Draadfrezen bij CNC-onderdeelbewerking
Draadfrezen is een zeer veelzijdige en nauwkeurige methode voor het produceren van interne en externe schroefdraad op CNC-bewerkingscentra. In tegenstelling tot conventioneel tappen wordt bij draadfrezen gebruik gemaakt van een roterend snijgereedschap met een specifiek draadprofiel om de draadvorm spiraalvormig te interpoleren. Deze methode biedt superieure controle, flexibiliteit en betrouwbaarheid, vooral voor moeilijke materialen en kritische toepassingen.
Fundamentele principes
Draadfrezen werkt volgens het principe van spiraalvormige interpolatie - gelijktijdige gecoördineerde beweging over drie- assen waarbij het gereedschap rond zijn eigen as roteert terwijl het midden van het gereedschap een spiraalvormig pad volgt in het X-Y-vlak, en de Z--as voortbeweegt met een snelheid die is gesynchroniseerd met de spoed van de schroefdraad. Hierdoor ontstaat het draadprofiel door het omhulsel van de snijkanten van het gereedschap terwijl het door het werkstukmateriaal spiraalvormig loopt.
Soorten draadfreesgereedschappen
Volhardmetalen draadfrezenzijn vol-profiel of gedeeltelijk-profiel solide gereedschappen die worden gebruikt voor kleine tot middelgrote schroefdraden die hoge precisie vereisen.Wisselplaatfrezenhebben cartridge--ontwerpen met vervangbare wisselplaten, waardoor ze ideaal zijn voor grote schroefdraden en voorbewerkingen waarbij kostenefficiëntie belangrijk is.Multi-draadfrezenmaken het mogelijk dat één enkel gereedschap meerdere draadspoeden produceert, wat flexibiliteit biedt voor werkplaatsen die de gereedschapsvoorraad willen verminderen.Eénpuntsdraadfrezen-hebben één snijkant en vereisen meerdere doorgangen, geschikt voor grote diameters, aangepaste spoed en zware voorbewerkingstoepassingen.
Draadfreesmethoden
De circulaire interpolatiemethode is de standaardbenadering waarbij meelopend frezen de voorkeur heeft. Het gereedschap gaat radiaal het voor-geboorde gat binnen en volgt vervolgens een spiraalvormig pad. Tijdens het invoeren duikt het gereedschap naar de draadstartdiepte en voert radiaal naar de snijdiameter. De spiraalvormige snijfase omvat een cirkelvormige beweging van 360-graden met een Z-voeding per omwenteling gelijk aan de spoed van de draad. Ten slotte komt het gereedschap naar buiten door radiaal terug te trekken naar het midden vóór Z-terugtrekking.
Voor de berekening van het gereedschapspad is de gereedschapsdiameter voor interne schroefdraad gelijk aan de nominale diameter minus de schroefdraaddiepte vermenigvuldigd met twee. De spiraalvormige interpolatieradius is gelijk aan de nominale diameter minus de gereedschapsdiameter, gedeeld door twee.
Bij draadfrezen met volledig-profiel wordt gebruik gemaakt van gereedschappen die exact overeenkomen met de draadvorm, zoals 60-geünificeerde of 55 graden Whitworth-profielen. Deze aanpak voltooit de draad in één keer, maar vereist voor elke spoed een specifiek gereedschap. Bij draadfrezen met gedeeltelijk profiel wordt gebruik gemaakt van gereedschappen die alleen de top en wortel van de draad snijden, waardoor meerdere radiale passages nodig zijn, maar één gereedschap kan een reeks spoeden bestrijken.
Bij uitwendig draadfrezen wordt ofwel het werkstuk op een draaitafel geroteerd met behulp van een vierde as, ofwel het gereedschap spiraalvormig rond een stationair werkstuk geïnterpoleerd. Deze methode wordt vaak gebruikt voor grote assen, spindels en wormwielen, en vereist voldoende vrije ruimte rond het werkstuk om toegang te krijgen tot het gereedschap.
Voordelen ten opzichte van tikken
Draadfrezen zorgt voor een langere standtijd omdat de snijbelasting wordt verdeeld over meerdere spaangroeven en doorgangen in plaats van geconcentreerd op een paar snijkanten. De spaanbeheersing is uitstekend en produceert korte hanteerbare spanen in plaats van lange spanen die het risico lopen in de tap te worden verpakt. De materiaalveelzijdigheid strekt zich uit tot alle materialen, inclusief gehard staal tot HRC 65, terwijl tappen beperkingen heeft bij taaie legeringen.
Eén gereedschap kan een reeks diameters voor dezelfde spoed bestrijken, waardoor een flexibiliteit in de schroefdraadgrootte wordt geboden waar tappen niet aan kan tippen. In blinde gaten kan draadfrezen schroefdraad tot aan de onderkant produceren zonder de onvolledige draadzone die voor tappen nodig is. De resulterende draadkwaliteit wordt gekenmerkt door een superieure oppervlakteafwerking en een nauwkeurige pasvorm.
Als een draadfrees breekt, is herstel eenvoudig omdat het gereedschap kleiner is dan de draaddiameter. Een kapotte kraan is moeilijk te verwijderen en kan permanent vastzitten. Draadfrezen vereist een lager koppel, waardoor het beter geschikt is voor grote schroefdraden op machines met beperkt vermogen. Hetzelfde gereedschap kan zowel links- als rechts- schroefdraad produceren door simpelweg de richting van de spil om te keren, terwijl voor tappen aparte links- tappen nodig zijn.
Kritieke procesparameters
De snijsnelheid varieert doorgaans van 80 tot 150 meter per minuut voor staal en 150 tot 300 meter per minuut voor aluminium, met reducties voor geharde materialen. De voeding per tand ligt doorgaans tussen 0,05 en 0,15 millimeter, afhankelijk van het materiaal en de spoed. De Z--asvoeding moet exact overeenkomen met de spoed per omwenteling om de nauwkeurigheid te behouden.
Voor gereedschappen met een volledig-profiel bedekt de radiale aangrijping 100 procent van de schroefdraaddiepte in één doorgang. Gedeeltelijke-profielgereedschappen maken gebruik van radiale stappen van 0,05 tot 0,10 millimeter per doorgang.
Voor-vereisten voor machinale bewerking omvatten het boren van een gat met een diameter die ongeveer gelijk is aan de nominale diameter minus de spoed, hoewel dit verschilt per schroefdraadstandaard. Het gat moet recht zijn, goed-gepositioneerd en voldoende diepte hebben voor de schroefdraad plus speling. Een afschuining of verzinking van 45 graden bij de ingang van het gat vergemakkelijkt de invoer van het gereedschap en voorkomt braamvorming.
Basisprincipes van CNC-programmeren
Een typisch G--codeprogramma in Fanuc-stijl begint met positioneren op het midden van het gat, activeert de gereedschapslengtecompensatie en koelvloeistof, en versnelt vervolgens naar een vrijgavevlak. Het gereedschap voert de draadstartdiepte in, de freescompensatie wordt geactiveerd tijdens de radiale benadering en de spiraalvormige interpolatie wordt uitgevoerd met het juiste commando voor cirkelbeweging. Meerdere spiraalvormige lussen herhalen zich voor de vereiste draadlengte, waarna de compensatie wordt opgeheven en het gereedschap wordt teruggetrokken.
Belangrijke overwegingen bij het programmeren zijn onder meer het selecteren van de juiste spiraalvormige interpolatierichting met de klok mee of tegen- de klok in, zodat deze overeenkomt met de draadhand. De freescompensatie moet actief blijven tijdens de spiraalvormige beweging. De spoednauwkeurigheid hangt af van een nauwkeurige synchronisatie tussen het spiltoerental en de voeding op de Z--as. Bij de draadfreesinvoer moet gebruik worden gemaakt van een spiraal- of hellinginvoer in plaats van een rechte inval om schade aan het gereedschap te voorkomen.
Gemeenschappelijke uitdagingen en oplossingen
Te grote of te kleine schroefdraad is meestal het gevolg van gereedschapslijtage, onjuiste compensatie van de gereedschapsdiameter of spoedfout. De oplossing omvat het verifiëren van de invoer van de gereedschapsdiameter, het controleren van slijtage-offsets en het kalibreren van de machine. Een slechte oppervlakteafwerking komt vaak voort uit onvoldoende stijfheid, versleten gereedschappen of onjuiste snelheden en voedingen. Om dit aan te pakken is het nodig de uitsteeklengte van het gereedschap te verminderen, de stijfheid te vergroten en de snijparameters te optimaliseren.
Geratel en trillingen duiden meestal op een lange uitsteeklengte van het gereedschap, dunne wanden of harmonische resonantie. Oplossingen zijn onder meer het gebruik van het kortst mogelijke gereedschap, het verminderen van de snedediepte en het aanpassen van de spilsnelheid om resonantiefrequenties te voorkomen. Gereedschapsbreuk bij de ingang is meestal het gevolg van een rechte radiale inval of onjuiste intredehoeken. Het gebruik van een spiraalvormige hellinginvoer en het verminderen van de invoersnelheid voorkomt deze fout. Taps toelopende schroefdraad kan wijzen op fouten in de machinegeometrie, doorbuiging van het gereedschap of thermische groei. Het controleren van de haaksheid van de machine, het uitvoeren van voor- en nabewerkingen en het consequent gebruiken van koelvloeistof lost deze problemen op.
Toepassingen en industrieën
In de lucht- en ruimtevaartindustrie produceert draadfrezen titanium- en inconel-bevestigingsmiddelen met kritische toleranties. De olie- en gassector gebruikt deze methode voor API-pijpschroefdraden met grote- diameter en boorkolomverbindingen. Automotive-toepassingen omvatten motorblokdraden en transmissiecomponenten. Medische productie is afhankelijk van draadfrezen voor botschroeven en implantaatdraden in titanium- of PEEK-materialen. De matrijzen- en matrijzenindustrie produceert schroefdraad in gehard gereedschapsstaal tot HRC 65 voor uitwerppennen. Algemene machinetoepassingen omvatten aangepaste schroefdraad, reparatiewerkzaamheden en prototypeontwikkeling waarbij flexibiliteit essentieel is.
