Усунення розмірних помилок при фрезеруванні сталевих деталей на ЧПК

Розмірні помилки є однією з найбільш витратних проблем при Обробці сталевих деталей на верстатах з ЧПУ . Отвори зміщуються з заданого положення, плоскість не відповідає допускам, отвори мають конічність, а деталі, які проходять проміжний контроль, раптово відхиляються на остаточному інспекційному етапі.

На основі журналів усунення несправностей на виробничій дільниці, досліджень точності вимірювальних інструментів та проектів покращення процесів у виробничих умовах ця стаття пояснює чому виникають розмірні помилки під час обробки сталі — і як усунути їх за допомогою методів, заснованих на даних та забезпечуючих повторюваність .

---

Що таке розмірні помилки в деталях із сталі, оброблених на ЧПК?

Розмірні помилки — це будь-які відхилення від вимог креслення, зокрема:

• Некруглі отвори

• Відхилення від заданої площинності

• Зміщення положення отвору

• Помилки паралельності

• Розбіжності розмірів між партіями

У програмі обробки картера коробки передач із сталі AISI 1045:

• Кількість бракованих деталей знизилася 29%

• Час на доробку скоротився 37%

• Індекс CpK критичних отворів покращився з 0,86 до 1,41

після впровадження нижченаведених коригувальних заходів.

---

Чому виникають розмірні помилки при ЧПУ-обробці стальних деталей

1. Теплове розширення верстата та деталі

Сталь розширюється приблизно на 11–13 мкм/м/°C . Під час тривалих циклів нагрівання шпинделя та зміна температури деталі можуть призводити до відхилень розмірів за межі допусків.

Зареєстрований випадок:
Обробний центр показав зсув по осі Z на 14 мкм після 45 хвилин безперервного різання.

---

2. Зношення інструменту та деградація пластиночок

Поступове зношення задньої поверхні збільшує сили різання, що призводить до прогину інструменту й зміщення геометричних елементів деталі.

Моніторинг терміну служби інструменту на сталі 4140 показав:

• Зміна розміру +0,018 мм після 280 деталей

• Стабільні розміри відновлено після заміни робочої кромки інструменту

---

3. Прогин і виступ інструменту

Довгі інструменти поводяться як пружини — особливо під час обробки сталі.

Розточний стрижень із виступом у 6 діаметрів створив конусність 0,05 мм ; заміна на демпфований стрижень зменшила конусність до 0,012 мм.

---

4. Рух кріплення або пружне відновлення деталі

Якщо деталь розслаблюється після ослаблення затиску, проміжне зондування не збігатиметься з остаточним контролем.

Випробування з використанням датчиків навантаження показали, що зниження сили затиску на 30 % зменшує похибку плоскості вдвічі.

---

5. Нестабільність вихідного матеріалу

Зміна твердості в межах сталевих прутків або листів змінює сили різання й деформацію.

У партії сталі 4140 твердість коливалася в межах від 270 до 315 HB, що призводило до непередбачуваного розкиду розмірів отворів.

---

Як усунути розмірні похибки: перевірені рішення

---

Контролюйте температуру та теплове дрейфування

Стабілізуйте навколишнє середовище

• Підтримуйте температуру в цеху в межах ±1,5 °C

• Розігріти обладнання протягом 20–30 хвилин

• Уникати коливань температури охолоджувача більше ніж на 2 °C

Використовувати зондування та компенсацію

• Виконати торкання критичних елементів у середині циклу

• Автоматично застосовувати поправки на знос інструменту

• Фіксувати теплові тенденції за зміну

Результат:
Впровадження зондування в процесі обробки зменшило розбіжності діаметра отворів на 46%у блоках клапанів.

---

Профілактичне управління зносом інструменту

Встановити ліміти терміну служби інструменту

Замість очікування виходу з ладу:

• Відстежуйте деталі за кожною кромкою

• Замінюйте вставки при 70–80 % терміну їхнього службового життя

• Використовуйте ідентичні інструменти в магазині

Обирайте відповідний інструмент

• Карбідне покриття TiAlN для легованих сталей

• Гострі остаточні вставки для низьковуглецевої сталі

• Геометрії «вайпер» для стабільності розмірів

---

Зменшуйте прогин інструменту

• Зменшуйте виступ інструменту, де це можливо

• Перейти на гідравлічні або зажимні патрони з термічною посадкою

• Зменшити радіальне зачеплення

• Збільшити осьову глибину за допомогою трохоїдальних траєкторій

Виміряне покращення:
Заміна патронів зменшила розкид діаметра отвору з 0,022 → 0,009 мм.

---

Покращити стратегію кріплення

• Підтримувати тонкостінні елементи опорними площадками

• Обробляти критичні поверхні останніми

• Розміщувати базові елементи поблизу зон різання

• Використовувати затискні пристрої з контролем моменту затягування

---

Стандартизація сировини

• Вказати діапазони твердості в замовленнях на закупівлю

• Запитати сертифікати виробника (матеріальні сертифікати)

• Зняти внутрішні напруження з кованих заготовок

• Ультразвукове випробування великих зливків

---

Поетапний робочий процес усунення несправностей

Коли параметр виходить за межі допуску:

1️⃣ Перевірити температуру деталі
2️⃣ Оглянути ріжучу кромку інструменту під збільшенням
3️⃣ Виміряти виступ інструменту
4️⃣ Перевірка повторюваності пристосування
5️⃣ Перегляд сертифікатів твердості
6️⃣ Коригування зміщення зносу або заміна інструменту
7️⃣ Повторне фрезерування контрольного зразка

---

Контрольний перелік розмірного контролю

Перед випуском продукції:

• ✅ Тепловий розігрів завершено

• ✅ Повторюваність пристосування підтверджено

• ✅ Виміряно збірки інструментів

• ✅ Значення запасу матеріалу в CAM правильні

Під час виробництва:

• ✅ Запис даних SPC

• ✅ Контроль критичних параметрів за допомогою пробника

• ✅ Заміна інструментів за графіком

Після виробництва:

• ✅ Проведення досліджень CpK

• ✅ Оновлення тенденцій зміщення

• ✅ Коригування таблиць терміну служби інструментів

---

Часті запитання щодо точності обробки сталевих деталей на верстатах з ЧПК

Які межі допусків є реалістичними для обробки сталі на верстатах з ЧПК?

±0,01 мм — типове значення для стабільних процесів; ±0,005 мм вимагає контролю температури, використання пробника та високоякісного інструменту.

---

Чому деталі мають різні розміри після знімання з верстата?

Типовими причинами є усадка під час охолодження, звільнення напружень після розтискання заготовки та тепловий дрейф верстата.

---

Чи завжди повільне фрезерування покращує точність?

Ні — тертя та нагрівання можуть погіршити контроль розмірів. Більш важливим є оптимізація подачі та частоти обертання, ніж просто зниження частоти обертання.