A CNC precíziós megmunkálás szerepe a nagy teljesítményű elektromos szerszámalkatrészek gyártásában

Mi az a CNC precíziós megmunkálás

A CNC precíziós megmunkálás egy számítógép által vezérelt gyártási folyamat, amely vágószerszámok segítségével távolítja el az anyagokat a fém- vagy műanyag nyersdarabokról, így rendkívül szűk mérettűréssel rendelkező alkatrészeket állít elő, gyakran olyan finom, mint ±0,005 mm . A kézi megmunkálással ellentétben a CNC rendszerek a CAD modellekből generált digitális utasításokat (G-kód) követik, ami kiküszöböli az emberi hibákat, és lehetővé teszi az azonos alkatrészek ezerszeres reprodukálását eltérés nélkül.

Kifejezetten az elektromos kéziszerszámok gyártásához ezt az eljárást olyan fogaskerekek, tengelyek, házak, tokmányok és motorkomponensek létrehozására használják, amelyeknek ellenállniuk kell a magas fordulatszámnak, a vibrációnak és az ismétlődő mechanikai igénybevételnek. Mivel az elektromos kéziszerszámok folyamatos terhelés mellett működnek, még a fogaskerék vagy a csapágyülés 0,01 mm-es eltolódása is idő előtti meghibásodást okozhat, így a CNC precíziós megmunkálás a szokásos gyártási módszer, nem pedig opcionális frissítés.

Az ehhez a munkához használt modern CNC-rendszerek jellemzően 3, 4 vagy 5 tengelyen működnek egyidejűleg, a csúcskategóriás 5 tengelyes gépekkel egyetlen összeállításban képesek egy összetett hajtóműház levágására, amely egyébként négy vagy öt különálló kézi műveletet igényelne. Ez a beállítási csökkentés része annak, amiért a CNC megmunkálás lett az alapértelmezett választás minden olyan elektromos szerszám alkatrészénél, amely terhelést, forgást vagy beállítási követelményeket hordoz.

Miért bíznak az elektromos szerszámok gyártói a CNC megmunkálásban?

Az elektromos szerszámok, például a fúrók, sarokcsiszolók, ütvecsavarozók és körfűrészek tucatnyi egymásba illeszkedő fémalkatrészre támaszkodnak, amelyeknek közel nulla hézagváltozással kell egymáshoz illeszkedniük. A CNC precíziós megmunkálás négy alapvető gyártási igényt elégít ki, amelyeket más módszerek folyamatosan nehezen teljesítenek.

Megismételhetőség a nagy volumenű gyártás során

Egyetlen CNC program is előállítható 10.000 egyforma alkatrész 0,01 mm alatti méretkülönbséggel az egységek között, ami kritikus fontosságú olyan alkatrészek összeszerelésekor, mint a sebességváltók, ahol több tucat alkatrésznek kell holtjáték nélkül egymásba illeszkednie.

Anyag sokoldalúsága

A CNC gépek ugyanazon a gyártósoron válthatnak az alumínium, az edzett acél, a sárgaréz és a műszaki műanyagok között, ami azért számít, mert egyetlen elektromos szerszámban jellemzően acél fogaskerekek, alumínium ház és műanyag kioldómechanizmusok kombinálhatók.

Gyorsabb iteráció a termékfrissítésekhez

Egy CNC-program frissítése órákat vesz igénybe, nem heteket, mint a fröccsöntő szerszámok újraszerszámozása, ami lehetővé teszi a gyártók számára, hogy gyorsan felülvizsgálják az alkatrészterveket a prototípus készítése során, vagy amikor reagálnak a helyszíni hibajelentésekre.

Csökkentett másodlagos feldolgozás

A végső tűréshatárig megmunkált alkatrész gyakran teljesen kihagyja a további csiszolási vagy kézi illesztési lépéseket, ami egy tipikus sebességváltó-összeszerelősoron eltávolítja 2-4 kézi befejező művelet egységenként, és csökkenti a tételek közötti inkonzisztens illeszkedés esélyét.

Az elektromos szerszámok alkatrészeihez használt alapvető CNC-folyamatok

A különböző elektromos kéziszerszám-alkatrészek alakjának összetettségétől és a szükséges tűréstől függően eltérő megmunkálási eljárást igényelnek. Az alábbi táblázat összefoglalja a tipikus elektromos kéziszerszámok belső részein leggyakrabban alkalmazott folyamatokat.

A legtöbb elektromos kéziszerszám-hajtómű sorban legalább három ilyen folyamatot kombinál: a marás formálja a házat, az esztergálás és a köszörülés befejezi a forgó tengelyt, a fúrás pedig hozzáadja a rögzítő- és kenőnyílásokat a végső összeszerelés előtt.

CNC precíziós megmunkálású elektromos szerszámalkatrészekhez használt anyagok

Az anyagválasztás közvetlenül befolyásolja az elektromos szerszám súlyát, tartósságát és a súrlódásból származó hővel szembeni ellenállását. A következő anyagok fordulnak elő leggyakrabban a CNC-megmunkálású elektromos szerszám alkatrészekben.

• 4140 ötvözött acél – fogaskerekekhez és hajtótengelyekhez használják a nagy fáradtságállóság miatt ismétlődő nyomatékterhelés mellett
• 6061 alumínium – motorházakhoz és hajtóműházakhoz használják, ahol a súlycsökkentés fontos a kéziszerszámoknál
• Sárgaréz C360 – perselyekhez és csapágyperselyekhez, alacsony súrlódású, önkenő tulajdonságai miatt
• 303/304 rozsdamentes acél – nedvességnek vagy korrozív környezetnek kitett tokmány alkatrészekhez
• PEEK és Delrin műanyagok – elektromos szigetelést igénylő kioldószerkezetekhez és belső kapcsolóházakhoz használják
• 8620 tokban edzett acél – kemény külső felületet igénylő fogaskerekek fogakhoz, keményebb, ütéselnyelő maggal

Például egy akkumulátoros ütvecsavarozó általában 4140-es acélt használ a belső kalapácsszerkezetéhez, amelynek túl kell élnie. 2 millió becsapódási ciklus deformáció nélkül, míg a külső ház alumíniumból készült, hogy a szerszám össztömege 1,5 kg alatt maradjon. Az ehhez hasonló anyagválasztás ritkán önkényes; ez egy közvetlen kompromisszum az erő, a súly, a költség és az alkatrész várható terhelhetősége között.

CNC megmunkálással előállított kritikus elektromos szerszám-alkatrészek

A CNC megmunkálás szinte minden teherhordó vagy forgó alkatrészt érint az elektromos szerszám belsejében. Az alábbi alkatrészek azok, amelyeket leggyakrabban precíziós megmunkáló műhelyekbe adnak ki, nem pedig öntéssel vagy bélyegzéssel.

1. Sebességváltóházak és belső hajtóműkészletek
2. Motor tengelyek és armatúra orsók
3. Tokmánytestek és szorítópofák
4. Csapágyülések és perselyek
5. Tengelykapcsoló lemezek és nyomatékhatároló mechanizmusok
6. Kapcsolóházak és kioldókarok
7. Orsózárak és patronos adapterek

Ezek közül a fogaskerék-készletek követelik meg a legnagyobb pontosságot, mivel a rosszul beállított fogprofilok zajt, vibrációt és gyorsuló kopást okoznak; A jó hírű megmunkáló műhelyek a fogaskerekek fogainak tűréshatárait tartják be AGMA Class 10 vagy magasabb professzionális minőségű elektromos szerszámokhoz.

CNC megmunkálás vs egyéb gyártási módszerek

Az elektromos kéziszerszám-gyártók időnként mérlegelik a CNC-megmunkálást a présöntéssel, fémsajtolással vagy fröccsöntéssel szemben. Minden módszernek megvan a maga helye, de a helyes választás az alkatrész összetettségétől, a szükséges tűréstől és a gyártási mennyiségtől függ.

A présöntési és sajtolószerszámok költségesek lehetnek 15 000 és 80 000 dollár között Alkatrészenkénti tervezést és 6-10 hetet vesz igénybe a gyártás, ami a CNC megmunkálást praktikusabb választássá teszi új termékfejlesztéshez, és a közepes gyártási mennyiség nagyjából 5000 egység alatti lefutást tesz lehetővé, ahol a szerszámberuházás nem térülne meg elég gyorsan.

Az elektromos szerszámok alkatrészeinek felületkezelése és kikészítése

CNC-megmunkálású alkatrészt ritkán szállítanak közvetlenül a gépről. Az elektromos kéziszerszámok legtöbb alkatrésze másodlagos felületkezelésen megy keresztül a korrózióállóság, a kopásállóság vagy a speciális felületkezelés érdekében az összeszerelés előtt.

Hőkezelés és tokok keményítése

A fogaskerekeket és a tengelyeket gyakran edzett felületi keménységig 58-62 HRC miközben a mag puhább és ütésállóbb marad, ami megakadályozza, hogy a fogak kicsorduljanak a hirtelen nyomatékcsúcsok hatására, mint például a fúrószár anyagba tapadása.

Fekete oxid és foszfát bevonat

Ezek az alacsony költségű bevonatok enyhe korrózióállóságot és enyhén olajvisszatartó felületet biztosítanak, amelyet általában a tömített, olajozott házban elhelyezett belső fogaskerekekre és csapokra alkalmaznak.

Eloxálás

Az alumínium házakat gyakran keményen eloxálják, hogy növeljék a felületi keménységet, és ellenálljanak a leejtésből vagy ütésekből eredő karcolásoknak a munkaterületen történő használat során, miközben lehetővé teszik a különböző szerszámmodellek színkódolását is.

Nikkel és krómozás

A tokmány testét és más szabadon álló fémrészeit gyakran bevonják, hogy ellenálljanak az izzadságnak, a nedvességnek és a kültéri korróziónak, ami jóval meghosszabbítja a látható alkatrészek élettartamát a csupasz fém természetes ellenállásán túl.

Meghatározandó tolerancia és minőségi szabványok

A beszerzéskor CNC precíziós megmunkálású elektromos szerszám alkatrészek , a kért tűrésosztálynak meg kell felelnie az alkatrész mechanikai szerepének, nem pedig a lehető legszigorúbb specifikációnak kell megfelelnie, mivel a tűrés túlzott megadása megnöveli a költségeket anélkül, hogy funkcionális előnyökkel járna.

Egy megbízható szállítónak biztosítania kell a CMM (Coordinate Measuring Machine) vizsgálati jelentés a kritikus részek esetében, mivel ez az egyetlen módja annak, hogy ellenőrizzük, hogy a 0,01 mm alatti tűrések valóban megvalósultak-e a becslések helyett.

Gyakori minőségi problémák és hogyan akadályozza meg ezeket a CNC megmunkálás

Az elektromos kéziszerszámok meghibásodása gyakran visszatérő, részszintű hibák kis halmazára vezethető vissza. Ezek megértése segít megmagyarázni, hogy bizonyos megmunkálási vezérlések miért nem alkuképesek a biztonság szempontjából kritikus alkatrészek esetében.

• Fogaskerék fogak lyukasztása – elégtelen felületkeménység okozta; 0,5-0,8 mm-es edzettségi mélység megadásával akadályozható meg ahelyett, hogy kizárólag az átedzett alapanyagra hagyatkozna.
• Tengelyfutás – az esztergálási műveletek közötti rossz koncentrikusság miatt; Megakadályozza, hogy egyszeri beállítással kapcsolja be az éles központú CNC esztergagépeket a többszöri áthelyezési lépések helyett
• A csapágyülés kopása – túlméretezett furatok miatt; CNC köszörülés megakadályozza a szigorúbb H7 illeszkedési osztályt a standard marási tűrés helyett
• Házrepedés terjedése – éles belső sarkok okozzák, amelyek feszültségemelőként működnek; megakadályozza, hogy a megmunkálás előtt levágási sugarakat programozzon a CAD modellbe
• A tokmány állkapcsa elcsúszása – az inkonzisztens fogazásmélység miatt; a marás helyett szikraforgácsolással vágott fogak megakadályozzák, amelyek szorosabb ismétlési pontosságot biztosítanak a pofakészleten

A meghibásodási módok mindegyike jól dokumentálva van a garanciális visszaküldési adatokban az elektromos szerszámiparban, ezért a legtöbb elismert gyártó közvetlenül írja be ezeket a speciális vezérlőelemeket a CNC megmunkálási beszerzési specifikációiba, ahelyett, hogy a szállító belátására bízná.

Költség- és átfutási időtényezők a tervezéshez

Három változó határozza meg a legtöbb költségkülönbséget a CNC-megmunkálási árajánlatok között az elektromos szerszámok alkatrészei között: anyagkeménység, tűréstömörség és rendelési mennyiség.

Anyagkeménység

Az edzett szerszámacél megmunkálása nagyjából 2-3-szor hosszabb mint az alumínium a lassabb vágási sebesség és a gyorsabb szerszámkopás miatt, ami közvetlenül növeli az alkatrészköltséget.

Tolerancia Tömörség

A ±0,05 mm és ±0,005 mm közötti meghúzási tűrés 30-50%-kal növelheti a megmunkálási időt, mert lassabb előtolást és további simítómeneteket igényel.

Rendelési mennyiség

A beállítási idő mennyiségtől függetlenül fix, így az egységenkénti költség általában csökken 40-60% amikor egy 50 darabos prototípusról 5000 darabos gyártási sorozatra lépünk.

Másodlagos feldolgozás

A hőkezelést, a bevonatot és a CMM-ellenőrzést általában a nyers megmunkálási időtől külön feltüntetik, és együtt hozzáadhatók 15-25% a teljes alkatrészköltségből , így a tételes árajánlat kérése segít azonosítani, hol lehet megtakarítást elérni a kritikus tűréshatárok veszélyeztetése nélkül.

Ellenőrizendő iparági tanúsítványok és szabványok

A tűréshatárokon túl néhány hivatalos tanúsítvány is jelzi, hogy egy CNC-megmunkálási beszállító megbízhatóan támogatja-e az elektromos szerszámok gyártását az egyszeri prototípus-munka helyett.

• ISO 9001 – megerősít egy dokumentált minőségirányítási rendszert, amely kiterjed a folyamatirányításra, a nyomon követhetőségre és a korrekciós intézkedésekre
• IATF 16949 – releváns, ha a beszállító autóipari ügyfeleket is kiszolgál, gyakran szigorúbb statisztikai folyamatellenőrzési gyakorlatot jelezve
• RoHS megfelelőség – megerősíti, hogy az alkatrészek és a bevonatolási folyamatok mentesek a korlátozott veszélyes anyagoktól, ami az EU-ban értékesített szerszámokhoz szükséges
• Anyagtanúsítvány (gyári tanúsítványok) – nyomon követhető dokumentáció, amely megerősíti, hogy az ötvözet tényleges összetétele megfelel a megrendeltnek, fontos a biztonsági besorolású alkatrészek, például a tokmánytestek esetében

Az ilyen tanúsítvánnyal nem rendelkező beszállítókat nem zárják ki automatikusan, de a kereskedelmi elektromos szerszámok termékcsaládjába kerülő alkatrészek esetében a dokumentáció hiányosságai gyakran jelzik az üzletben máshol korlátozott folyamatszabályozást.

Példa: Akkus fúró-hajtómű megmunkálása

Egy tipikus 18 V-os akkus fúró-fúró-hajtómű azt szemlélteti, hogy a fenti folyamatok hogyan állnak össze egy valódi termékben. A sebességváltóban egy bolygókerekes hajtómű található, amely durván csökkenti a motor fordulatszámát 20 000 RPM 400-1 500 RPM-re a tokmánynál, a fokozatválasztástól függően.

A külső ház 6061-es alumíniumból CNC-marással készült, hogy a bolygótartó furatait ±0,015 mm-en belül tartsa, így biztosítva, hogy a három bolygókerekes fogaskerekek egyenletesen illeszkedjenek egymáshoz, ahelyett, hogy egy fogaskerék nagyobb terhelést hordozna, mint a többi. Magukat a belső fogaskerekeket 8620-as acélból esztergatják és karcolják, majd 60 HRC-ig edzik, mielőtt a végső csiszolási lépés a furat átmérőjét ±0,005 mm-re növelné. A kimenő tengelyt egyetlen összeállításban CNC esztergagépen forgatják a koncentrikusság fenntartása érdekében, mivel ebben a szakaszban minden kifutás közvetlenül a tokmány inogását eredményezi, amelyet a felhasználó érez.

Ez a szekvencia, amely nagyjából hat megmunkálási műveletben felöleli a marást, a hobbingot, a hőkezelést és a köszörülést, a középkategóriás és professzionális akkus fúró-fúrógépek szabványa, és megmagyarázza, hogy kis fizikai méretük ellenére miért teszik ki a sebességváltó-szerelvények aránytalanul nagy részét az elektromos kéziszerszámok teljes anyagmennyiségéből.

Hogyan válasszunk CNC-megmunkáló partnert az elektromos kéziszerszám-alkatrészekhez

A megfelelő megmunkáló partner kiválasztása csökkenti a garanciális meghibásodások és a szerelősor selejtezésének kockázatát. A gyártási megrendelés elvállalása előtt értékelje a potenciális beszállítókat ezen kritériumok alapján.

• Erősítse meg, hogy megtartják ISO 9001 tanúsítás, amely dokumentált minőség-ellenőrzési folyamatokat jelöl, nem pedig ad hoc ellenőrzést
• Kérjen minta CMM vizsgálati jelentéseket egy korábbi hajtómű- vagy tengelyprojektből, ne csak egy kész alkatrészfotót
• Ellenőrizze a házon belüli hőkezelési vagy edzési képességet, mivel ennek a lépésnek a kiszervezése 1-2 héttel megnöveli az átfutási időt
• Kérdezzen a minimális rendelési mennyiségekről; sok üzlet csak alkatrészszámonkénti 500 egység felett kínál versenyképes árat
• Ellenőrizze, hogy támogatják-e az 5 tengelyes megmunkálást, ami a ferde szerelőhüvelésű összetett hajtóműházakhoz szükséges
• Tekintse át szerszámkopás-ellenőrzési gyakorlatát, mivel a kopott forgácsolószerszámok a hosszú gyártási folyamatok során bekövetkező méreteltolódás vezető okai

Az a beszállító, aki ahelyett, hogy általános garanciákat kínálna, meg tudja válaszolni a tolerancia halmozásával és az anyagtanúsítványokkal kapcsolatos konkrét kérdéseket, általában jobban megfelel hosszú távon az elektromos kéziszerszám-alkatrészek gyártására.

Feltörekvő trendek CNC megmunkálás alakítása elektromos szerszámokhoz

Számos fejlesztés megváltoztatja az elektromos kéziszerszámok alkatrészeinek megmunkálását, különösen mivel a kefe nélküli motorok és a nagyobb feszültségű akkumulátorplatformok még szigorúbbá teszik a tűréshatárokat.

Robottöltés és világítás kikapcsolás

A robotalkatrész-betöltés lehetővé teszi, hogy a CNC-cellák felügyelet nélkül működjenek egy éjszakán át, ami becsült mértékben megnövelte a tengelyek és a kis házak elérhető áteresztőképességét. 30-40% a kézi rakodóműhelyekhez képest.

Folyamatban lévő szondázás

A közvetlenül a CNC orsóba szerelt tapintófejek mostantól a ciklus közepén mérik a kritikus méreteket, és automatikusan beállítják a szerszámeltolásokat, így a méreteltérést a teljes tétel selejtezése előtt észlelik, nem pedig az ellenőrzést követően.

Magasabb fordulatszám-igények a kefe nélküli motoroktól

A kefe nélküli elektromos kéziszerszám-motorok általában meghaladják 25.000 RPM , amely szigorúbbá tette a tengelykiegyensúlyozási és a koncentrikussági követelményeket, mint a kefés motoros szerszámok előző generációja megkövetelte, ami az egész iparágban növeli a precíziós eszterga- és köszörülési kapacitás iránti keresletet.