Naddatek na obróbkę CNC: jak dobrać wartość do półfabrykatu i operacji
Naddatek na obróbkę CNC dobiera się po pomiarze rzeczywistego półfabrykatu, a nie wyłącznie z wymiaru nominalnego. Dla freza Ø20 mm orientacyjnym punktem startowym jest 6–10 mm na stronę przy ciężkim zgrubowaniu oraz 0,6–1,0 mm na stronę przy wykańczaniu. Są to zakresy wynikające z 30–50% i 3–5% średnicy freza, podawane przez Harvey Performance.
Czym jest naddatek na obróbkę CNC i jak go mierzyć
Naddatek obróbkowy to warstwa materiału pozostawiona między powierzchnią półfabrykatu a wymiarem gotowego detalu. W praktyce trzeba odróżnić naddatek mierzony na jednej stronie od naddatku całkowitego. Jeżeli do usunięcia pozostaje 8 mm od jednej ściany, frez musi pokonać promieniowo 8 mm. Nie oznacza to automatycznie 8 mm różnicy między dwiema przeciwległymi powierzchniami.
Przy frezowaniu parametr ae oznacza promieniową szerokość części freza zaangażowanej w skrawanie. Parametr ap określa różnicę między powierzchnią nieobrobioną i obrobioną w kierunku osiowym. Tak definiuje je Sandvik Coromant w opracowaniu „Milling formulas and definitions”. Rozdzielenie tych dwóch wartości jest konieczne, ponieważ naddatek na bocznej ścianie i naddatek pozostawiony na dnie mogą wymagać innej strategii.
Liczbę przejść można oszacować wzorem n = ceil(naddatek / ae). Dla naddatku promieniowego 8 mm i ae wynoszącego 6 mm otrzymujemy 1,33, więc po zaokrągleniu w górę potrzebne są 2 przejścia. Wartość wynikająca ze wzoru jest punktem planowania ścieżki, a nie gwarancją, że gotowy program nie będzie wymagał przejścia wyrównującego.
Najpierw sprawdź półfabrykat, a dopiero potem ustaw naddatek
Wymiar nominalny płaskownika nie opisuje dokładnie materiału, który trafi na stół. Dla nierdzewnego płaskownika według BS EN 10058:2018 tolerancja szerokości wynosi ±1 mm dla zakresu powyżej 40 mm do 80 mm, ±1,5 mm powyżej 80 mm do 100 mm oraz ±2 mm powyżej 100 mm do 120 mm. Te wartości wpływają na minimalną ilość materiału, którą trzeba zachować przed ustaleniem baz i wykonaniem pierwszej operacji.
Równie istotna jest grubość. Dla grubości nominalnej do 20 mm odchyłka graniczna wynosi ±0,5 mm, dla zakresu powyżej 20 mm do 40 mm wynosi ±1 mm, a dla zakresu powyżej 40 mm do 80 mm wynosi ±1,5 mm. Dlatego naddatek na frezowanie dobrany wyłącznie z modelu CAD może być zbyt mały, jeśli rzeczywisty półfabrykat znajduje się przy niekorzystnej granicy tolerancji.
Przed wpisaniem wartości do CAM zmierz przynajmniej szerokość, grubość i długość materiału w punktach istotnych dla bazowania. Sprawdź też prostoliniowość. BS EN 10058:2018 podaje dla przekroju nominalnego poniżej 1000 mm² tolerancję prostoliniowości poniżej 0,4% długości pomiarowej, a dla przekroju 1000 mm² i większego — poniżej 0,25% długości pomiarowej.
Pomiar ma pierwszeństwo przed mechanicznym sumowaniem tolerancji. Jeżeli płaskownik został zmierzony i znasz jego rzeczywistą grubość, nie dodawaj ponownie pełnej tolerancji materiału bez powodu. Tolerancja pozostaje jednak ważna przy produkcji seryjnej, zakupie kolejnych partii oraz wtedy, gdy pierwszy pomiar nie obejmuje odkształcenia na całej długości.
Podział naddatku na zgrubianie, półwykańczanie i wykańczanie
Duży naddatek obróbkowy warto rozdzielić na etapy. Zgrubianie ma szybko usunąć materiał, półwykańczanie stabilizuje geometrię i ogranicza obciążenie przejścia końcowego, a naddatek na wykończenie powinien pozostać na tyle kontrolowany, aby ostatnie przejście nie musiało korygować dużego błędu wymiarowego.
Dla ciężkiego zgrubowania Harvey Performance podaje orientacyjne zaangażowanie promieniowe 30–50% średnicy freza. Przy frezie Ø20 mm daje to 6–10 mm ae na przejście. Dla wykańczania typowy zakres wynosi około 3–5% średnicy, czyli 0,6–1,0 mm ae przy tym samym frezie Ø20 mm. Nie są to uniwersalne parametry technologiczne: materiał, geometria narzędzia, wysunięcie i mocowanie mogą wymagać mniejszego obciążenia.
Warto odróżnić wartość pozostawioną przed wykańczaniem od zaangażowania narzędzia w pojedynczym przejściu. Jeżeli zostawisz 1 mm na stronę, a planowane ae wynosi 0,6 mm, wykonanie końcowego naddatku wymaga 2 przejść, ponieważ 1 mm podzielone przez 0,6 mm daje wynik mniejszy niż 2, ale większy niż 1.
| Etap | Założony naddatek do usunięcia na stronę | Zaangażowanie ae na przejście | Szacunkowa liczba przejść | Pozostawiony naddatek |
|---|---|---|---|---|
| Zgrubne | 8,0 mm | 6,0 mm, czyli 30% średnicy freza | 2 | 2,0 mm |
| Półwykańczające | 2,0 mm | 1,0 mm, czyli 5% średnicy freza | 2 | 0 mm przed wykańczaniem |
| Wykańczające | 1,0 mm | 0,6 mm, czyli 3% średnicy freza | 2 | 0 mm |
| Wariant zgrubny o mniejszym obciążeniu | 8,0 mm | 5,0 mm na przejście | 2 | 0 mm przed półwykańczaniem |
Przykład dotyczy freza Ø20 mm i naddatku mierzonego promieniowo na jednej ścianie; liczbę przejść zaokrąglono w górę, a rzeczywisty program może wymagać przejścia wyrównującego, najazdu, przejścia po dnie lub korekty tolerancji półfabrykatu.
Bilans wymiarowy: od rzeczywistego wymiaru materiału do wymiaru gotowego
Bilans naddatku powinien zaczynać się od trzech wartości: wymiaru nominalnego półfabrykatu, pomiaru rzeczywistego oraz wymiaru końcowego z rysunku. Dopiero między nimi zapisuje się naddatek technologiczny dla każdej operacji. Taki zapis pokazuje, czy po bazowaniu pozostaje wystarczająca warstwa na korektę po pierwszym mocowaniu.
Przykładowo, jeżeli na jednej ścianie przewidziano 8 mm do usunięcia, nie należy traktować tej wartości jako jednego niezmiennego przejścia. W bilansie można zapisać 8 mm dla zgrubiania, 2 mm pozostawione do półwykańczania, a następnie 1 mm przed wykończeniem. Każda operacja musi mieć własną powierzchnię odniesienia i własny wymiar kontrolny.
W tym miejscu programista powinien połączyć pomiar z modelem i bazami technologicznymi. Przy detalach obrabianych w dwóch zamocowaniach pomocne będzie uporządkowanie baz w bazach technologicznych CNC.
Nie sumuj automatycznie ±1 mm, ±1,5 mm albo ±2 mm z tabeli materiałowej z każdym naddatkiem operacyjnym. Tolerancja dostawy opisuje możliwy zakres półfabrykatu, natomiast naddatek technologiczny opisuje plan usuwania materiału. Jeżeli oba pojęcia zostaną pomylone, program może pozostawić zbyt mało materiału na wykończenie albo niepotrzebnie wydłużyć cykl.
Jak naddatek wpływa na liczbę przejść
Wzór Sandvik n = ceil(naddatek / ae) pozwala szybko sprawdzić, czy zaplanowana szerokość skrawania wystarczy. Dla 8 mm naddatku i ae = 6 mm wynik wynosi 2 przejścia. Dla 8 mm i ae = 5 mm również otrzymasz 2 przejścia, ale wariant z mniejszym ae nie zostawia już naddatku przed półwykańczaniem w przedstawionym bilansie.
Przy wykańczaniu 1 mm naddatku i ae = 0,6 mm także potrzebne są 2 przejścia. Jeżeli wymiar lub powierzchnia są krytyczne, trzeba uwzględnić, czy drugie przejście rzeczywiście przejmie pełne ae, czy geometria ściany, promień naroża albo najazd zmieni rzeczywisty kontakt z materiałem.
Liczba obliczona ze wzoru nie uwzględnia wszystkich ruchów programu. Dodatkowe przejście może być potrzebne do wyrównania śladu, wykonania przejścia po dnie albo skompensowania odchyłki pomiarowej. Kolejność ścieżek, korekcje promienia i punkty wejścia warto sprawdzić w CAD/CAM od modelu do kodu NC, zanim program trafi na obrabiarkę.
Naddatek na frezowanie a sztywność układu
Naddatek na frezowanie nie może być rozpatrywany bez freza, oprawki, wysunięcia i mocowania. Sandvik Coromant, opisując ograniczanie drgań dla frezów palcowych i frezów z kątem przystawienia 90°, wskazuje maksymalnie ae = 25% DC oraz ap = 100% De w warunkach podatnych na drgania. To zalecenie dotyczy ograniczania drgań, więc nie należy utożsamiać go z jedynym możliwym ustawieniem dla każdego narzędzia.
Porównanie jest ważne: dla freza Ø20 mm 25% średnicy oznacza ae równe 5 mm, podczas gdy zakres ciężkiego zgrubowania 30–50% średnicy odpowiada 6–10 mm. Jeżeli układ jest podatny na drgania, niższe zaangażowanie może być rozsądniejszym punktem planowania niż maksymalizacja ilości materiału usuwanego w jednym przejściu.
Przy długim wysunięciu lub słabym podparciu detal może ugiąć się podczas zgrubiania, a po odjęciu siły skrawania wrócić do innego położenia. Wtedy nominalnie poprawny naddatek nie gwarantuje wymiaru. Przed ustawieniem ae i ap sprawdź sztywność mocowania, długość wysunięcia narzędzia oraz możliwość odkształcenia półfabrykatu.
Lista kontrolna przed wpisaniem wartości do CAM
Przed zapisaniem naddatku obróbkowego w operacji CAM przejdź przez poniższe punkty. Każdy z nich wpływa na to, czy wartość pozostawiona po zgrubianiu będzie faktycznie dostępna podczas wykańczania:
- materiał i rzeczywisty pomiar półfabrykatu, w tym tolerancja szerokości, grubości oraz prostoliniowość według właściwej specyfikacji;
- wymiar końcowy, wymagana tolerancja detalu, średnica i geometria freza, planowane ae i ap, mocowanie, długość wysunięcia oraz potrzeba przejścia wyrównującego.
Dla freza Ø20 mm możesz rozpocząć analizę od 6–10 mm ae przy ciężkim zgrubowaniu oraz 0,6–1,0 mm ae przy wykańczaniu, ale tylko po sprawdzeniu, czy narzędzie i obrabiarka mogą pracować w takim zakresie. Naddatek wykończeniowy powinien wynikać z dokładności, stabilności i geometrii konkretnej operacji, a nie z jednej wartości stosowanej do wszystkich detali.
Dobór parametrów i naddatków nie zastępuje oceny ryzyka operatora: prace CNC należy prowadzić zgodnie z instrukcją obrabiarki, dokumentacją narzędzia, wymaganiami BHP oraz po sprawdzeniu mocowania i stabilności układu.
Najczęstsze pytania
Jaki naddatek zostawić na frezowanie?
Nie ma jednej wartości dla każdego detalu. Najpierw zmierz półfabrykat i uwzględnij jego tolerancję oraz krzywiznę. Jako punkt startowy dla freza Ø20 mm można przyjąć około 6–10 mm na stronę przy ciężkim zgrubowaniu; przy wykańczaniu poradnik Harvey Performance podaje około 3–5% średnicy freza, czyli 0,6–1,0 mm dla freza Ø20 mm.
Ile naddatku zostawić na obróbkę wykańczającą?
W przykładzie dla freza Ø20 mm zakres 0,6–1,0 mm na stronę odpowiada 3–5% średnicy freza na przejście. W praktyce wartość trzeba dobrać do wymaganej tolerancji, bicia narzędzia, sztywności mocowania oraz tego, czy wykańczana jest ściana, dno czy powierzchnia 3D.
Jak naddatek wpływa na liczbę przejść?
Podziel naddatek promieniowy przez planowane ae i zaokrąglij wynik w górę. Na przykład 8 mm przy ae = 6 mm daje 2 przejścia, a 1 mm przy ae = 0,6 mm również daje 2 przejścia. Do programu warto doliczyć ewentualne przejście wyrównujące, jeśli wymaga tego tolerancja lub jakość powierzchni.
Źródła
- Tolerances to BS EN 10058 for hot rolled flat stainless steel bars — British Stainless Steel Association, 2018, BS EN 10058:2018, tabela 2 i tabela 3
- Milling formulas and definitions — Sandvik Coromant, brak daty, definicje ae, ap, vf, fz oraz wzory frezowania
- RDOC – In the Loupe Machinist Blog — Harvey Performance Company, brak daty, zakresy RDOC dla wykańczania i ciężkiego zgrubowania
- How to reduce vibration in milling — Sandvik Coromant, brak daty, zalecenia ae = 25% DC i ap = 100% De dla ograniczania drgań
Tekst został utworzony przy pomocy sztucznej inteligencji (modeli językowych).
