Gängfräsning i CNC-delbearbetning
Gängfräsning är en mycket mångsidig och exakt metod för att producera invändiga och utvändiga gängor på CNC-bearbetningscentra. Till skillnad från konventionell gängning använder gängfräsning ett roterande skärverktyg med en specifik gängprofil för att spiralinterpolera gängformen. Denna metod erbjuder överlägsen kontroll, flexibilitet och tillförlitlighet, särskilt för svåra material och kritiska applikationer.
Grundläggande principer
Gängfräsning fungerar på principen om spiralinterpolation - samtidig tre-axlig koordinerad rörelse där verktyget roterar kring sin egen axel medan verktygets centrum följer en spiralformad bana i X-Y-planet och Z--axeln går framåt med en hastighet som är synkroniserad med gängans ledning. Detta skapar gängprofilen genom höljet av verktygets skäreggar när den spiralerar genom arbetsstyckets material.
Typer av gängfräsningsverktyg
Gängfräsar av massiv hårdmetallär hel-profil eller partiell-fast verktyg som används för små till medelstora trådar som kräver hög precision.Vändtrådsfräsardesign med patroner i-stil med utbytbara skär, vilket gör dem idealiska för stora gängor och grovbearbetning där kostnadseffektivitet spelar roll.Fler-trådfräsartillåt ett enda verktyg att producera flera gängstigningar, vilket ger flexibilitet för jobbbutiker som vill minska verktygslagret.Enkel-gängfräsarhar en skäregg och kräver flera pass, lämplig för stora diametrar, anpassade stigningar och tunga grovbearbetningsapplikationer.
Gängfräsningsmetoder
Den cirkulära interpolationsmetoden är standardmetoden där klättringsfräsning är att föredra. Verktyget går in i det förborrade hålet radiellt och följer sedan en spiralformad bana. Under ingången sjunker verktyget till gängans startdjup och matas radiellt till skärdiametern. Den spiralformade skärfasen involverar 360-graders cirkulär rörelse med Z-matning per varv lika med gängstigningen. Slutligen går verktyget ut genom att dras tillbaka radiellt till mitten före Z-indragning.
För beräkning av verktygsbana är verktygsdiametern för invändiga gängor lika med den nominella diametern minus gängdjupet multiplicerat med två. Den spiralformade interpolationsradien är lika med den nominella diametern minus verktygsdiametern, dividerat med två.
Full-profilgängfräsning använder verktyg som matchar den exakta gängformen, som 60-graders enhetliga eller 55-graders Whitworth-profiler. Detta tillvägagångssätt fullbordar gängan i ett enda pass men kräver ett specifikt verktyg för varje stigning. Gängfräsning med delprofil använder verktyg som skär endast gängtopp och rot, vilket kräver flera radiella genomgångar, men ett verktyg kan täcka en rad stigningar.
Utvändig gängfräsning involverar antingen att rotera arbetsstycket på ett roterande bord med hjälp av en fjärde axel, eller att låta verktyget interpolera spiralformigt runt ett stationärt arbetsstycke. Denna metod används vanligtvis för stora axlar, ledarskruvar och snäckväxlar och kräver tillräckligt med utrymme runt arbetsstycket för åtkomst till verktyg.
Fördelar över tappning
Gängfräsning ger längre verktygslivslängd eftersom skärbelastningen fördelas över flera räfflor och passerar istället för att koncentreras på ett fåtal kanter. Chipkontroll är utmärkt och ger korta hanterbara marker snarare än de långa marker som riskerar att packas i kranar. Material mångsidighet sträcker sig till alla material inklusive härdat stål upp till HRC 65, medan gängning har begränsningar i tuffa legeringar.
Ett verktyg kan täcka ett antal diametrar för samma stigning, vilket erbjuder gängstorleksflexibilitet som gängningen inte kan matcha. I blindhål kan gängfräsning ge gängor ända till botten utan den ofullständiga gängzonen som gängtapparna kräver. Den resulterande trådkvaliteten har överlägsen ytfinish och exakt passform.
Om en gängfräs går sönder är återhämtningen lätt eftersom verktyget är mindre än gängdiametern. En trasig kran är svår att ta bort och kan sitta fast permanent. Gängfräsning kräver lägre vridmoment, vilket gör den bättre lämpad för stora gängor på maskiner med begränsad effekt. Samma verktyg kan producera både vänster-- och högergänga- genom att helt enkelt vända spindelriktningen, medan gängning kräver separata vänster-tappningar.
Kritiska processparametrar
Skärhastigheten varierar vanligtvis från 80 till 150 meter per minut för stål och 150 till 300 meter per minut för aluminium, med reduktioner för härdade material. Matning per tand ligger vanligtvis mellan 0,05 och 0,15 millimeter beroende på material och gängstigning. Z--axelns matning måste exakt matcha gängstigningen per varv för att bibehålla noggrannheten.
För verktyg med full-profil täcker det radiella ingreppet 100 procent av gängdjupet i en gång. Verktyg med partiell-profil använder radiella steg på 0,05 till 0,10 millimeter per passage.
Kraven för-bearbetning inkluderar borrning av ett hål med diameter ungefär lika med den nominella diametern minus stigningen, även om detta varierar beroende på gängstandard. Hålet måste vara rakt, korrekt-placerat och ha tillräckligt djup för gängan plus spelrum. En 45-graders avfasning eller försänkning vid hålingången underlättar verktygsinmatning och förhindrar gradbildning.
Grundläggande CNC-programmering
Ett typiskt Fanuc--stil G--kodprogram börjar med att positionera till hålets mitt, aktivera verktygslängdkompensation och kylvätska och sedan snabba upp till ett frigångsplan. Verktyget matar till gängstartdjupet, fräskompensation aktiveras under radiell närmande och spiralinterpolation utförs med lämpligt cirkulär rörelsekommando. Flera spiralformade öglor upprepas för önskad gänglängd, varefter kompensationen avbryts och verktyget dras tillbaka.
Viktiga programmeringsöverväganden inkluderar att välja rätt medurs eller moturs- spiralinterpolationsriktning för att matcha trådvisaren. Fräskompenseringen måste förbli aktiv under spiralrörelse. Pitchnoggrannheten beror på exakt synkronisering mellan spindelhastighet och Z--axelmatning. Gängfräsingång bör använda spiralformad eller rampinföring snarare än rak nedsänkning för att undvika verktygsskador.
Vanliga utmaningar och lösningar
Överdimensionerade eller underdimensionerade gängor orsakas vanligtvis av verktygsslitage, felaktig verktygsdiameterkompensation eller stigningsfel. Lösningen innebär att verifiera verktygets diameterinmatning, kontrollera slitageförskjutningar och kalibrera maskinen. Dålig ytfinish beror ofta på otillräcklig styvhet, slitna verktyg eller felaktiga hastigheter och matningar. För att åtgärda detta krävs att verktygets överhäng minskar, ökar styvheten och optimerar skärparametrarna.
Prat och vibrationer indikerar vanligtvis långa verktygsöverhäng, tunna väggar eller harmonisk resonans. Lösningarna inkluderar att använda det kortaste möjliga verktyget, minska skärdjupet och justera spindelhastigheten för att undvika resonansfrekvenser. Verktygsbrott vid ingång beror vanligtvis på rak radiell nedsänkning eller felaktiga ingångsvinklar. Användning av spiralformad rampingång och reducerad inmatningshastighet förhindrar detta fel. Avsmalnande gängor kan indikera maskingeometrifel, verktygsavböjning eller termisk tillväxt. Att kontrollera maskinens rakhet, genomföra grovbearbetning och finbearbetning och använda kylvätska löser dessa problem konsekvent.
Tillämpningar och industrier
Inom flygindustrin producerar gängfräsning titan och Inconel fästelement med kritiska toleranser. Olje- och gassektorn använder den här metoden för API-rörtrådar med stor-diameter och borrsträngsanslutningar. Fordonsapplikationer inkluderar motorblocksgängor och transmissionskomponenter. Medicinsk tillverkning förlitar sig på gängfräsning för benskruvar och implantatgängor i titan- eller PEEK-material. Form- och formindustrin tillverkar gängor i härdat verktygsstål upp till HRC 65 för ejektorstift. Allmänna maskintillämpningar omfattar anpassade gängor, reparationsarbete och prototyputveckling där flexibilitet är avgörande.
