje samostatné ľavé{5}}závity.
Kritické parametre procesu
Rýchlosť rezania sa zvyčajne pohybuje od 80 do 150 metrov za minútu pre oceľ a 150 až 300 metrov za minútu pre hliník, so znížením pre tvrdené materiály. Posuv na zub sa zvyčajne pohybuje medzi 0,05 a 0,15 milimetra v závislosti od materiálu a stúpania závitu. Posuv osi Z- sa musí presne zhodovať so stúpaním závitu na otáčku, aby sa zachovala presnosť.
V prípade nástrojov s úplným{0}}profilom pokrýva radiálne zapojenie 100 percent hĺbky závitu pri jednom prechode. Nástroje s čiastočným-profilom používajú radiálne skoky 0,05 až 0,10 milimetra na jeden prechod.
Požiadavky na pred{0}}opracovanie zahŕňajú vyvŕtanie otvoru s priemerom približne rovným nominálnemu priemeru mínus stúpanie, hoci sa to líši podľa normy závitu. Diera musí byť rovná, správne umiestnená-a mať primeranú hĺbku pre závit plus vôľu. 45-stupňové skosenie alebo zahĺbenie na vstupe do otvoru napomáha vstupu nástroja a zabraňuje tvorbe otrepov.
Základy programovania CNC
Typický program kódu Fanuc{0}}v štýle G-začína umiestnením do stredu otvoru, aktiváciou kompenzácie dĺžky nástroja a chladiacej kvapaliny a následným zrýchlením na rovinu vôle. Nástroj sa posunie do začiatočnej hĺbky závitu, počas radiálneho priblíženia sa aktivuje kompenzácia frézy a vykoná sa špirálová interpolácia s príslušným príkazom kruhového pohybu. Viacnásobné špirálové slučky sa opakujú pre požadovanú dĺžku závitu, potom sa kompenzácia zruší a nástroj sa stiahne.
Kľúčové úvahy pri programovaní zahŕňajú výber správneho smeru špirálovej interpolácie v smere alebo proti{0}}v smere hodinových ručičiek, aby zodpovedal ručičke vlákna. Kompenzácia frézy musí zostať aktívna počas špirálového pohybu. Presnosť stúpania závisí od presnej synchronizácie medzi rýchlosťou vretena a posuvom osi Z-. Vstup závitovej frézy by mal používať skrutkový alebo rampový vstup, a nie priamy ponor, aby sa predišlo poškodeniu nástroja.
Spoločné výzvy a riešenia
Príliš veľké alebo poddimenzované závity sú zvyčajne výsledkom opotrebovania nástroja, nesprávnej kompenzácie priemeru nástroja alebo chyby stúpania. Riešenie zahŕňa overenie vstupu priemeru nástroja, kontrolu korekcií opotrebovania a kalibráciu stroja. Zlá povrchová úprava často pramení z nedostatočnej tuhosti, opotrebovaných nástrojov alebo nesprávnych otáčok a posuvov. Riešenie tohto problému si vyžaduje zníženie previsu nástroja, zvýšenie tuhosti a optimalizáciu rezných parametrov.
Chvenie a vibrácie zvyčajne naznačujú dlhý previs nástroja, tenké steny alebo harmonickú rezonanciu. Riešenia zahŕňajú použitie najkratšieho možného nástroja, zníženie hĺbky rezu a nastavenie rýchlosti vretena, aby sa zabránilo rezonančným frekvenciám. Zlomenie nástroja na vstupe je zvyčajne spôsobené priamym radiálnym zanorením alebo nesprávnym uhlom vstupu. Tomuto zlyhaniu predchádza použitie špirálovitého vstupu do rampy a zníženie vstupnej rýchlosti posuvu. Kužeľové závity môžu naznačovať chybu geometrie stroja, vychýlenie nástroja alebo tepelný rast. Kontrola kolmosti stroja, vykonávanie hrubovacích a dokončovacích priechodov a používanie chladiacej kvapaliny dôsledne rieši tieto problémy.
Aplikácie a odvetvia
V leteckom priemysle vyrába frézovanie závitov titánové a Inconel spojovacie prvky s kritickými toleranciami. Ropný a plynárenský sektor používa túto metódu pre veľké-priemerové závity API a spoje vrtných strún. Automobilové aplikácie zahŕňajú závity bloku motora a komponenty prevodovky. Lekárska výroba sa spolieha na frézovanie závitov pre kostné skrutky a závity implantátov v titánových alebo PEEK materiáloch. Odvetvie foriem a zápustiek vyrába závity z kalenej nástrojovej ocele až do HRC 65 pre vyhadzovacie čapy. Všeobecné strojové aplikácie zahŕňajú vlastné závity, opravy a vývoj prototypov, kde je nevyhnutná flexibilita.
