Високошвидкісна обробка (HSM) є важливою технологією, яка широко використовується в сучасній технології фрезерування. Застосовуючи технологію фрезерування HSM, можна не тільки фрезерувати різноманітні м’які та тверді матеріали, але й досягти високої точності заготовки. У цій статті описано вимоги HSM до інструментів і тримачів.
1. Вимоги HSM до різальних інструментів
1. Геометрія
Вібрація інструменту безпосередньо впливає на якість поверхні, отриманої в результаті обробки. Тому надзвичайно важливо підтримувати рівномірну силу різання на інструменті під час обробки HSM, щоб уникнути вібрації інструменту.
Вплив суміжних геометричних характеристик інструменту на силу різання:
• Хороша концентричність сприяє рівномірному розподілу навантаження на ріжучу кромку
• Більше перекриття ріжучої кромки для рівномірних характеристик сили різання (більший кут спіралі та кількість канавок)
• Коротка довжина різання для кращої жорсткості (діаметр валу трохи зменшено порівняно з крутими стінками машини)
• Найкращий стан поперечного перерізу сердечника з мінімальною концентрацією напруги на вирізі
Високоміцні матеріали можна обробляти за допомогою HSM, а це означає, що стійкість до деформації зростає разом із твердістю матеріалу, що підлягає обробці. Підвищене навантаження на ріжучу кромку вимагає стабільної конструкції геометрії ріжучої кромки. Однак при високій швидкості різання у вільній зоні поверхні заготовки буде утворюватися більше тепла від тертя, а це означає, що кут зазору інструменту повинен бути зменшений. Тому підвищення стійкості ріжучої кромки можна досягти лише шляхом зменшення кута скосу. У випадках, коли матеріал дуже твердий, а матеріал інструменту крихкий, це може навіть призвести до негативного кута скосу.
Точно підібрані радіуси відшліфовані на кінчику леза, щоб уникнути гарячих умов або часткового поломки краю при раптовому нагріванні.
Якщо потрібно, щоб точність форми заготовки була дуже високою, радіус кулькової частини інструменту для фінішної обробки безпосередньо впливає на точність форми заготовки, що підлягає обробці. Тому, як основна умова, дуже важливо використовувати інструменти з дуже вузькими допусками на радіус (у мікронному діапазоні) під час обробки дуже делікатних деталей.
2. Матеріали та покриття
Матеріал інструменту повинен бути твердішим за матеріал, що підлягає обробці. Чим більша різниця твердості між матеріалом заготовки та матеріалом інструменту, тим менший знос інструменту та довший термін служби інструменту. Через високі місцеві температури також необхідно переконатися, що матеріал інструменту є стійким до окислення.
Великі коливання теплового навантаження та потреба у стійкості до окислення матеріалу інструменту призводять до кінцевої необхідності покриття на дрібнозернисті корпуси інструментів з карбіду вольфраму.
Перевірені системи покриттів, такі як TiN, TiCN і TiAlCN, швидко досягають своїх меж у обробці HSM. Тому були розроблені багатокомпонентні системи покриттів на основі нітридів з високим вмістом алюмінію в поєднанні з іншими елементами, такими як ітрій, ванадій або тантал. Більш високої продуктивності також можна досягти за допомогою наношарових структур, CBN і PKD.
2. Вимоги HSM до тримачів інструментів
Через високу швидкість шпинделя, необхідну для обробки HSM, найкраще використовувати системи HSK-A та HSK-E. Оскільки фланець інструментотримача встановлений на шпиндельній головці, інструментотримач має певну механічну опору в напрямку Z, тому на вищих швидкостях він не затягується в шпиндель через збільшення відцентрових сил.
Фундаментальні помилки вже могли виникнути на етапі підготовки процесу, що унеможливлює зменшення вібрації та безпечне керування процесом. Щоб досягти стабільної обробки HSM, важливо збалансувати та перевірити вирівнювання інструменту та тримача за потреби. Необхідно також враховувати обмеження швидкості обертання, пов’язане з незбалансованою масою.
Погано збалансована або неправильно вирівняна система обертового інструменту призведе до:
• дуже низька якість поверхні
• дуже низький термін служби інструменту
• Низька стабільність і безпека процесу
• Можливе пошкодження фрезерного шпинделя
Дисбаланс і відхилення від ідеальної концентричності, викликані різкими змінами в процесі, можна дуже чітко побачити на схематичному малюнку нижче:
Відсутність відхилень порівняно з ідеальною концентричністю: менша теоретична шорсткість
Відхилення від ідеальної концентричності: більша теоретична шорсткість
Маса балансу має важливий вплив на динамічні характеристики всієї обертової системи.
Дисбаланс еквівалентний обертанню ексцентричного об’єкта. Це ексцентричне тіло може викликати відцентрову силу, яка зростає квадратично зі швидкістю обертання. Це означає, що той самий дисбаланс створює в 441 разів більшу відцентрову силу на шпинделі при 42,000 об/хв, ніж на шпинделі при 2,000 об/хв (212=441). Тому незбалансованість розташування інструментотримача при високошвидкісній обробці має особливо виражені негативні наслідки.
Застосовуючи технологію затиску інструменту в HSM, ви можете використовувати інструментотримачі з:
• Цанги і
• Редуктори
Альтернативні системи, такі як роз’єми Weldon, не рекомендуються, оскільки вони мають значні недоліки в обробці HSM.
Завдяки хорошим амортизаційним властивостям цангових державок, які дають хороші результати під час чорнової обробки, разом із редукторними з’єднаннями можна досягти дуже високого ступеня жорсткості та повторюваності. Це необхідно для отримання ідеальної поверхні заготовки. Використання редукторів дозволяє досягти дуже точної концентричності (відхилення менше ніж 0,003 мм) і високого крутного моменту передачі.
Конструктивна конструкція різних редукторів: крутний момент передачі залежить від конструктивної конструкції затискного обладнання; різні конструктивні структури, вони можуть бути дуже різними.
