نقش ماشینکاری دقیق CNC در ساخت قطعات ابزار برقی با کارایی بالا

ماشینکاری دقیق CNC چیست؟

ماشینکاری دقیق CNC یک فرآیند تولید با کنترل کامپیوتر است که با استفاده از ابزارهای برش، مواد را از قطعات فلزی یا پلاستیکی جدا می کند تا قطعاتی با تلرانس ابعادی بسیار کم، اغلب به اندازه ریز، تولید کند. ± 0.005 میلی متر . برخلاف ماشین‌کاری دستی، سیستم‌های CNC از دستورالعمل‌های دیجیتال (G-code) تولید شده از مدل‌های CAD پیروی می‌کنند، که خطای انسانی را حذف می‌کند و اجازه می‌دهد قطعات یکسان هزاران بار بدون انحراف تولید شوند.

به طور خاص برای تولید ابزار برقی، از این فرآیند برای ایجاد چرخ دنده ها، شفت ها، محفظه ها، چاک ها و اجزای موتور استفاده می شود که باید در برابر RPM بالا، لرزش و تنش های مکانیکی مکرر مقاومت کنند. از آنجایی که ابزارهای برقی تحت بار مداوم کار می کنند، حتی یک ناهماهنگی 0.01 میلی متری در چرخ دنده یا صندلی یاتاقان می تواند باعث خرابی زودرس شود و ماشینکاری دقیق CNC را به روش تولید استاندارد به جای ارتقای اختیاری تبدیل کند.

سیستم‌های CNC مدرن که برای این کار استفاده می‌شوند معمولاً روی 3، 4 یا 5 محور به طور همزمان کار می‌کنند، با ماشین‌های 5 محوره پیشرفته که می‌توانند یک محفظه دنده پیچیده را در یک تنظیم واحد برش دهند که در غیر این صورت به چهار یا پنج عملیات دستی جداگانه نیاز دارد. این کاهش نصب بخشی از این است که چرا ماشینکاری CNC به انتخاب پیش‌فرض برای هر قطعه ابزار برقی که نیاز به بار، چرخش یا تراز را دارد تبدیل شده است.

چرا سازندگان ابزار برقی به ماشینکاری CNC متکی هستند

ابزارهای برقی مانند مته ها، آسیاب های زاویه دار، آچار ضربه ای و اره های مدور به ده ها قطعه فلزی به هم پیوسته متکی هستند که باید با تغییرات فاصله نزدیک به صفر در کنار هم قرار گیرند. ماشین‌کاری دقیق CNC به چهار نیاز اصلی تولید می‌پردازد که روش‌های دیگر برای برآوردن مداوم آنها تلاش می‌کنند.

قابلیت تکرار در تولید با حجم بالا

یک برنامه CNC می تواند تولید کند 10000 قطعه یکسان با واریانس ابعادی زیر 0.01 میلی‌متر بین واحدها، که هنگام مونتاژ اجزایی مانند گیربکس‌ها که در آن ده‌ها قطعه باید بدون بازی به هم متصل شوند، بسیار مهم است.

تطبیق پذیری مواد

ماشین‌های CNC می‌توانند بین آلومینیوم، فولاد سخت شده، برنج و پلاستیک‌های مهندسی در یک خط تولید جابجا شوند، که این مهم است زیرا یک ابزار برقی واحد معمولاً یک چرخ دنده فولادی، یک محفظه آلومینیومی و یک مکانیسم ماشه پلاستیکی را ترکیب می‌کند.

تکرار سریعتر برای به روز رسانی محصول

به‌روزرسانی یک برنامه CNC ساعت‌ها طول می‌کشد، نه هفته‌ها مانند ابزارسازی مجدد قالب تزریق، که به سازندگان اجازه می‌دهد طرح‌های قطعات را به‌سرعت در طول نمونه‌سازی اولیه یا در پاسخ به گزارش‌های خرابی میدانی اصلاح کنند.

کاهش پردازش ثانویه

قطعه ای که تا حد تحمل نهایی ماشین کاری شده است، اغلب مراحل اضافی سنگ زنی یا نصب دستی را به طور کامل حذف می کند، که در خط مونتاژ گیربکس معمولی حذف می شود. 2 تا 4 عملیات تکمیل دستی در واحد و احتمال تناسب ناسازگار بین دسته ها را کاهش می دهد.

فرآیندهای CNC اصلی مورد استفاده برای قطعات ابزار برقی

اجزای مختلف ابزار قدرت بسته به پیچیدگی شکل و تحمل مورد نیاز به روش‌های ماشینکاری متفاوتی نیاز دارند. جدول زیر فرآیندهایی را که معمولاً در بخش‌های داخلی یک ابزار برقی معمولی اعمال می‌شوند، خلاصه می‌کند.

اکثر گیربکس‌های ابزار برقی حداقل سه مورد از این فرآیندها را به ترتیب ترکیب می‌کنند: فرز کردن محفظه را شکل می‌دهد، چرخش و سنگ‌زنی محور چرخش را تکمیل می‌کند، و سوراخکاری پورت‌های نصب و روانکاری را قبل از مونتاژ نهایی اضافه می‌کند.

مواد مورد استفاده در قطعات ابزار برقی ماشینکاری دقیق CNC

انتخاب مواد به طور مستقیم بر وزن، دوام و مقاومت یک ابزار برقی در برابر حرارت تولید شده توسط اصطکاک تأثیر می گذارد. مواد زیر بیشتر در قطعات ابزار برقی با ماشینکاری CNC ظاهر می شوند.

• فولاد آلیاژی 4140 - برای چرخ دنده ها و محورهای محرک به دلیل مقاومت در برابر خستگی بالا تحت بارهای گشتاور مکرر استفاده می شود
• آلومینیوم 6061 - برای محفظه موتور و بدنه دنده که در آن کاهش وزن برای ابزارهای دستی اهمیت دارد استفاده می شود.
• برنج C360 – به دلیل خاصیت روانکاری کم اصطکاک و برای بوشینگ ها و یاتاقان ها استفاده می شود.
• فولاد ضد زنگ 303/304 - برای اجزای چاک در معرض رطوبت یا محیط های خورنده استفاده می شود
• پلاستیک های PEEK و Delrin - برای مکانیسم های ماشه و محفظه های کلید داخلی که نیاز به عایق الکتریکی دارند استفاده می شود.
• فولاد سخت شده 8620 - برای دندانه های چرخ دنده ای استفاده می شود که به سطح بیرونی سخت با هسته محکم تر و ضربه گیر نیاز دارند.

به عنوان مثال، یک درایور ضربه ای بی سیم معمولاً از فولاد 4140 برای مکانیزم چکش داخلی خود استفاده می کند که باید بیش از حد زنده بماند. 2 میلیون چرخه ضربه بدون تغییر شکل، در حالی که محفظه بیرونی از آلومینیوم استفاده می کند تا وزن کل ابزار را زیر 1.5 کیلوگرم نگه دارد. انتخاب مواد مانند این به ندرت دلخواه است. این یک مبادله مستقیم بین استحکام، وزن، هزینه و چرخه کاری مورد انتظار قطعه است.

اجزای ابزار قدرت بحرانی تولید شده از طریق ماشینکاری CNC

ماشینکاری CNC تقریباً هر قسمت باربر یا چرخنده داخل ابزار برقی را لمس می کند. اجزای زیر آنهایی هستند که اغلب به کارگاه های ماشینکاری دقیق برون سپاری می شوند تا اینکه از طریق ریخته گری یا مهر زنی تولید شوند.

1. محفظه گیربکس و مجموعه دنده داخلی
2. شفت موتور و دوک های آرمیچر
3. اجسام چاک و فک های بستن
4. صندلی های بلبرینگ و بوش های آستین
5. صفحات کلاچ و مکانیسم های محدود کننده گشتاور
6. محفظه ها را سوئیچ کنید و اتصالات ماشه را انجام دهید
7. قفل اسپیندل و آداپتورهای کولت

در این میان، دنده‌های دنده بالاترین دقت را می‌طلبند، زیرا پروفیل‌های نامرتب دندان باعث ایجاد صدا، لرزش و سایش سریع می‌شوند. مغازه‌های ماشین‌کاری معتبر، تلورانس دندان‌های چرخ دنده را در خود نگه می‌دارند AGMA کلاس 10 یا بالاتر برای ابزارهای برقی درجه یک

ماشینکاری CNC در مقابل سایر روشهای ساخت

سازندگان ابزار برقی گاهی اوقات ماشینکاری CNC را در مقابل ریخته گری، مهر زنی فلزی یا قالب گیری تزریقی می سنجند. هر روش مکانی دارد، اما انتخاب صحیح به پیچیدگی قطعه، تحمل مورد نیاز و حجم تولید بستگی دارد.

ریخته گری قالب و ابزار مهر زنی می تواند هزینه داشته باشد 15000 تا 80000 دلار طراحی هر قطعه و 6 تا 10 هفته طول می کشد تا تولید شود، که ماشینکاری CNC را به گزینه ای کاربردی تر برای توسعه محصول جدید تبدیل می کند و با حجم متوسط کمتر از حدود 5000 واحد، که در آن سرمایه گذاری ابزارآلات به اندازه کافی سریع بازپرداخت نمی کند.

عملیات سطح و تکمیل قطعات ابزار برقی

یک قطعه ماشینکاری شده با CNC به ندرت مستقیماً از دستگاه حمل می شود. اکثر اجزای ابزار برقی قبل از مونتاژ از یک عملیات سطح ثانویه برای افزودن مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر سایش یا یک سطح خاص استفاده می کنند.

عملیات حرارتی و سخت شدن کیس

چرخ دنده ها و شفت ها اغلب به سختی سطحی سخت می شوند 58-62 HRC در حالی که هسته را نرم تر و مقاوم تر در برابر ضربه نگه می دارد، که از خرد شدن دندان تحت ضربه های گشتاور ناگهانی مانند اتصال مته در مواد جلوگیری می کند.

پوشش اکسید سیاه و فسفات

این پوشش‌های کم‌هزینه مقاومت در برابر خوردگی خفیف و سطح کمی نگهدارنده روغن را اضافه می‌کنند که معمولاً روی چرخ‌دنده‌های داخلی و پین‌هایی که داخل یک محفظه آب‌بندی شده و روغن‌کاری شده قرار می‌گیرند، اعمال می‌شود.

آندایز کردن

محفظه های آلومینیومی اغلب برای افزایش سختی سطح و مقاومت در برابر خراش ناشی از سقوط یا ضربه در حین استفاده در محل کار، آنودایز سخت می شوند، در حالی که امکان کدگذاری رنگ برای مدل های مختلف ابزار را نیز فراهم می کنند.

آبکاری نیکل و کروم

بدنه چاک و سایر قطعات فلزی در معرض اغلب برای مقاومت در برابر عرق، رطوبت و خوردگی در فضای باز آبکاری می‌شوند، که عمر قطعه قابل مشاهده را بسیار فراتر از مقاومت طبیعی فلز لخت افزایش می‌دهد.

استانداردهای تحمل و کیفیت برای مشخص کردن

هنگام تامین منابع قطعات ابزار برقی ماشینکاری دقیق CNC ، کلاس تلورانس درخواستی باید با نقش مکانیکی قطعه مطابقت داشته باشد نه اینکه به سخت‌ترین مشخصات ممکن پیش‌فرض شود، زیرا تعیین بیش از حد تلرانس هزینه را بدون سود عملکردی افزایش می‌دهد.

یک تامین کننده قابل اعتماد نیز باید a گزارش بازرسی CMM (ماشین اندازه گیری مختصات). برای قطعات حیاتی، زیرا این تنها راه برای تأیید صحت تلورانس های زیر 0.01 میلی متری است که واقعاً به جای تخمین زده شده اند.

مشکلات رایج کیفیت و چگونه ماشینکاری CNC از آنها جلوگیری می کند

خرابی ابزار برقی اغلب به مجموعه کوچکی از عیوب تکرارشونده در سطح نیمه بازمی گردد. درک این موارد به توضیح اینکه چرا برخی از کنترل‌های ماشینکاری برای اجزای حیاتی ایمنی غیرقابل مذاکره هستند کمک می‌کند.

• سوراخ شدن دندان دنده - ناشی از سختی سطح ناکافی؛ با تعیین عمق سخت شدن مورد 0.5-0.8 میلی متر به جای تکیه بر استوک سخت شده به تنهایی جلوگیری می شود.
• خروج شفت - ناشی از تمرکز ضعیف بین عملیات تراشکاری؛ با روشن کردن ماشین تراش CNC مرکز زنده به جای چند مرحله تغییر موقعیت، از راه اندازی یکباره جلوگیری می شود
• سایش صندلی بلبرینگ - ناشی از سوراخ های بزرگ. به جای تحمل آسیاب استاندارد، از آسیاب CNC تا کلاس مناسب H7 محکم‌تر جلوگیری می‌شود
• انتشار ترک های مسکن - ناشی از گوشه های داخلی تیز که به عنوان افزایش دهنده استرس عمل می کنند. با برنامه ریزی شعاع فیله در مدل CAD قبل از ماشینکاری جلوگیری می شود
• لغزش فک چاک - ناشی از عمق دندانه ناسازگار. توسط دندانه های برش EDM به جای دندانه های آسیاب شده جلوگیری می شود، که دقت تکرار محکم تری را در سراسر مجموعه فک حفظ می کند.

هر یک از این حالت‌های خرابی به‌خوبی در داده‌های بازگشت گارانتی در صنعت ابزار برقی ثبت شده است، به همین دلیل است که اکثر تولیدکنندگان معتبر این کنترل‌های خاص را مستقیماً در مشخصات خرید ماشین‌کاری CNC خود می‌نویسند نه اینکه آنها را به صلاحدید تامین‌کننده واگذار کنند.

عوامل هزینه و زمان برای برنامه ریزی

سه متغیر بیشترین تفاوت هزینه را بین قیمت‌های ماشینکاری CNC برای قطعات ابزار برقی ایجاد می‌کنند: سختی مواد، سفتی تحمل و حجم سفارش.

سختی مواد

ماشینکاری فولاد ابزار سخت شده تقریباً طول می کشد 2 تا 3 برابر طولانی تر نسبت به آلومینیوم به دلیل سرعت های کندتر برش و سایش سریع ابزار، که مستقیماً هزینه هر قطعه را افزایش می دهد.

سختی تحمل

تحمل سفت کردن از 0.05± میلی متر تا 0.005± میلی متر می تواند زمان ماشینکاری را 30 تا 50 درصد افزایش دهد زیرا به سرعت تغذیه کندتر و پاس های تکمیل اضافی نیاز دارد.

حجم سفارش

زمان راه اندازی بدون توجه به مقدار ثابت است، بنابراین هزینه هر واحد معمولاً کاهش می یابد 40-60٪ زمانی که از یک نمونه اولیه 50 قطعه به یک دوره تولید 5000 قطعه تبدیل می شود.

پردازش ثانویه

عملیات حرارتی، آبکاری و بازرسی CMM معمولاً به طور جداگانه از زمان ماشینکاری خام نقل می شود و با هم می توانند اضافه کنند. 15-25٪ به کل هزینه قطعات ، بنابراین درخواست یک مظنه قیمتی به شناسایی مکان هایی که ممکن است صرفه جویی امکان پذیر باشد بدون به خطر انداختن تحمل های حیاتی کمک می کند.

گواهینامه ها و استانداردهای صنعت برای تأیید

فراتر از مشخصات تحمل، چند گواهینامه رسمی نشان می دهد که آیا یک تامین کننده ماشینکاری CNC می تواند به طور قابل اعتماد از تولید ابزار برقی به جای کار نمونه اولیه پشتیبانی کند یا خیر.

• ISO 9001 - یک سیستم مدیریت کیفیت مستند را که کنترل فرآیند، قابلیت ردیابی و رویه‌های اقدام اصلاحی را پوشش می‌دهد، تأیید می‌کند
• IATF 16949 - در صورتی که تامین کننده به مشتریان خودرو نیز خدمات رسانی کند، مرتبط است، که اغلب نشان دهنده شیوه های کنترل فرآیند آماری دقیق تر است.
• انطباق با RoHS - تأیید می کند که قطعات و فرآیندهای آبکاری عاری از مواد خطرناک محدود هستند که برای ابزارهای فروخته شده در اتحادیه اروپا مورد نیاز است.
• گواهی مواد (گواهی کارخانه) - اسناد قابل ردیابی که تأیید می کند ترکیب واقعی آلیاژ مطابق با آنچه سفارش داده شده است، برای اجزای دارای رتبه ایمنی مانند بدنه چاک مهم است.

تأمین‌کنندگان بدون این گواهی‌ها به‌طور خودکار رد صلاحیت نمی‌شوند، اما برای قطعاتی که وارد خط تولید ابزارهای برقی تجاری می‌شوند، شکاف‌های اسنادی در اینجا اغلب نشان‌دهنده کنترل فرآیند محدود در سایر نقاط فروشگاه است.

مثال: ماشینکاری گیربکس دریل شارژی

یک گیربکس مته شارژی معمولی 18 ولت نشان می دهد که چگونه فرآیندهای فوق در یک محصول واقعی با هم ترکیب می شوند. گیربکس دارای یک مجموعه دنده سیاره ای است که سرعت موتور را تقریباً کاهش می دهد 20000 دور در دقیقه تا 400-1500 دور در دقیقه در چاک، بسته به انتخاب دنده.

محفظه بیرونی CNC از آلومینیوم 6061 آسیاب شده است تا حفره‌های حامل سیاره‌ای را در 0.015 ± میلی‌متر نگه دارد و این اطمینان را می‌دهد که سه چرخ دنده سیاره‌ای به طور یکنواخت مشبک می‌شوند تا اینکه یک چرخ دنده بار بیشتری را نسبت به بقیه حمل کند. خود چرخدنده های داخلی از فولاد 8620 چرخانده و سوراخ می شوند، سپس قبل از عبور سنگ زنی نهایی، قطر سوراخ را به 0.005± میلی متر می رساند، تا 60 HRC سخت می شوند. شفت خروجی برای حفظ تمرکز بر روی یک تراش CNC در یک تنظیم واحد می چرخد، زیرا هر خروجی در این مرحله مستقیماً به احساس تکان چاک توسط کاربر تبدیل می شود.

این توالی، شامل فرزکاری، سنگ‌زنی، عملیات حرارتی و سنگ‌زنی در تقریباً شش عملیات ماشین‌کاری، برای مته‌های شارژی متوسط ​​و حرفه‌ای استاندارد است و توضیح می‌دهد که چرا مجموعه‌های گیربکس علیرغم اندازه فیزیکی کوچکشان، سهم نامتناسبی از کل صورتحساب مواد یک ابزار برقی را نشان می‌دهند.

چگونه یک شریک ماشینکاری CNC برای قطعات ابزار برقی انتخاب کنیم

انتخاب شریک ماشینکاری مناسب خطر خرابی گارانتی و رد خط مونتاژ را کاهش می دهد. قبل از تعهد به سفارش تولید، تامین کنندگان بالقوه را بر اساس این معیارها ارزیابی کنید.

• آنها را تأیید کنید ISO 9001 گواهینامه، که نشان دهنده فرآیندهای کنترل کیفیت مستند به جای بازرسی موقت است
• درخواست نمونه گزارش های بازرسی CMM از پروژه چرخ دنده یا شفت قبلی، نه فقط یک عکس قطعه تمام شده
• قابلیت عملیات حرارتی یا سخت شدن داخل خانه را تأیید کنید، زیرا برون سپاری این مرحله 1 تا 2 هفته به زمان انجام کار اضافه می کند.
• در مورد حداقل مقادیر سفارش بپرسید. بسیاری از مغازه ها فقط قیمت رقابتی بالای 500 واحد در هر قطعه را ارائه می دهند
• بررسی کنید که آیا آنها از ماشینکاری 5 محور پشتیبانی می کنند، که برای محفظه های پیچیده دنده با باس های نصب زاویه دار ضروری است یا خیر.
• شیوه های نظارت بر سایش ابزار آنها را مرور کنید، زیرا ابزارهای برش فرسوده دلیل اصلی تغییر ابعاد در طول دوره های تولید طولانی هستند.

عرضه‌کننده‌ای که می‌تواند به سؤالات خاص در مورد انباشته شدن تحمل و گواهی‌های مواد پاسخ دهد، به جای ارائه تضمین‌های عمومی، معمولاً برای تولید قطعات ابزار قدرت مناسب‌تر است.

روندهای نوظهور شکل دادن به ماشینکاری CNC برای ابزارهای برقی

پیشرفت‌های زیادی در حال تغییر نحوه ماشین‌کاری قطعات ابزار برقی است، به‌ویژه از آنجایی که موتورهای براشلس و پلت‌فرم‌های باتری با ولتاژ بالاتر، تحمل‌ها را حتی بیشتر می‌کنند.

بارگیری رباتیک و تولید چراغ خاموش

بارگذاری قطعات رباتیک به سلول‌های CNC اجازه می‌دهد تا در طول شب بدون مراقبت کار کنند، که باعث افزایش توان عملیاتی در شفت‌ها و محفظه‌های کوچک شده است. 30-40٪ در مقایسه با مغازه های بارگیری دستی

کاوش در فرآیند

پروب‌های لمسی که مستقیماً در اسپیندل CNC نصب شده‌اند، اکنون ابعاد بحرانی را در اواسط چرخه اندازه‌گیری می‌کنند و به‌طور خودکار جابجایی ابزار را تنظیم می‌کنند، و به جای پس از بازرسی، تغییر ابعاد را قبل از از بین رفتن کل دسته جمع‌آوری می‌کنند.

تقاضای RPM بالاتر از موتورهای براشلس

موتورهای ابزار برقی بدون جاروبک معمولاً بیشتر از 25000 دور در دقیقه ، که الزامات تعادل محور و تمرکز را نسبت به نسل قبلی ابزارهای موتور برس خورده سخت تر کرده است و تقاضا برای ظرفیت تراشکاری و سنگ زنی دقیق را در کل صنعت افزایش می دهد.