Durch die Kombination des Endflächennutfräsers mit dem Brückenbohrfräserkörper wird ein Spezialwerkzeug zum Endflächennuten entwickelt und hergestellt, das den Endfräser ersetzt, und die Endflächennuten großer Strukturteile werden durch Bohren statt bearbeitet Fräsen auf dem CNC-Doppelseiten-Bohr- und Fräsbearbeitungszentrum.
Nach der Prozessoptimierung wird die Bearbeitungszeit der Stirnflächennuten erheblich verkürzt, was eine effiziente Bearbeitungsmethode für die Bearbeitung der Stirnflächennuten großer Strukturteile auf dem Bohr- und Fräsbearbeitungszentrum bietet.
01 Einführung
In den großen Strukturbauteilen von Maschinenbaumaschinen (siehe Abbildung 1) sind im Gehäuse häufig Rillen an den Endflächen zu finden. Beispielsweise hat die Endflächennut, die in der „Ⅰ vergrößerten“ Ansicht im GG-Abschnitt von Abbildung 1 dargestellt ist, bestimmte Abmessungen: einen Innendurchmesser von 350 mm, einen Außendurchmesser von 365 mm, eine Nutbreite von 7,5 mm und eine Nuttiefe von 4,6 mm.
Angesichts der entscheidenden Rolle der Stirnflächennut bei der Abdichtung und anderen mechanischen Funktionen ist es wichtig, eine hohe Bearbeitungs- und Positionsgenauigkeit zu erreichen [1]. Daher ist eine Nachbearbeitung der Strukturbauteile nach dem Schweißen erforderlich, um sicherzustellen, dass die Endflächennut den in der Zeichnung angegebenen Größenanforderungen entspricht.
Die Stirnnut eines rotierenden Werkstücks wird typischerweise mit einer Drehmaschine mit Stirnnutfräser bearbeitet. Diese Methode ist in den meisten Fällen effizient.
Für große Strukturteile mit komplexen Formen ist der Einsatz einer Drehmaschine jedoch nicht möglich. In solchen Fällen wird zur Bearbeitung der Stirnflächennut ein Bohr- und Fräsbearbeitungszentrum eingesetzt.
Die Bearbeitungstechnologie für das Werkstück in Abbildung 1 wurde durch den Einsatz von Bohren statt Fräsen optimiert und verbessert, was zu einer deutlich verbesserten Effizienz bei der Bearbeitung von Stirnnuten führt.
02 Optimieren Sie die Technologie zur Bearbeitung der Stirnrillen
Das Material des in Abbildung 1 dargestellten Strukturteils ist SCSiMn2H. Als Anlage zur Stirnflächennutbearbeitung kommt ein CNC-Doppelseiten-Bohr- und Fräsbearbeitungszentrum mit dem Betriebssystem Siemens 840D sl zum Einsatz. Das verwendete Werkzeug ist ein Schaftfräser mit einem Durchmesser von 6 mm und die verwendete Kühlmethode ist Ölnebelkühlung.
Bearbeitungstechnik für Endflächennuten: Der Prozess umfasst die Verwendung eines integrierten Schaftfräsers mit einem Durchmesser von 6 mm für das Spiralinterpolationsfräsen (siehe Abbildung 2). Zunächst wird grob gefräst, um eine Nuttiefe von 2 mm zu erreichen. Anschließend wird eine Nuttiefe von 4 mm erreicht, sodass 0,6 mm für das Feinfräsen der Nut übrig bleiben. Das Grobfräsprogramm ist in Tabelle 1 aufgeführt. Das Feinfräsen kann durch Anpassen der Schnittparameter und Spiralinterpolationskoordinatenwerte im Programm durchgeführt werden. Die Schnittparameter für Grobfräsen und FeinfräsenCNC-Fräspräzisionsind in Tabelle 2 aufgeführt.
Abbildung 2 Schaftfräsen mit Spiralinterpolation zum Schneiden der Endflächennut
Tabelle 2 Schnittparameter für das Stirnschlitzfräsen
Basierend auf der Verarbeitungstechnologie und den Verfahren wird ein Schaftfräser mit einem Durchmesser von 6 mm verwendet, um einen Stirnschlitz mit einer Breite von 7,5 mm zu fräsen. Für das Grobfräsen sind 6 Umdrehungen der Spiralinterpolation und für das Feinfräsen 3 Umdrehungen erforderlich. Das Grobfräsen mit dem großen Schlitzdurchmesser dauert etwa 19 Minuten pro Umdrehung, während das Feinfräsen etwa 14 Minuten pro Umdrehung dauert. Die Gesamtzeit für das Grob- und Feinfräsen beträgt ca. 156 Minuten. Die Effizienz des Spiralinterpolationsnutfräsens ist gering, was darauf hinweist, dass eine Prozessoptimierung und -verbesserung erforderlich ist.
03 Optimieren Sie die Technologie zur Bearbeitung der Stirnrillen
Bei der Stirnnutbearbeitung auf einer Drehmaschine dreht sich das Werkstück, während der Stirnnutfräser einen axialen Vorschub durchführt. Sobald die vorgegebene Nuttiefe erreicht ist, wird die stirnseitige Nut durch radialen Vorschub aufgeweitet.
Für die Stirnflächennutbearbeitung auf einem Bohr- und Fräsbearbeitungszentrum kann durch die Kombination des Stirnflächennutfräsers und des Brückenbohrfräserkörpers ein Spezialwerkzeug konstruiert werden. In diesem Fall bleibt das Werkstück stationär, während das Spezialwerkzeug rotiert und einen axialen Vorschub durchführt, um die stirnseitige Nutbearbeitung abzuschließen. Diese Methode wird als Bohrnutbearbeitung bezeichnet.
Abbildung 3 Endflächennutfräser
Abbildung 4 Schematische Darstellung des Bearbeitungsprinzips der Stirnflächennut auf einer Drehmaschine
Die Präzision mechanischer Teile, die von maschinell eingespannten Messern in CNC-Bohr- und Fräsbearbeitungszentren bearbeitet werden, kann im Allgemeinen die Niveaus IT7 und IT6 erreichen. Darüber hinaus verfügen die neuen Nutklingen über eine spezielle Rückenwinkelstruktur und sind scharf, was den Schnittwiderstand und die Vibration reduziert. Die bei der Bearbeitung entstehenden Späne können schnell von der Maschine wegfliegenBearbeitete ProdukteOberfläche, was zu einer höheren Oberflächenqualität führt.
Die Oberflächenqualität der gefrästen Innenlochnut kann durch die Anpassung verschiedener Schnittparameter wie Vorschubgeschwindigkeit und Geschwindigkeit gesteuert werden. Die Präzision der Stirnflächennut, die vom Bearbeitungszentrum mit einem speziellen Nutfräser bearbeitet wird, kann die Anforderungen an die Zeichnungsgenauigkeit erfüllen.
3.1 Aufbau eines Spezialwerkzeugs zur Plannutbearbeitung
Der Entwurf in Abbildung 5 zeigt ein Spezialwerkzeug zur Bearbeitung von Stirnnuten, ähnlich einem Brückenbohrwerkzeug. Das Werkzeug besteht aus einem Brückenbohrwerkzeugkörper, einem Schieber und einem nicht standardmäßigen Werkzeughalter. Der nicht standardmäßige Werkzeughalter besteht aus einem Werkzeughalter, einem Werkzeughalter und einem Nutmesser.
Der Brückenbohrwerkzeugkörper und der Schieber sind Standardwerkzeugzubehör, und nur der nicht standardmäßige Werkzeughalter, wie in Abbildung 6 dargestellt, muss entworfen werden. Wählen Sie ein geeignetes Nutklingenmodell, montieren Sie die Nutklinge auf dem Plannut-Werkzeughalter, befestigen Sie den nicht standardmäßigen Werkzeughalter am Schieber und stellen Sie den Durchmesser des Plannut-Werkzeugs durch Bewegen des Schiebers ein.
Abbildung 5 Aufbau eines Spezialwerkzeugs zur Stirnflächennutbearbeitung
3.2 Bearbeitung der Stirnflächennut mit Spezialwerkzeug
Das Spezialwerkzeug für die Bearbeitung der Stirnflächennut ist in Abbildung 7 dargestellt. Stellen Sie das Werkzeug mit dem Werkzeugeinstellinstrument durch Bewegen des Schiebers auf den entsprechenden Nutdurchmesser ein. Notieren Sie die Werkzeuglänge und geben Sie den Werkzeugdurchmesser und die Werkzeuglänge in die entsprechende Tabelle auf dem Maschinenbedienfeld ein. Nachdem Sie das Werkstück getestet und sichergestellt haben, dass die Messungen korrekt sind, verwenden Sie den Bohrvorgang gemäß dem Bearbeitungsprogramm in Tabelle 3 (siehe Abbildung 8).
Das CNC-Programm steuert die Nuttiefe und die Grobbearbeitung der Endflächennut kann in einer Bohrung abgeschlossen werden. Messen Sie nach der Grobbearbeitung die Nutgröße und fräsen Sie die Nut fein, indem Sie die Schnitt- und Festzyklusparameter anpassen. Die Schnittparameter für die Bearbeitung der Endflächennuten sind in Tabelle 4 aufgeführt. Die Bearbeitungszeit der Endflächennuten beträgt etwa 2 Minuten.
Bild 7 Spezialwerkzeug zur stirnseitigen Nutbearbeitung
Tabelle 3 Verfahren zum Bohren von Endflächennuten
Abbildung 8 Nutbohrung an der Stirnseite
Tabelle 4 Schnittparameter für das Stirnlochbohren
3.3 Umsetzungseffekt nach Prozessoptimierung
Nach der Optimierung desCNC-FertigungsprozessDie Bohrbearbeitungsüberprüfung der Stirnflächennut von 5 Werkstücken wurde kontinuierlich durchgeführt. Die Inspektion der Werkstücke ergab, dass die Bearbeitungsgenauigkeit der Stirnflächennuten den Konstruktionsanforderungen entsprach und die Inspektionserfolgsquote 100 % betrug.
Die Messdaten sind in Tabelle 5 aufgeführt. Nach einer langen Chargenverarbeitung und Qualitätsprüfung von 20 Endflächennuten von Kasten wurde bestätigt, dass die mit dieser Methode verarbeitete Endflächennutgenauigkeit den Zeichnungsanforderungen entspricht.
Das spezielle Bearbeitungswerkzeug für Stirnnuten ersetzt den integrierten Schaftfräser, um die Werkzeugsteifigkeit zu verbessern und die Schnittzeit deutlich zu verkürzen. Nach der Prozessoptimierung wird der Zeitaufwand für die Bearbeitung der Stirnflächennuten im Vergleich zu vor der Optimierung um 98,7 % reduziert, was zu einer deutlich verbesserten Bearbeitungseffizienz führt.
Die Nutklinge dieses Werkzeugs kann bei Verschleiß ausgetauscht werden. Im Vergleich zum integrierten Schaftfräser sind die Kosten geringer und die Lebensdauer länger. Die praktische Erfahrung hat gezeigt, dass das Verfahren zur Bearbeitung von Stirnnuten weit verbreitet gefördert und übernommen werden kann.
04 ENDE
Das Endflächen-Nutenschneidwerkzeug und der Brückenbohrfräserkörper werden kombiniert, um ein Spezialwerkzeug für die Endflächen-Nutenbearbeitung zu entwerfen und herzustellen. Die Endflächennuten großer Strukturteile werden durch Bohren im CNC-Bohr- und Fräsbearbeitungszentrum bearbeitet.
Dieses Verfahren ist innovativ und kostengünstig, mit einstellbarem Werkzeugdurchmesser, hoher Vielseitigkeit bei der stirnseitigen Nutbearbeitung und hervorragender Bearbeitungsleistung. Nach umfangreicher Produktionspraxis hat sich diese Technologie zur Bearbeitung von Stirnflächennuten als wertvoll erwiesen und kann als Referenz für die Bearbeitung von Stirnflächennuten ähnlicher Strukturteile auf Bohr- und Fräsbearbeitungszentren dienen.
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 25.09.2024