W tym artykule
Wiertanie CNC tworzy otwór; wytaczanie CNC powiększa lub dopasowuje istniejący już otwór. Są to często kolejne operacje wykonywane na jednym otworze, a nie konkurencyjne nazwy tego samego cięcia. Jeśli otwór wykonany wiertaniem spełnia już wszystkie wymagania dotyczące średnicy, położenia, głębokości, chropowatości powierzchni i jakości krawędzi, może stanowić gotowy otwór. Dodaj wytaczanie wtedy, gdy istniejąca ściana otworu wymaga kontrolowanej końcowej średnicy, kształtu, położenia lub chropowatości — i tylko wtedy, gdy wokół planowanego wytaczania pozostaje materiał do usunięcia przez narzędzie.
Przydatne porównanie zaczyna się od gotowego otworu, a nie od stwierdzenia, że jedna metoda jest kategorycznie dokładniejsza. Otwarz w luźnym pasowaniu pod śrubę oraz gniazdo łożyska w tej samej obudowie mogą wymagać różnych ścieżek technologicznych. Rozwiercanie, frezowanie kołowe oraz toczenie czoła (spot-facing) mogą również rozwiązać określone fragmenty problemu; wybór między nimi zależy od tego, który parametr rzeczywiście decyduje o możliwości montażu.
Wiercenie tworzy otwór; wytaczanie frezuje jego istniejącą ścianę
Standardowy wiertło podaje się wzdłuż osi otworu i skrawa na końcu swojego ostrza. Jego średnica określa nominalny wymiar otworu, podlegający rzeczywistym warunkom zastosowania: użytego wiertła, uchwytu, przedmiotu obrabianego oraz warunków wejścia i głębokości. Niektóre konstrukcje wiertła pozwalają powiększyć wcześniej przygotowany otwór, lecz ich metoda skrawania wzdłuż osi pozostaje nadal wierceniem. Sandvik Coromant wymienia średnicę otworu, jego głębokość oraz wymaganą jakość jako pierwsze kwestie do rozważenia przy wierceniu. [1]
Narzędzie do wytaczania usuwa materiał ze ścianki istniejącego otworu. Taki otwór mógł zostać wykonany przez wiercenie, frezowanie, odlew lub kucie; przed użyciem zwykłego narzędzia do wytaczania wewnątrz pełnego półfabrykatu (blanku) należy najpierw wykonać w nim otwór. Wytaczanie zgrubne usuwa większą część materiału ze ścianki, przygotowując ją do końcowej operacji. Wytaczanie dokładne dopasowuje pozostałą ściankę do wymaganej średnicy oraz stanu powierzchniowego, o ile układ zamocowania i narzędzie pozwalają na to. [2] [3]
Na centrum frezarsko-tokarskim obracająca się głowica wytaczająca może pracować na nieruchomym, zamocowanym korpusie. Na tokarce pręt wytaczający może frezować wnętrze obracającego się elementu. Te układy maszynowe różnią się od siebie, ale oba wymagają istnienia wcześniejszego otworu oraz wystarczającego dostępu narzędzia do jego wnętrza. Szerszy przewodnik po procesach obróbki skrawaniem obejmuje sąsiadujące rodziny procesów; wybór w tym przypadku dotyczy konkretnie tego, co powinno zostać wykonane z jednego otworu po jego wywierceniu.
Otwór wykonany wiertłem może już być gotowym celem technologicznym
Zacznij od określenia funkcji otworu w zespole. Otwarz przeznaczony na śrubę montażową musi umożliwiać przejście określonego elementu złącznego i zapewniać prawidłowe zestawienie części w zamierzonym położeniu. Kanał przepływu cieczy musi spełniać wymagania dotyczące przepływu, grubości ścianki oraz czystości. Żaden z tych przypadków nie wymaga automatycznie wykończonej powierzchni wytaczanej. Gniazdo sworznia lub łożyska stawia inne pytanie: współpracujący element może zależeć od średnicy wewnętrznej oraz jej relacji do innych cech części, a nie jedynie od istnienia otworu.
Dla każdego otworu porównaj rzeczywisty wynik wiercenia z pełnym wymaganiem zawartym na rysunku. Trasa wyłącznie wiertnicza jest uzasadniona, gdy wynik spełnia określone limity średnicy, położenia, użytecznej głębokości oraz stanu powierzchni i krawędzi. Nie wystarczy stwierdzić „wiertło ma nominalnie odpowiednią średnicę” – nominalna średnica wiertła to oznaczenie narzędzia, podczas gdy zaakceptowany otwór to zmierzona cecha elementu. Stan powierzchni wejścia i wyjścia, usuwanie wiórków oraz niepodparta długość narzędzia mogą wpływać na końcowy kształt otworu. Wskazówki Sandvika dotyczące wiercenia rozróżniają otwory montażowe (dla śrub) od otworów o dobrej dopasowaniu oraz innych funkcji właśnie z tego powodu. [1]
Przeciwieństwem tej skrótu jest wytaczanie każdego otworu na rysunku „precyzyjnym”. Dodaje to drugi etap cięcia i weryfikacji bez poprawy cechy luzu, której istniejący wynik już spełnia swoje wymagania. Jeśli problemem jest położenie względem punktu odniesienia, najpierw należy sprawdzić, czy rzeczywiście wywiercony otwór nie spełnia tego wymogu lokalizacji; nie należy zastępować decyzji dotyczącej położenia operacją obróbki powierzchni. Przewodnik po maszynach CNC do wiercenia omawia wybór maszyny oraz układu otworów; obecna decyzja dotyczy tego, czy każdy wyprodukowany otwór wymaga dalszej obróbki.
Wybierz metodę obróbki na podstawie nieukończonego wymiaru lub cechy
Następujące ścieżki mają tę samą podstawę porównania: jaki otwór istnieje, który ukończony element ma znaczenie oraz co właściwie może zmienić zaproponowana dodatkowa operacja. Są to alternatywy dla określonego warunku, a nie uporządkowanie od najtańszego do najdroższego lub od szorstkiego do precyzyjnego.
| Stan wyjściowy i wymagany stan końcowy | Trasa do rozważenia | Granica, którą można zmienić |
|---|---|---|
| Materiał w postaci pełnego pręta; otwór montażowy, którego wykonany wiertłem rozmiar, położenie oraz stan krawędzi już spełniają wymagania | Wiert i sprawdź | Nie jest wymagana żadna operacja wykańczania ścianek dla zaakceptowanej cechy luzu |
| Otwór przygotowany; ścislejszy średnica lub powierzchnia, przy założeniu, że jego istniejąca oś jest już akceptowalna | Rozwiercić przygotowany otwór | Rozwiercanie nie jest niezawodną metodą przemieszczenia lub wyprostowania pierwotnego otworu |
| Istniejące mniejsze otwór; gotowy otwór wytaczany musi spełniać określoną średnicę oraz osie związane z odniesieniem | Otwórz, a następnie wykonaj wytaczanie przejściowe/końcowe zgodnie z potrzebami | Wymagane są ciągłe zapasy materiału, dostęp do narzędzi oraz stabilne ustawienie punktu odniesienia |
| Dostępny okrągły element geometryczny, odpowiedni do ścieżki programowej mniejszego freza | Frezowanie kołowe lub helikalne | Wprowadzenie, średnica, głębokość i zasięg narzędzia muszą być dopasowane do tej ścieżki |
| Wiercony otwór na element mocujący; tylko powierzchnia oporu główki śruby wymaga lokalnej płaszczyzny | Wiertro, a następnie wykonaj frezowanie czołowe gniazda | Nie dokonywać wytaczania wykończeniowego całej ścianki o pełnym luzie pod wymóg powierzchni osadzania |
Tabela nie oznacza, że rozwiertak, głowica wytaczająca lub frez są jedynymi możliwymi narzędziami do każdej geometrii. Określa ona, która operacja wymaga oceny po ustaleniu wymagań funkcjonalnych. Dane aplikacyjne konkretnego dostawcy narzędzi oraz rzeczywiste kryteria akceptacji danej części zawężają następnie wybór. [2] [4] [5]
Wytaczanie wymaga otworu początkowego, materiału do skrawania oraz pełnego dostępu na głębokość
Zaplanowana końcowa wytaczana powierzchnia ma oś symetrii i końcowy średnicę. Otwór początkowy musi być mniejszy w każdym istotnym przekroju, z wystarczającą grubością ścianki po najcieńszej jego stronie na zaplanowane przejścia roughingowe i finishingowe. Jego otwór wejściowy musi również umożliwiać wprowadzenie korpusu narzędzia, a narzędzie musi osiągnąć pełną funkcjonalną długość wytaczanej powierzchni bez kolizji ze stopkami lub sąsiednimi cechami geometrycznymi. Nominalnie wystarczająco duży otwór u wylotu nie stanowi dowodu na wystarczającą ilość materiału (stock) w głębszych partiach detalu.
Załóżmy, że obudowa ma otwór roboczy pod gniazdo łożyska. Jeśli ściana jest nieregularna lub ilość materiału do usunięcia jest znaczna, operacja wytaczania roboczego może utworzyć bardziej jednolity otwór przedwstępny przed wytaczaniem wykończeniowym. Jeśli otwór jest już odpowiedni dla narzędzia wykończeniowego, osobny przebieg roboczy może nie przynieść żadnej wartości. Wskazówki Sandvik dotyczące wytaczania oddzielają usuwanie materiału na etapie roboczym od końcowej operacji z małymi głębokościami skrawania; zalecają również projektantom, aby uwzględnili głębokość, tolerancję, położenie, prostoliniowość, ściany przerywane, stabilność uchwytu oraz długość wystającego narzędzia. [2] [3]
Duża długość wychylenia i elastyczne narzędzie mogą pogorszyć właśnie średnicę lub wykończenie, które druga operacja ma poprawić. W otworze mogą również występować otwór poprzeczny lub stopień przerywające frezowanie. To są pytania dotyczące doboru narzędzia i przygotowania stanowiska obróbkowego, a nie powody, dla których na rysunku należy zapisać „wytoczyć do wymiaru” i zakładać, że warsztat będzie w stanie tego dokonać. Z drugiej strony solidny otwór początkowy nie jest zawsze konieczny: rdzeń odlewniczy lub wcześniej frezowany otwór mogą stanowić wejście, pod warunkiem że ich stan i położenie pozostawiają obrabialną ścianę.
Otwór początkowy przesunięty względem osi może pozostawić zbyt cienką ścianę do skorygowania
Wytaczanie może ustalić nową oś gotowej części względem wybranego ustawienia wyłącznie poprzez usuwanie materiału. Nie może wypełnić obszaru, w którym początkowe otwarcie znajduje się już poza zamierzonym cylindrem gotowym. Jest to praktyczny limit ukryty za nieprecyzyjną instrukcją „wytoczenia” przesuniętego otworu. Zmierz lub w inny sposób scharakteryzuj istniejące otwarcie względem zamierzonej osi powiązanej z bazą, zanim zdecydujesz się, że przebieg wykańczający może go skorygować.
Dla dwóch idealnych, prostych otworów kołowych o równoległych osiach niech Df oznacza wymaganą końcową średnicę, Ds — średnicę otworu wyjściowego, a e — przesunięcie środków tych otworów w jednym przekroju. Najmniejsza dostępna grubość materiału w kierunku promieniowym w tym miejscu wynosi (Df − Ds)/2 − e. Jest to sprawdzenie geometryczne, a nie zalecana warstwa skrawania. Przy końcowej średnicy wytaczania 30 mm, średnicy otworu wyjściowego 28 mm i przesunięciu 0.6 mm najmniejsza warstwa nadmiaru wynosi (30 − 28)/2 − 0.6 = 0.4 mm. Zmiana wyłącznie przesunięcia na 1.2 mm daje wynik −0.2 mm: otwór wyjściowy przekracza zaproponowaną końcową granicę z jednej strony, więc żadna operacja wytaczania nie może pozostawić pełnej cylindrycznej ścianki o średnicy 30 mm wokół tej docelowej osi.
Dodatni wynik odpowiada wyłącznie na pytanie „czy materiał jest obecny w każdym miejscu tej idealnej sekcji?”. Nie dowodzi on, że narzędzie jest w stanie wykonać stabilnego cięcia, że pozostaje wystarczająca warstwa obróbkowa końcowej powierzchni, ani że otwór jest prosty na całej swojej głębokości. Szorstka odlewana lub wiercona otwarta może zmieniać swój rozmiar i położenie środka wzdłuż długości elementu. Należy ocenić najbardziej niekorzystną istotną sekcję, minimalne robocze cięcie wybranego narzędzia, końcową grubość ścianki oraz rzeczywiste punkty bazowania. Jeśli te parametry nie są spełnione, może być konieczna modyfikacja projektu lub półfabrykatu; dodanie kolejnego przejścia wykańczającego nie zastąpi brakującego materiału.
Rozwiercanie i frezowanie okrągłe rozwiązują różne problemy związane z otworami
Rozwiercanie jest operacją wykańczającą, gdy przygotowany otwór ma zadowalającą osiowość i wystarczającą ilość odpowiedniego materiału do obróbki wybranym rozwierakiem. Może poprawić wymiar i jakość powierzchni przy odpowiednim ustawieniu, jednak Sandvik Coromant wyraźnie stwierdza, że rozwiercanie nie powinno być traktowane jako sposób korekcji błędów położenia lub prostoliniowości wstępnie obrabianego otworu. Przesunięcie między tym otworem a rozwierakiem należy utrzymywać na możliwie niskim poziomie, aby uniknąć drgań. Jeśli kluczowym problemem jest lokalizacja osi końcowego otworu względem punktów odniesienia obudowy, to rozwieranie wzdłuż istniejącego otworu nie zastąpi prawidłowo zaplanowanej operacji wytaczania lub frezowania. [4]
Frezowanie kołowe lub helikalne wykorzystuje mniejszy wirujący frez poruszający się wokół zamierzonego konturu otworu. Może to być przydatne, gdy frez jest w stanie wejść do materiału, ominąć środek i dotrzeć do ścianki otworu po wykonalnej ścieżce; może też stanowić sposób poszerzenia już istniejącego, dostępnego otworu. Zaprogramowana ścieżka narzędzia zapewnia elastyczność w zakresie średnicy, ale końcowy wynik nadal zależy od ugięcia freza, sposobu zamocowania przedmiotu obrabianego oraz weryfikacji procesu. Przewodnik porównujący wiercenie i frezowanie otworów szczegółowo omawia mechanikę wprowadzania narzędzia i ścieżki jego ruchu. W niniejszym artykule wystarczy jedynie określenie konturu: otwór wykonany frezowaniem kołowym może zastąpić lub poprzedzić operację wytaczania, jednak określanie którejkolwiek z tych operacji jako „bardziej precyzyjnej” bez uwzględnienia wymagań dotyczących gotowego wyrobu oraz warunków procesowych nie stanowi uzasadnionej decyzji. [5]
Spotfacing jest bardziej zlokalizowaną operacją. Jeśli głowa śruby wymaga płaskiej powierzchni oporu na szorstkiej lub nachylonej powierzchni zewnętrznej, należy wykonać tę powierzchnię oporu wokół otworu; nie należy poszerzać i wykańczać całej cylindrycznej ścianki otworu wyłącznie z tego powodu. Counterbore (otwór stopniowy) lub otwór stopniowy może wymagać własnego średnicy i głębokości, a prawdziwa powierzchnia oporu łożyskowego może wymagać ciągłej, kontrolowanej geometrii ścianki. Te cechy mogą występować razem, ale ich akceptacja jest różna. Narzędzia do tylnego spotfacingu firmy BIG DAISHOWA ilustrują operację tworzenia powierzchni oporu dla śruby, która jest odmienna od wykańczania całej długości ścianki otworu. [6]
Korpus z otworami luzowanymi i gniazdem łożyska
Rozważ obudowę, która jest przykręcana do płyty i wspiera łożysko. Cztery otwory pod śruby zapewniają przede wszystkim przejście śrub oraz luz montażowy. Jeśli wiercenie daje otwory o dopuszczalnych wymiarach i położeniach, nie wymagają one dalszego wytaczania. Jeśli głowa śruby musi leżeć płasko na lokalnej powierzchni odlewu, można wykonać spotfacing (powierzchnię dociskową) tej strefy, podczas gdy ścianka otworu wykonanego wiertłem pozostaje bez zmian. Konieczność płaskiej powierzchni oporu nie przekształca otworu w otwór precyzyjny z ciasnym dopasowaniem.
Gniazdo łożyska centralnego ma inne przeznaczenie. Jego średnica i kształt wpływają na dopasowanie łożyska, podczas gdy jego oś może wymagać określonego położenia względem powierzchni montażowej oraz innych cech lokalizacyjnych. Dostęp można zapewnić otworem wywierconym lub odlanym. Wytaczanie warto dodać, jeśli początkowy otwór pozostawia ciągły warstwę materiału (stock) i ustawienie obrabiarki umożliwia osiągnięcie wymaganej osi końcowej oraz geometrii ścianki. Jeśli początkowy otwór jest zbyt bardzo przesunięty od środka, wspomniana powyżej kontrola geometrii może wykluczyć tę opcję jeszcze przed podaniem jakiegokolwiek zobowiązania do wytaczania wykończeniowego. Większa średnica końcowa może przywrócić brakującą warstwę materiału jedynie pod warunkiem, że uzyskane dopasowanie oraz grubość ścianki zewnętrznej pozostaną akceptowalne. W przeciwnym razie należy zmienić półfabrykat lub zaakceptowany projekt osi wytaczania oraz układu punktów odniesienia (datów).
Ten przykład nie oznacza, że każde gniazdo łożyska musi być wytaczane. Poprawnie przygotowane otwory mogą zostać rozwiercane, jeśli ich istniejąca oś jest wystarczająca, a narzędzie i zastosowanie to pozwalają. Większe, łatwo dostępne gniazda mogą być frezowane. Decyzja podejmowana jest na podstawie końcowego dopasowania i geometrii, a nie na podstawie etykiety „obudowa łożyska”.
Sprawdź wymiary, kształt i położenie jako osobne wyniki
Operację wykańczającą należy zweryfikować w odniesieniu do cechy, która ją uzasadnia. Dla gniazda łożyska zapisz podany średnicę wewnętrzną, w miejscu rzeczywistego styku z łożyskiem. Jeśli istotne są okrągłość, prostoliniowość lub stożkowość, metoda kontroli musi obejmować wystarczającą liczbę przekrojów i orientacji, aby ujawnić odpowiednią postać geometryczną, a nie jedno pomiarowe odczytanie tylko przy wejściu. Wskazówki Mitutoyo dotyczące głębokościomierzy wewnętrznych wyjaśniają, że pomiarowy przyrząd wewnętrzny mierzy średnicę i może ujawniać owalność oraz stożkowość przy odpowiednim zastosowaniu; pojedynczy odczyt z przyrządu nie określa wszystkich aspektów kształtu cylindra. [8]
Same tylko rozmiar nie określa położenia osi. Jeśli położenie lub orientacja otworu względem powierzchni montażowej ma wpływ na montaż, należy ustawić i sprawdzić te relacje odniesienia zgodnie ze specyfikacją rysunku. Standard ASME Y14.5 definiuje język wymiarów, elementów odniesienia, położenia oraz kształtu, ale jego publiczny zakres nie przypisuje tolerancji do tego korpusu — zadanie to musi wykonać rysunek. Otwór może mieścić się w granicach średnicy, a mimo to być nieprawidłowo umieszczony; osie poprawnie zlokalizowane mogą nadal mieć niedopuszczalną średnicę lub kształt ścianki. Przewodnik po tolerancjach obróbki CNC zawiera szczegółowe informacje na temat tych sterowań. [7]
Określ najkrótszą trasę prowadzącą do zaakceptowanego otworu
- Zdefiniuj gotowy element. Określ funkcję otworu, jego końcowy średnicę i głębokość oraz wszelkie zależności geometryczne, powierzchniowe, krawędziowe lub odniesienia do punktów odniesienia (datów), które wpływają na montaż. Otwór luzowany i gniazdo łożyska wymagają różnych odpowiedzi.
- Oceń rzeczywisty stan początkowy. Ustal, czy detal zaczyna się od materiału pełnego, wstępnie wiertionego, frezowanego lub odlewany. Dla planowanego wytaczania końcowego sprawdź najmniejszą pozostałą warstwę materiału wokół zamierzonej osi oraz możliwość pełnego zagłębienia narzędzia.
- Wybierz tworzenie i wykańczanie osobno. Wierć samodzielnie tam, gdzie przejście jest możliwe; dodaj wytaczanie tam, gdzie wymagana jest kontrolowalna powierzchnia boczna lub oś końcowa i jest to technicznie wykonalne. Stosuj rozwiercanie wyłącznie przy zaakceptowanej osi otworu wstępnie wykonanego; oceniaj frezowanie kołowe lub lokalne spotfacing, jeśli te metody rzeczywiście rozwiązują daną geometrię.
- Weryfikuj określone wyniki. Sprawdź średnicę i odpowiednie cechy kształtu na funkcjonalnej długości, a następnie oddzielnie sprawdź położenie lub orientację związane z bazą. Nie dodawaj operacji, której wynik nie jest ani wymagany, ani kontrolowany.
Porównanie kosztów staje się wtedy konkretne: porównaj dwie ścieżki technologiczne, które obie zapewniają zaakceptowane otwory, w tym ewentualne dodatkowe przejścia skrawające, wymianę narzędzi, przygotowanie stanowiska i kontrolę. Przebieg wytaczania może być niezbędny na powierzchni osadzenia łożyska, ale marnotrawny na sąsiadujących otworach luzowych. Nie ma uzasadnionej uniwersalnej zasady typu „wiercenie jest tańsze” ani „wytaczanie zapewnia większą dokładność”, jeśli nie uwzględnia się tego samego materiału, geometrii, ilości i kryteriów akceptacji.
Źródła techniczne
- Sandvik Coromant. Wiercenie otworu. Funkcje otworu, średnica, głębokość, jakość i uwarunkowania przygotowania stanowiska.
- Sandvik Coromant. Wytaczanie otworów. Definicja istniejącego otworu, operacje rough i finish, uwarunkowania zasięgu i stabilności narzędzia.
- Sandvik Coromant. Wykańczanie wytaczaniem. Wykańczanie istniejącego otworu pod kątem średnicy, położenia i chropowatości powierzchni; ugięcie narzędzia oraz ograniczenia aplikacyjne.
- Sandvik Coromant. Jak rozwiercać otwór. Stan surowca przed rozwiercaniem oraz ograniczenia dotyczące korekcji jego położenia lub prostoliniowości.
- Sandvik Coromant. Wzory i definicje frezowania. Frezowanie kołowe i helikalne wprowadzanie narzędzia jako odrębne, zaprogramowane ścieżki wykonywania otworów.
- BIG DAISHOWA. BF-CUTTER – frezarka do miejscowego frezowania powierzchni osadzenia elementów mocujących. Lokalna operacja frezowania powierzchni osadzenia elementów mocujących.
- ASME. Y14.5-2018 (R2024): Wymiarowanie i tolerancje. Publiczny zakres stosowania dla wymiarów, odniesień bazowych, położenia i kształtu.
- Mitutoyo. Miernik wewnętrzny – standardowy, 8 mm z wskaźnikiem, seria 511. Pomiar średnicy wewnętrznej oraz dwukontaktowe wykrywanie owalności i stożkowości.
