Dificuldades e princípios de controle de coaxialidade na usinagem de furos de assento de rolamento
O erro de concentricidade é causado principalmente pela conversão de referência de fixação, alongamento térmico da máquina-ferramenta e jitter da ferramenta.(Por exemplo, 7075-T6 ou 2024-T3) Devido à sensibilidade ao calor de corte, se o grampo de divisão grossa e fina for adotado, o desvio de referência pode facilmente se acumular acima de 0,02 mm, o que excede o requisito de folga de montagem de aviação. A solução teórica é incorporar todas as características do furo do eixo no sistema de coordenadas de fixação única e realizar a usinagem sequencial do furo do eixo com ângulo espacial complexo usando o centro de usinagem de cinco eixos, de modo a eliminar o erro de conversão de referência.
Na produção real, o alongamento térmico do trilho guia da máquina-ferramenta é uma variável que não pode ser ignorada. O coeficiente de alongamento térmico da extremidade do fuso é de cerca de 0,0001 mm/°C. A flutuação da temperatura ambiente de 10°C pode levar a um desvio de posicionamento do eixo Z de 10μm. Portanto, a máquina-ferramenta deve ser pré-aquecida por mais de 30 minutos antes da usinagem do suporte do rolamento de alta precisão, e o erro geométrico do estado térmico deve ser detectado pelo instrumento de taco para estabelecer o modelo de compensação. Para peças em lote, recomenda-se que os dados medidos da coaxalidade da primeira peça sejam alimentados de volta à tabela de compensação do raio da ferramenta para corrigir dinamicamente os parâmetros de usinagem das peças subsequentes.
Mecanismo de influência da cilindricidade no acabamento da superfície de acoplamento do rolamento
A cilindricidade não só afeta a retidão do furo, mas também determina diretamente a distribuição da tensão de contato na superfície de acoplamento do anel interno do rolamento. Se a cilindricidade for muito pobre, a tensão de contato local aumentará acentuadamente após a instalação do rolamento, acelerando a deformação microplástica da pista e encurtando a vida de fadiga. Ao processar a cilindricidade, deve-se prestar atenção à folga reversa do eixo Z e à servorigidez do eixo X da máquina-ferramenta. Quando a folga reversa for superior a 2μm, recomenda-se adicionar a compensação de corte excessivo ou ajustar os parâmetros de compensação de folga reversa no programa NC.
A rugosidade da superfície Ra é acoplada à cilindrada. A rugosidade Ra de 0,8 μm é frequentemente acompanhada por uma faixa de vibração profunda, por isso é difícil atender aos requisitos de forma e posição e superfície apenas por torneamento ou fresagem de acabamento. Neste momento, o processo combinado de "fresagem de acabamento + polimento" deve ser adotado: a maior parte do restante deve ser removida por fresagem de alta velocidade e, em seguida, a cabeça de polimento de diamante deve ser usada para micro-corte, e a quantidade de polimento deve ser controlada dentro de 0,02 - 0,05 mm. O polimento pode eliminar o resíduo da linha de corte, melhorar significativamente a redondeza, estabilizar a cilindricidade na faixa de 0,002 - 0,003 mm e melhorar o acabamento da superfície para Ra0, 2 μm ou menos.
Análise Comparativa da Coaxialidade e Cilindro de Diferentes Rotas de Processo
| Plano de processo | Capacidade de coaxialidade | Capacidade de cilindrada | Cenários aplicáveis | Limitações principais |
|---|---|---|---|---|
| Três eixos tradicionais boring | 0,01 mm em | 0.005mm | PRODUÇÃO Shaft Hole | Muitos tempos de fixação e grande erro cumulativo de referência |
| Moagem de ligação de 5 eixos | ± 0,005 mm em | 0.003mm | Buraco inclinado espacial e caixa complexa | A programação é complexa e o desgaste da ferramenta precisa ser monitorado on-line |
| Centro de torneamento e fresagem composto | ± 0,003 mm em | 0.002mm | Assento de rolamento de corpo rotativo e tipo de eixo | Alto investimento em equipamentos e limitação de peças de trabalho de grande porte |
A comparação acima mostra que, para um componente aeroestrutural que não é um rotor,(por exemplo, assento de rolamento de nervura de asa), a fresagem de ligação de cinco eixos é mais vantajosa na manutenção da unidade de referência; para peças de eixo, o centro de torneamento e fresagem completa os procedimentos de torneamento, fresagem, perfuração e moagem através de uma fixação, que é o esquema preferido para controle de coaxialidade. Ao selecionar o processo, a tenacidade do material da peça de trabalho também deve ser considerada: aço inoxidável (por exemplo, 17-4PH) ferramenta de corte rápido, precisa reservar mais margem; corte de liga de alumínio leve, mas fácil de deformar, fixação precisa adotar projeto de baixa tensão, como centralização de expansão de ar.
Influência da seleção de ferramentas e parâmetros de corte na qualidade da parede do furo;
A rigidez da ferramenta afeta diretamente a cilindricidade. A vibração de corte do moinho final revestido de carboneto ou do alargador de carboneto integral com relação aresta/diâmetro de haste curta (L/D ≤ 4:1) é significativamente menor do que a do cortador de aço de alta velocidade. Os parâmetros de corte recomendados para ligas de alumínio aeronáutico são: velocidade de fresagem 3000-4500rpm, taxa de alimentação 0,15 - 0,25 mm/rev; taxa de alimentação 0,08 - 0,12 mm/rev no estágio de acabamento, taxa de alimentação 0,05 - 0,1 mm para evitar a vibração regenerativa.
Os sistemas de micro lubrificação (MQL) são essenciais para esse tipo de usinagem, pois reduzem a deformação térmica da peça de trabalho em comparação com os fluidos de corte convencionais, evitando poços de corrosão causados por fluidos residuais.(O poço de corrosão danificará diretamente a microgeometria da cilindricidade). Para o suporte de rolamento de liga de titânio (Ti-6Al-4V), recomenda-se usar água circulante criogênica de baixa temperatura ou lubrificante sólido para lidar com as características de baixa condutividade térmica e alta temperatura de corte do material de titânio e evitar a soldagem por fusão do orifício. A detecção de runout da ferramenta deve ser tomada como o primeiro procedimento de trabalho de cada lote. Se o valor de runout for superior a 5μm, a retificação ou substituição é necessária para garantir que a cilindricidade não seja perturbada pelo deslocamento radial da ferramenta.
Meios de detecção e estratégia de compensação de circuito fechado on-line
O CMM tradicional pertence à inspeção off-line com atraso de feedback. Recomenda-se configurar o sistema de detecção on-line para a produção de mancais de alta precisão (On-Machine Probing). Usando a sonda RMP60 da Renishaw, a medição automática é realizada durante a usinagem do furo intermediário. O valor medido é comparado com o valor teórico para compensar automaticamente o raio da ferramenta e o balanço do eixo principal, de modo a realizar o controle de circuito fechado. A linha central do furo de dois eixos deve ser selecionada como referência para a detecção de coaxialidade, e os pontos de medição não devem ser inferiores a 6 pontos e o intervalo deve ser de 90°, de modo a ajustar a linha central do mínimo quadrado e melhorar a confiabilidade da referência.
A detecção de cilindricidade pode ser monitorada continuamente usando medidor pneumático ou verificação off-line com medidor de arredondamento de alta precisão. O medidor pneumático tem uma resposta rápida e é adequado para controle de processo em lote; a resolução do medidor de arredondamento pode chegar a 0,01 μm, o que é adequado para inspeção final. Os dados devem ser incluídos no rastreamento do sistema MES. O gráfico de tendência de erro de forma e posição deve ser amostrado a cada 10 peças. Uma vez que a concentricidade ou a cilindricidade se aproxime de 80% do limite de tolerância, o aviso de vida útil da ferramenta ou a reverificação da precisão do gabarito devem ser acionados imediatamente para evitar que o lote exceda o limite de tolerância.
Esquema de evasão para modos de falha comuns
As falhas comuns incluem ondulação da parede do furo, conicidade anormal e ovalidade do furo do assento do rolamento. A ondulação é causada principalmente pela pré-carga insuficiente do rolamento do fuso da máquina-ferramenta ou pela extensão excessiva da ferramenta, portanto, o comprimento de centralização da ferramenta deve ser encurtado ou a velocidade de rotação deve ser reduzida. A conicidade anormal geralmente se origina da folga reversa do eixo Z ou da força insuficiente do broche do fuso, portanto, a compensação da folga deve ser ajustada e o desgaste da haste de tração do fuso deve ser verificado. Elipticidade é muitas vezes relacionada com a força de fixação é muito grande, peças de liga de alumínio são recomendados para ser uniformemente fixado sob a pressão de 0,5 - 0,8 MPa para evitar o erro de processamento causado por depressão local.
O núcleo da estratégia de evasão é "frenagem estática": o projeto da braçadeira precisa de análise de elementos finitos para prever a tendência de deformação térmica e reservar margem de compensação; a sequência de usinagem segue o princípio de "superfície antes do furo, superfície de base de acabamento antes do processamento de outros", de modo a garantir que o processamento do furo do assento do rolamento seja realizado após a conclusão do posicionamento da superfície de referência principal. Para as principais peças aéreas, recomenda-se adotar o processo de "fixação secundária e configuração da ferramenta", ou seja, o posicionamento preciso secundário antes da usinagem de acabamento, de modo a eliminar o erro acumulado de afrouxamento da braçadeira.
Qual é a concentricidade da usinagem CNC de calços de rolamentos de aeronaves?
Dependendo da precisão do equipamento e do caminho do processo, a máquina de três eixos comum pode ter uma fixação de ± 0,01 mm com boa coordenação. Adote o esquema de fixação única composta de ligação de cinco eixos ou torneamento e fresagem para controle estável dentro de ± 0,005 mm. A capacidade específica deve ser avaliada em combinação com o tamanho da peça de trabalho e o material.
Como garantir a estabilidade da cilindricidade do furo do mancal do rolamento durante a produção em massa?
A chave está na compensação de detecção on-line e no gerenciamento da vida útil da ferramenta. A verificação pontual do medidor pneumático ou do CMM deve ser realizada a cada 10-20 peças para estabelecer o gráfico de controle SPC de erro de forma e posição. A ferramenta deve ser trocada à força de acordo com o número de metros de corte ou peças de usinagem, de modo a evitar o acúmulo de linhas de vibração da parede do furo causadas pelo desgaste. Ao mesmo tempo, os parâmetros de corte devem ser mantidos constantes e as variáveis artificiais devem ser reduzidas.
O assento do rolamento de liga de alumínio é fácil de deformar após o processamento. Como controlar a cilindricidade?
A liberação de tensão interna da liga de alumínio é a principal causa de deformação. Adote o procedimento de "semi-acabamento + recozimento + acabamento", organize o envelhecimento natural ou artificial após a fresagem áspera; controle a permissão de acabamento em 0,1 - 0,2 mm, corte rápido para reduzir a entrada de calor; fixação precisa de baixa pressão e fixação uniforme, para evitar a recuperação elástica instantânea do alívio de tensão, resultando em ovalidade excessiva.
Como escolher a linha central de referência mais precisa na detecção de coaxialidade?
Evite o método de amostragem de ponto uniaxial. Recomenda-se selecionar 6 seções no eixo de referência uniformemente, medir 4 pontos em cada seção e ajustar a linha central pelo método do mínimo quadrado. O mesmo vale para os eixos de comparação. Se o comprimento do furo do eixo for longo, a seção de amostragem axial deve ser adicionada para refletir a mudança de cilindricidade de comprimento total, de modo a garantir que os resultados do teste sejam estatisticamente representativos.
A usinagem de cinco eixos pode garantir a concentricidade e a cilindricidade do furo inclinado espacial ao mesmo tempo?
Sim. A ligação de cinco eixos pode manter a melhor postura de alimentação na direção de corte e reduzir o componente de força radial da ferramenta, de modo a restringir a vibração da parede do furo através do balanço do eixo B/C. No entanto, um codificador de eixo oscilante de alta precisão é necessário, e a compensação de movimento do centro da ponta da ferramenta é necessária para a programação, de modo a evitar o corte excessivo da trajetória. A compensação térmica do eixo oscilante e a calibração de erros geométricos são necessárias antes da usinagem para garantir o desvio entre a postura teórica e a postura real.
