Одной из таких технологий, которая дополняет механическую обработку, является микрообработка. Микрообработка - это развивающийся рынок, который может обеспечить конкурентоспособное лидерство по сравнению с теми, у кого мало или вообще нет опыта работы с небольшими деталями.
К сожалению, технология для микро-фрезерования отличается от обычной обработки.
Однако, в отличие от традиционного фрезерования, которое прощает отклонения в работе станка, для микростанка требуется более жесткое соотношение качества в каждом узле. Другими словами, если есть небольшая проблема со шпинделем, возможно, это окажет негативное влияние на качество детали и может привести к полному сбою. Для микро-фрезерования каждый узел имеет решающее значение при создании хорошей микрообработанной детали.
Геометрия станка играет важную роль в общей производительности оборудования. Она будет определять жесткость, точность, термическую стабильность, демпфирующие свойства, объем работы и простоту использования оператором. Двумя наиболее популярными типами вертикальной ЧПУ являются мостовая и C-рамы конструкция , каждая из которых предлагает различные плюсы и минусы.
Конструкция C-рамы ЧПУ
Конструкция C-рамы обычно обеспечивает лучшую жесткость при микрообработке, поскольку жесткость непосредственно влияет на точность. В конструкции C-рамы единственной движущейся осью является ось Z, таким образом, меньший вес обеспечивает лучшую динамическую жесткость. Жесткость уменьшается в C-кадрах, когда длина перемещения Z увеличивается. Идеальная конструкция C-рамы - это та, которая имеет подходящий баланс между жесткостью конструкции и длиной хода Z.
Мостовая конструкция ЧПУ
При построении моста и оси X и Z подвешены над осью X. Таким образом, мост несет большее количество веса, предлагая менее динамическую жесткость для микрообработки. Большинство мостовых конструкций лучше подходят для высокоскоростной обработки средних и больших деталей, где обычно требуется максимальное перемещение по Z.
Одним из наиболее разрушительных свойств механической обработки мелких и точных деталей является вибрация. Подобно жесткости, демпфирование является критическим элементом, который необходимо контролировать во время микрообработки. Станки с увеличенным демфиром поглотят больше вибраций, вызванных обработкой. Рамы многих станков построены с использованием чугунных или стальных станин.К сожалению, эти типы конструкционных материалов не подходят для микрообработки. Наиболее подходящим материалом станин станков для микрообработки является полимерный бетон. Полимерный бетон часто обеспечивает в 10 раз большее поглощение вибраций, чем чугун. Полимерный бетон также обеспечивает превосходную динамическую и статическую жесткость, чем чугун, и обладает существенно лучшими свойствами термостабильности, которые имеют решающее значение для достижения точности деталей.
Система направляющих станка
Система направляющих включает в себя несущие узлы, которые поддерживают шпиндель и стол, а также их движения. Существуют две основные системы направляющих: коробки (иногда называемые гидродинамические направляющие) и линейные направляющие. Каждая система имеет свои положительные и отрицательные характеристики.
К сожалению, один тип системы не подходит для всех деталей. Коробчатые используются на большом количестве станков и чаще всего встречаются в больших обрабатывающих центрах для обработки металла. Из-за их конструкции, коробчатые направляющие проблематичны для достижения экстремальной точности, где требуется движение с низким трением. Линейная система направляющих является хорошим выбором для микро-фрезерного ЧПУ. Они обеспечивают низкое статическое и динамическое трение и хорошо подходят для высокой степени многоосевого и сложного движения.
Привод станка
Важное значение имеет то, как привод и сервомоторы работают вместе, чтобы обеспечить точное движение, чтобы создавать миниатюрные 3D-детали. Устройства обратной связи, такие как стеклянные каретки и датчики двигателя, размещаются на станках для определения положения.
Многие производители станков используют только вращающиеся кодировщики для определения фактического положения оси. Однако поворотные датчики определяют только дистанционное перемещение или скорость движения и не учитывают люфт, износ или термические изменения. Чтобы уменьшить эти геометрические изменениям и обеспечить наиболее точное положение оси, стеклянные каретки располагаются рядом с направляющими, чтобы обеспечить дополнительную обратную связь с элементом управления.
За последние годы технология шпинделей прошла долгий путь. На рынке существует множество типов шпинделей: приводной, приводной, моторизованный, пневматический и гидростатический. Более распространенными шпинделями с высокой частотой вращения являются моторизованные шпиндели. Моторизованный шпиндель с 160K-оборотов был неслыханным всего несколько лет назад.
Инструмент для микрообработки
Обычно инструмент диаметром 6 мм считается большим, а инструмент диаметром 0,3 мм считается довольно небольшим. В этом диапазоне шпиндель 50 000 об / мин является самым лучшим решением.
Моторизованные шпиндели имеют две основные формы: разомкнутый или замкнутый контур. Шпиндель с замкнутым контуром обычно называют векторным шпинделем.Шпиндели с открытыми контурами обычно используются, когда силы резания относительно малы, например, при микрообработке. Они также менее дороги, но имеют ряд недостатков. Шпиндели с открытым контуром не имеют обратной связи с датчиком. Поэтому операции, такие как нарезание резьбы и ориентация шпинделя, ими не поддерживаются. Кроме того, соотношение между минимальной и максимальной скоростью вращения шпинделя ограничено. Например, шпиндель с открытым контуром до 40 000 об / мин может иметь минимальную скорость вращения только на 2K.
Идеальным шпинделем для микрообработки является шпиндель с замкнутым контуром или вектором. Они предлагают диапазон оборотов, полный крутящий момент на низких скоростях, возможности нарезания резьбы и ориентацию шпинделя. Хорошо спроектированный векторный шпиндель на микро-фрезерном станке будет обладать большой гибкостью, а также способностью обрабатывать даже самые труднообрабатываемые материалы.
Интерфейс патрона и шпинделя
Интерфейс инструмента и шпинделя представляет собой конфигурацию между шпинделем и держателем инструмента. Существует множество различных интерфейсов инструмента для фрезерования. Некоторые из наиболее распространенных из них называются коническими патронами, такими как CAT, BT и ISO. Они используются на большинстве фрезерных станков и имеют различные размеры. Другой тип интерфейса называется HSK. Инструмент HSK применяется для высокоскоростных шпинделей и для использования в высокоточных обрабатывающих центрах.
Конические держатели инструмента устанавливают свое осевое положение в шпинделе через сопряжение двух конусов. Одним из недостатков этого интерфейса является то, что по мере увеличения скоростей шпинделя вал шпинделя имеет тенденцию расширяться из-за центробежной силы и тепловых эффектов. Когда это происходит, конус держателя инструмента может быть дополнительно вытянут в шпиндель, тем самым вызывая ряд проблем, включая неточности в движении по оси Z.
Поскольку микро-фрезерование использует высокие обороты, конические держатели инструмента не являются идеальным патроном.
Патроны HSK предлагают ряд преимуществ для высокоскоростных шпинделей и, таким образом, являются предпочтительным выбором для микромашинных станков. Держатели HSK удерживаются в шпинделе с помощью набора внутренних захватов, расположенных внутри шпинделя.
По мере увеличения скоростей вращения контакт металл-металл между держателем инструмента и шпинделем поддерживается потому, что центробежные силы заставляют внутренние захваты захватывать внутри держателя инструмента, прижимая его к внутренней стороне вала шпинделя. Инструмент HSK также представляет собой двухконтактный интерфейс. Он размещается как на мелководном конусе, так и на фланце, создавая жесткую точность посадки как для осевых, так и радиальных сил резания.
Эта точность позволяет интерфейсу иметь превосходные условия биения по сравнению с крутыми конусообразными инструментами. При работе с очень маленькими фрезами погрешности биения могут привести к преждевременному отказу фрезы. Кроме того, чрезмерное биение может также уменьшить продолжительность жизни шпинделя. Для микро-фрезерных станков идеальная погрешность не должна превышать 1 микрон.
Технология CNC
Технология управления - это еще одна область на станке, которая достигла прогресса. Благодаря передовым аппаратным и программным технологиям современные средства управления ЧПУ являются быстрыми и мощными.
Существует ряд важных аспектов, касающихся технологии управления, которые можно здесь назвать: интерфейс управления, управление движением и обратную связь, скорость обработки и поддержку. Интерфейс управления не кажется логической проблемой, но высокотехнологичные станки требуют высокотехнологичного управления, а большинство высокотехнологичных элементов управления имеют множество функций.
Эти функции могут быть весьма сложными для конечного пользователя. Интерфейс должен быть логически прост в использовании, но достаточно гибким, чтобы обрабатывать даже самые сложные результаты инструментальных средств из любой системы CAD / CAM.
Поскольку траектории микро-фрезерных инструментов могут быть сложными, содержащими тысячи блоков информации, важно, чтобы элемент управления мог принимать несколько типов носителей данных вместе с Ethernet-соединением. Управление движением и обратная связь имеют решающее значение для прецизионных микро-фрезерования. Контроллер должен иметь возможность быстро обрабатывать сложные данные высокой плотности и иметь возможность точно управлять движением по оси.
Вспомогательные компоненты
Во время фрезерования режущие инструменты необходимо измерять как по размеру, так и по диаметру. Эта информация возвращается к управлению для компенсации смещения пути инструмента.
Измерительные инструменты, которые трудно увидеть человеческим глазом, практически невозможно измерить механически. Многие станки используют лазерные измерительные приборы для автоматического измерения длины и диаметра инструмента с помощью небольшого лазерного луча света. С помощью лазерной измерительной системы можно измерить размеры до 40 мкм.
Малые детали и приспособления могут быть сложными для наладки. Использование сенсорного датчика может упростить настройку микро-фрезерного станка. Автоматическое центрирование, обнуление деталей и выравнивание деталей могут использоваться для быстрого определения ориентации детали. Кроме того, измерение детали также может быть выполнено с использованием многих подпрограмм сенсорного датчика, которые обычно имеется на элементах управления, которые имеют измерение.
Если у Вас есть вопросы пишите в комментариях, я на них обязательно отвечу.
