Стъпково струговане при CNC обработка: Обяснение на струговите операции

CNC обработката е процес на обработка с много специфични техники, а стъпковото струговане е една от тях. Тази операция по рязане включва отстраняване на материал от детайла по неговата дължина. Това е основна машинна операция, използвана за създаване прецизни части с различни диаметри в една настройка. В този блог ще разгледаме основите на стъпковото струговане, за да можете да получите по-добро разбиране за тази техника на обработка.

Определение, характеристики и приложения на метода на стъпково струговане

Стъпковото струговане е машинна операция, която отстранява материал в отделни аксиални зони, успоредни на оста на въртящ се детайл, произвеждайки множество цилиндрични сегменти с различни диаметри. Всяка промяна в диаметъра образува “рамо”, което трябва да бъде едновременно размерно точно и видимо отчетливо, освен ако не е посочено друго.

По време на стъпково струговане, машината установява един диаметър наведнъж, като измества позицията на инструмента по оста, за да създаде серия от сегменти. Резултатът е “стъпаловиден” профил: плоски цилиндрични фаски, разделени от резки преходи. При CNC струговете координатите се програмират така, че да се индексират точно към следващата станция, осигурявайки повтаряеми дължини и местоположение на рамената по детайлите.

Типична терминология

Къде се използва стъпково струговане

Стъпковото струговане се среща навсякъде в механичните системи: автомобилни валове и оси, крепежни елементи с различни диаметри, клапанни стебла, втулки, компоненти на помпи и стъпаловидни шайби. Целта на стъпковото струговане е да се произведат части, които отговарят на специфични конструктивни изисквания, с монтажни повърхности и рамена за надеждно прилягане, така че те да могат да взаимодействат плавно с различни свързващи компоненти, лагери, зъбни колела, съединители и дистанционни елементи.

Машини, инструменти и основни настройки

Стъпковото струговане може да се извърши както с ръчен струг, така и с... CNC обработка. Основните изисквания са до голяма степен сходни: сигурно захващане на детайла, аксиално подравняване, твърда настройка на инструмента и ясен план за реда на рязането. В тази част ще се съсредоточим върху това как се извършва стъпково струговане при CNC обработка.

Захващане и центриране на детайла

• Захващане на детайлаТричелюстни патронници, цанги или меки челюсти задържат детайла. Цангите предлагат превъзходна концентричност върху шлифовани пръти, докато меките челюсти са идеални за нестандартни диаметри и деликатни повърхности.
• ПоддръжкаДългите, тънки части се възползват от център на задното седло или стабилен люнет, за да се предотврати отклонение и вибрации по време на рязане на рамо.
• Аксиално подравняванеТова се осигурява предимно от присъщата точност на CNC машината, шпиндела и захвата (патронник или цанга). За най-високи изисквания за точност, посочването на външния диаметър (OD) или използването на шлифован регистър може да се извърши по време на настройката, за да се провери и фино настрои подравняването.

Режещи инструменти, вложки и геометрия

• Тип инструментЗа по-голямата част от стъпаловидно струговане се използва индексируема пластина или инструмент за струговане с единичен ръб. За предпочитане е здрав връх на инструмента, който може да поеме прекъснати натоварвания при входа на рамото. За специфични облекчения или канали може да се използва инструмент за отрязване.
• ГеометрияПоложителният наклон с достатъчна хлабина намалява триенето: малкият радиус на върха на инструмента помага за постигане на по-остър ъгъл на рамото. По-големият радиус обаче подобрява живота на инструмента и повърхностно покритие но ще създаде малко филе на рамото.
• Специализирани инструментиИнструментите за каналиране или профилиране могат да се използват за ефективно почистване на раменете или за генериране на релефи и фаски.

Скорости, подавания, охлаждаща течност и измерване

• Скорости/подаванияСъобразяване с материала и инструменталната екипировка. По-твърдите сплави изискват консервативна скорост на повърхността и по-твърди пластини. Например, алуминият, който е сравнително мек метал, позволява по-високи скорости и големи подавания. Започнете с препоръките на производителя и коригирайте въз основа на образуването на стружка и износването на инструмента.
• Охлаждаща течностПолезно за отвеждане на стружки и контрол на температурата, особено при стомани и неръждаеми стомана. При материали, обработвани с машина, сухото рязане или рязане с мъгла може да е подходящо, когато стружките се чупят добре.
• ИзмерванеСлед CNC процеса, често се използва шублер за измерване на промените в диаметъра и дължините на стъпките по време на настройка и проверка.

Как работи процесът на стъпково струговане

Стъпковото струговане създава прецизни, цилиндрични елементи с различни диаметри върху един детайл. За да направите това успешно, фокусирайте се върху три ключови принципа: щателно планиране, поддържане на твърдост по време на груба обработка и изпълнение на внимателни, контролирани довършителни проходи.

Планиране от чертежа

При струговете с ЦПУ планирането се извършва в програмата, където се дефинират координатите на траекторията на инструмента и се включват проверъчни движения, за да се гарантира, че всяка стъпка е изрязана чисто. Ключова тактика за ефективност е последователното изпълнение на операциите, за да се завършат възможно най-много функции с един инструмент, преди да се премине към друг, което минимизира смяната на инструментите и намалява кумулативната грешка.

Груб монтаж и секвениране за по-голяма твърдост

Целта на грубата обработка е ефективното отстраняване на материала, без да се нарушава стабилността. Винаги работете от най-твърдото състояние към най-малкото. Често срещана и ефективна стратегия е първо да се обработят грубо най-големите диаметри. Оставете малък, равномерен припуск за довършителни работи на всяка стъпка.

Твърдостта е много важен фактор, който влияе. Поддържайте надвеса както на инструмента, така и на детайла до абсолютен минимум. За тънки валове използвайте център за задно седло или люнета, за да противодействате на отклонението и да потиснете вибрациите. За контрол на стружките изберете подходяща скорост на подаване и дълбочина на рязане, за да насърчите счупването на стружките.

Довършителни работи по раменете, фаските и преходите

Довършителните проходи изискват по-леко докосване и по-голям контрол върху повърхността на детайла. Правете леки, равномерни разрези, за да постигнете крайния размер и желаната повърхностна обработка. Когато се приближавате към рамо, поддържайте стабилно и непрекъснато подаване, за да избегнете следи от задържане.

За висококачествено квадратно рамо, обърнете рамото леко след завъртане на съседния диаметър. Ако чертежът позволява, добавянето на малка фаска или подрязване на стъпалото помага при сглобяването и предпазва ръбовете от повреди. Имайте предвид стратегия за премахване на мустаци: счупете всички остри ръбове по ъгли, които не са в основата. Ако остър ръб е функционално необходим, той трябва да бъде маскиран по време на процеса на премахване на мустаци и внимателно проверен след това, евентуално под увеличение.

Почистване на мустаци и инспекция

В CNC процеса, отстраняването на мустаци често включва премахване на мустаци от ръбовете на стъпалата и раменете с помощта на специални инструменти за отстраняване на мустаци. Накрая, извършете щателна проверка, за да измерите всички диаметри за точност.

Толеранси, повърхностна обработка и контрол на качеството

Прецизното стъпково струговане балансира контрола на диаметъра, геометрията на рамото и обработката на повърхността.

Контрол на размерите и квадратност

• Толеранси: Много стъпаловидни валове изискват ±0,001 в диаметър или по-малко. Дължините на стъпалата могат да бъдат придържани към подобни диапазони в зависимост от функцията. Рамената често се отнасят до референтна точка и могат да включват граници на перпендикулярност или биене.
• Перпендикулярност: Проверете повърхностите на раменете спрямо базовата ос с индикаторно движение или чрез сглобяване на свързващи компоненти по време на проверките на първия артикул. Всяко скосяване или отклонение на инструмента ще се прояви като неперпендикулярни рамена.

Грапавост на повърхността и счупвания на ръбовете

• Целеви показатели за довършителни работи: Функционалните повърхности за лагери и уплътнения обикновено изискват по-гладки довършителни работи от некритичните повърхности. Постигнете целевия Ra чрез подходящ радиус на върха, довършителни проходи и, ако е необходимо, леко полиране, като се гарантира, че няма размерно отклонение.
• Счупване на ръбове: Освен ако не е посочен остър ъгъл, контролирана фаска или малък радиус защитават ръбовете, улесняват сглобяването и намаляват риска от образуване на мустаци по време на експлоатация.

Дефекти и решения при струговане

При стъпковото струговане, малките проблеми с настройката бързо стават очевидни като грешки в размера, вибрации или дефекти на рамото. Краткият наръчник е от съществено значение за разрешаването им.

Стъпки с голям/малък размер

Основните причини за грешки в размерите включват неправилни отмествания на инструмента, термично нарастване, непостоянна измервателна сила или извършване на пружинни разрези, които не успяват да отстранят материал. За да коригирате това, дооформете инструментите, позволете на детайла и инструмента да достигнат термично равновесие и използвайте постоянна микрометрична техника. Винаги оставяйте предвидим припуск за довършителна обработка и проверявайте действителното натоварване на стружката, за да избегнете непродуктивни “въздушни разрези”.”

Вибрация, конусност и износване на инструмента

Тракането се разрешава чрез намаляване на издатината на инструмента и детайла, добавяне на опора със задно седло или постоянен люнет и леко увеличаване на подаването или намаляване на скоростта, за да се излезе от резонансната зона. Преминаването към по-остра пластина с положителен наклон също помага. Конусността изисква проверка на подравняването на задното седло, проверка на биенето на шпиндела или патронника и гарантиране, че инструментът е настроен точно на височината на центъра. При CNC машини проверете стойностите на компенсацията и термичните отмествания. Износването на инструмента е от решаващо значение, тъй като стъпаловидните профили нанасят вреда на затъпените инструменти при входа на рамото. Важно е да се следи животът на инструмента, да се сменят пластините своевременно и да се проверява режещият ръб за микроотчупвания, които заоблят рамената.

Неравности и лош завършек на плешката

Тези дефекти обикновено се причиняват от тъпи инструменти, прекомерен радиус на върха на детайла или триене от твърде леко подаване близо до рамото. Решенията са да се използва по-малък радиус на върха за остри рамена, да се поддържа постоянно подаване за финишна обработка в рамото и да се извърши леко почистване на предната част.

Безопасност и контрол на стружките

Винаги дръжте предпазителите на място, носете предпазни очила и използвайте кука или четка за стружки – никога ръце – за отстраняване на стружки. Разрезите по раменете могат да изхвърлят горещи, накъдрени стружки към оператора, затова нанесете охлаждаща течност или регулирайте геометрията на стружкочупещия механизъм, за да контролирате потока им. Винаги правете пауза, за да отстраните стружките, преди да измервате близо до раменете.

Как стъпковото струговане се сравнява със свързани операции

Стъпковото струговане често се обсъжда заедно с няколко съседни операции. Разбирането на разликите избягва грешки при моделиране или програмиране.

Право струговане, каналиране и челно обработване

• Право завиванеТова се отнася до създаването на един, постоянен диаметър по дължината на детайла. Стъпковото струговане може да се разглежда като множество случаи на праволинейно струговане, извършени в различни аксиални позиции, за да се създадат стъпаловидни диаметри.
• Изрязване на каналиСъздава тесни вдлъбнати елементи или релефи, а не широки промени в диаметъра. Стъпаловидно струговане може да се извършва с канали, за да се осигурят релефи в основата на рамото или за задържащи пръстени.
• ОблицовкаОформя квадратно края на работата или лицевата страна на рамото. Допълва стъпковото завъртане, за да финализира дължините на стъпките и завършването на рамото.

Конично струговане и формообразно струговане

• Конусовидно струговане: Създава постепенен, коничен преход, а не рязко рамо. Използвайте конуси за сглобки с натягане или елементи за подравняване, където стъпаловидна промяна би била твърде рязка.
• Струговане на форми: Използва специални инструменти или CNC профили за генериране на сложни контури. Може да включва стъпки в по-сложна форма, но целта е нелинейна геометрия, а не отделни плоски повърхности.

Съображения за CNC срещу ръчно машинно обработване

• CNC стругове: Предлагат повторяемост, лесно последователно изпълнение на множество стъпки, фиксирани цикли и точни позиции на рамената в партиди. Идеални за валове с множество диаметри, с строги допуски и изисквания за документация.
• Ръчни стругове: Идеални за прототипи или малки обеми, когато опитен оператор може да очертае преходи, да настрои ограничители и да измерва често. Успехът зависи от внимателно маркиране, последователна техника и дисциплинирани проверки по време на процеса.

Заключение

Стъпковото струговане е основна техника за обработка, използвана за създаване на части с множество диаметри и прецизни рамена в една ефективна настройка. Ключовото ѝ предимство е осигуряването на точни размери и взаимовръзки между елементите, което е от съществено значение за части, които трябва да паснат правилно с други компоненти.

Овладяването на този процес изисква разбиране на целия работен процес на обработка, от планирането до проверката. Като универсално и важно умение, владеенето на стъпковото струговане формира основата за по-сложни задачи по обработка и е от решаващо значение за производството на стъпаловидни части, които се срещат в повечето механични сглобки.

Често задавани въпроси