Высокоскоростная обработка (HSM) — важная технология, широко используемая в современной технологии фрезерования. Применяя технологию фрезерования HSM, можно не только фрезеровать различные мягкие и твердые материалы, но и добиваться превосходной точности обрабатываемой детали. В этой статье описываются требования HSM к инструментам и держателям.
1. Требования HSM к режущим инструментам
1. Геометрия
Вибрация инструмента напрямую влияет на качество поверхности, получаемой при механической обработке. Поэтому чрезвычайно важно поддерживать равномерное усилие резания на инструменте во время чистовой обработки HSM, чтобы избежать вибрации инструмента.
Влияние смежных геометрических характеристик инструмента на силу резания:
• Хорошая концентричность способствует равномерному распределению нагрузки на режущую кромку
• Большее перекрытие режущих кромок для равномерной характеристики силы резания (больший угол подъема и количество канавок)
• Короткая длина реза для лучшей жесткости (диаметр вала немного уменьшен по сравнению с крутыми стенками станка)
• Наилучшее состояние поперечного сечения сердечника с минимальной концентрацией напряжений в надрезе
Высокопрочные материалы можно обрабатывать с помощью HSM, а это означает, что сопротивление деформации увеличивается с увеличением твердости обрабатываемого материала. Повышенная нагрузка на режущую кромку требует стабильной конструкции геометрии режущей кромки. Однако при высокой скорости резания в свободной области поверхности заготовки будет выделяться больше тепла от трения, что означает необходимость уменьшения заднего угла инструмента. Поэтому повысить устойчивость режущей кромки можно только за счет уменьшения угла скоса. В случаях, когда материал очень твердый, а материал инструмента хрупкий, это может даже привести к отрицательному углу скоса.
Точно подходящие радиусы заточены на кончике лезвия, чтобы избежать раскаленных условий или частичной поломки кромки при внезапном нагреве.
Если требуется очень высокая точность формы заготовки, радиус шаровой части используемого чистового инструмента оказывает прямое влияние на точность формы обрабатываемой заготовки. Поэтому в качестве основного условия очень важно использовать инструменты с очень жесткими допусками на радиус (в микронном диапазоне) при чистовой обработке очень тонких деталей.
2. Материалы и покрытия
Материал инструмента должен быть тверже, чем обрабатываемый материал. Чем больше разница в твердости между материалом заготовки и материалом инструмента, тем меньше износ инструмента и тем дольше срок его службы. Из-за высоких местных температур также необходимо обеспечить устойчивость материала инструмента к окислению.
Большие колебания термической нагрузки и потребность в стойкости к окислению материала инструмента приводят к необходимости нанесения покрытий на корпуса инструментов из мелкозернистого карбида вольфрама.
Проверенные системы покрытий, такие как TiN, TiCN и TiAlCN, быстро достигают предела своих возможностей при обработке HSM. Поэтому были разработаны многокомпонентные системы покрытий на основе нитридов с высоким содержанием алюминия в сочетании с другими элементами, такими как иттрий, ванадий или тантал. Более высокая производительность также может быть достигнута с использованием нанослойных структур, CBN и PKD.
2. Требования HSM к держателям инструментов
Из-за высоких скоростей вращения шпинделя, необходимых для обработки HSM, лучше всего использовать системы держателей HSK-A и HSK-E. Поскольку фланец резцедержателя установлен на головке шпинделя, резцедержатель имеет определенную механическую опору в направлении Z, поэтому при более высоких скоростях он не втягивается в шпиндель из-за повышенных центробежных сил.
Фундаментальные ошибки, возможно, уже произошли на этапе подготовки процесса, что делает невозможным уменьшение вибрации и безопасное управление процессом. Чтобы добиться стабильной обработки HSM, важно сбалансировать и проверить выравнивание инструмента и держателя в сборе по мере необходимости. Также необходимо учитывать ограничение скорости вращения, связанное с неуравновешенной массой.
Плохо сбалансированная или смещенная система вращающегося инструмента приведет к:
• очень плохое качество поверхности
• очень низкая стойкость инструмента
• Низкая стабильность и безопасность процесса
• Возможное повреждение фрезерного шпинделя
Неуравновешенность и отклонение от идеальной концентричности, вызванные резкими изменениями в процессе, очень хорошо видны на схематической диаграмме ниже:
Отсутствие отклонений по сравнению с идеальной концентричностью: меньшая теоретическая шероховатость
Отклонение от идеальной концентричности: большая теоретическая шероховатость
Балансирующая масса оказывает важное влияние на динамические характеристики всей вращающейся системы.
Дисбаланс эквивалентен вращению эксцентричного объекта. Это эксцентричное тело может индуцировать центробежную силу, которая квадратично возрастает с увеличением скорости вращения. Это означает, что один и тот же дисбаланс создает в 441 раз большую центробежную силу на шпинделе при 42000 об/мин, чем на шпинделе при 2000 об/мин (212=441). Поэтому дисбаланс расположения резцедержателя при высокоскоростной обработке имеет особенно выраженные неблагоприятные последствия.
Применяя технологию зажима инструмента в HSM, вы можете использовать инструментальные держатели с:
• Цанги и
• Переходники
Альтернативные системы, такие как соединители Weldon, не рекомендуются, поскольку они имеют существенные недостатки в обработке HSM.
Благодаря хорошим амортизирующим свойствам цанговых держателей, которые дают хорошие результаты в процессе черновой обработки, вместе с редукционными соединениями может быть достигнута очень высокая степень жесткости и повторяемости. Это необходимо для получения идеальной поверхности заготовки. Использование редукторов позволяет добиться очень точной концентричности (отклонение менее 0.003 мм) и высокого передаваемого крутящего момента.
Структура конструкции различных держателей редукционных инструментов: крутящий момент передачи зависит от конструкции зажимного оборудования; различные конструкции конструкции, они могут быть очень разными.
