Концевые фрезы 

В качестве варианта черновой обработки данные твердосплавные многозубые концевые фрезы обеспечивают разные интервалы между канавками, плавное резание, улучшенную отделку поверхности рабочей детали и повышенную скорость подачи (все изображения предоставлены Seco Tools)

Дуга касания и средняя толщина стружки – важные параметры для оптимизации операций черновой обработки.

В сегодняшней производственной среде, отличающейся высокой конкуренцией, цеховые специалисты постоянно ищут пути улучшения, которые бы позволили снизить издержки и сэкономить время. Все больше предприятий обращаются к передовым стратегиям обработки для сокращения цикла обработки, особенно на этапе чернового процесса. Нетрадиционные стратегии, такие как фрезерование с быстрой подачей, трохоидальное фрезерование, динамическое фрезерование, становятся все популярнее у производителей, стремящихся сократить расходы на дорогостоящий процесс подготовки отдельных деталей к окончательной обработке.

Читайте авторскую статью про нестандартные стратегии черновой обработки, про принцип дуги касания, виды резцов, сложные формы и материалы. 

Стратегии черновой обработки на базе автоматизированного программирования уделяют особое внимание дуге касания режущего инструмента и средней толщине стружки. Изменение дуги касания инструмента с использованием траектории перемещения в программе позволяет повысить скорость обработки, контролировать температуру процесса и достигать более высокого показателя подачи на зуб. Кроме того, становится возможным  увеличить глубину резания и существенно сократить общее время обработки без создания дополнительного напряжения на шпиндель инструмента.

Видео: «Многозубый инструмент и высокая скорость подачи»

Принцип дуги касания

Дуга касания – независимая переменная, влияющая на тепловую нагрузку режущего инструмента. Это ключевой параметр для большинства оптимизированных операций по обработке. Максимальная  дуга касания любого инструмента составляет 180 градусов или его диаметр. Если рассматривать операцию по прорезанию пазов или параметр перемещения фрезы между проходами, равный 100 %, то при полной дуге касания  радиальная глубина резания (или ширина резания) (ае) равна диаметру резца (Dc).

Изменяя параметры дуги касания, можно снизить количество тепла, генерируемого во время обработки. По мере уменьшения  радиальной глубины то же самое происходит с дугой касания резца. Меньший контакт приводит к меньшему трению и меньшему высвобождению тепла между режущей кромкой инструмента и обрабатываемой деталью. Режущие кромки получают больше времени для охлаждения – после выхода из реза, во время поворота и повторного входа в рез. Более низкие температуры обработки позволяют повысить скорость резания и сократить время цикла обработки.

Средняя толщина стружки и физическая нагрузка

Толщина стружки постоянно меняется в процессе резания, но средняя толщина для режущего инструмента (hm) основывается на физической нагрузке и поддерживается путем комбинации настроек подачи на зуб и дуги касания. Полная дуга в 180 градусов будет способствовать созданию самой толстой стружки в центральной точке ширины резца, а меньшая дуга касания (менее 90 градусов) снизит толщину и позволит повысить подачу на зуб (fz) в качестве компенсации.

Виды резцов

Некоторые инструменты предназначены для резания определенных материалов, другие имеют сложную геометрию для продвинутых методов обработки. Передовые стратегии черновой обработки на базе систем CAM позволяют внести определенные изменения в конструкцию резца, что дает возможность контролировать стружку, требования к кромке и длине.

Если поддерживается постоянная дуга касания, инструменты в этом случае подвергаются равномерному, стабильному износу вдоль канавок, что делает срок службы инструмента достаточно предсказуемым. Однако при использовании длинных резцов стружка также получается длинной, и это затрудняет ее удаление из зон резки и инструмента.

Чтобы сделать стружку более короткой и контролируемой, некоторые инструменты снабжаются стружколомами, которые представляют собой маленькие канавки на режущих кромках и выступах. Стружколомы располагаются на расстоянии друг от друга, равном одному диаметру резца.  Так, инструмент длиной 40 мм и диаметром 10 мм будет создавать стружку не более 10 мм в длину, что позволит быстро удалить ее из зоны и предотвратить заклинивание конвейера, удаляющего стружку.

Концевая фреза

Данная твердосплавная концевая фреза для больших подач была разработана для повышения производительности при работе с закаленной сталью и жаропрочными сплавами. Фреза отличается оптимизированной основой, геометрией и покрытием, что позволяет повысить эксплуатационные характеристики и надежность процесса

При наличии малой дуги касания чем больше у резца канавок, тем быстрее осуществляется подача и выше производительность. Скорость подачи равна числу канавок, умноженному на подачу на зуб и умноженному на скорость шпинделя. Обычно резцы для черновой обработки имеют максимум четыре канавки, но в настоящее время изучается потенциал для повышения производительности инструмента с пятью канавками.

Сложные формы и материалы

При торцевом фрезеровании и прямолинейной траектории дуга касания остается без изменения с момента ее установки. Однако для более сложной формы деталей, например, с внутренним и внешним радиусами, дуга касания может меняться. Когда резец завершает прямой рез и переходит на внутренний радиус/угол, его дуга касания возрастает, и параметры резания перестают совпадать с установленной дугой касания. Если траектория движения не подстраивается под эти изменения, это может привести к вибрации, колебаниям и поломке инструмента.

Современные системы CAM предлагают специальные стратегии траектории для форм внешнего/внутреннего радиуса, которые предусматривают изменение дуг касания вдоль обычных траекторий. С помощью программы происходит автоматическое применение разных скоростей подачи для контроля дуги касания, а также поддерживается постоянным уровень подачи на зуб. Для работы с дугой касания программное обеспечение применяет трохоидальную обработку и техники зачистки фрезерованием при входе в радиус. Далее выбирается траектория движения – она может существенно сократить посторонние перемещения и снизить время цикла.

Если представить движение инструмента по прямой, а затем  изменение  направления и поворот на 90 градусов, то независимо от точности и скорости станка резание будет замедляться и ускоряться при смене направления.

Такое постоянное уменьшение/увеличение может сильно повлиять на срок службы инструмента и издержки на обработку.

Использование оптимизированной траектории движения и поддержание постоянной дуги  касания может привести к тому, что  радиус резца совпадет с вырезаемым внутренним радиусом без риска перегрузки резца, заедания или перереза. Таким образом, за один проход при черновой обработке можно удалить больше материала, что оставляет совсем немного материала на финальный проход. Это позволяет сократить цикл обработки.

Оптимизированные стратегии черновой обработки также применяются в отношении особых материалов. Недавние испытания со сталью, нержавеющей сталью, чугуном, титаном, алюминием и марками высокопрочной стали (48 HRc) позволили определить оптимальную скорость и подачу для конкретных дуг касания. Так, было определено, что сначала следует применять отношение радиальной глубины разреза к диаметру, равное 10 % (5 % для труднообрабатываемых материалов, таких как титан и жаропрочные сплавы). Можно применять бо́льшие величины радиальной глубины, но при этом скорость резания и подача на зуб уменьшатся.

Если станок не позволяет выполнять черновую обработку на тяжелых режимах резания, можно просто уменьшить дугу касания с использованием траектории трохоидального фрезерования. Это сокращает усилие резания и снижает потребность в высокой мощности станка, но при этом производительность все равно остается высокой благодаря увеличению глубины резания.

Когда стратегии черновой обработки используются для труднообрабатываемых материалов (нержавеющая сталь, титан), следует использовать смазочно-охлаждающую жидкость по всей длине инструмента – в верхней, средней и концевой части.  Во время резания стали и чугуна необходимо также применять сжатый воздух с максимальным давлением для удаления стружки.

Одному предприятию, занимающемуся черновой обработкой формы мотоциклетного компонента, удалось сократить время цикла обработки с 900 до 400 минут благодаря использованию оптимизированной стратегии обработки и траектории инструмента. Такое сокращение было достигнуто с использованием фрезы для больших подач с индексируемыми режущими пластинами в ходе первой и второй операций черновой обработки и последующего переключения на модифицированный инструмент диаметром 25 мм для первой операции и высокой подачи для другой.

Выводы

Дуга касания и средняя толщина стружки – важные параметры для оптимизации процессов черновой обработки. Использование систем CAM для расчета оптимизации траектории и динамическое фрезерование позволяют контролировать дугу касания режущего инструмента и поддерживать стабильный уровень нагрузок. Это позволяет влиять на уровень температуры процесса, обеспечивать высокие показатели скорости резания и подачи на зуб, увеличить глубину разреза и в целом сократить время цикла обработки.

Однако оптимизированная черновая обработка требует специальной системы CAM для внешнего программирования. Многие поставщики режущих инструментов предлагают продукцию для резания конкретных материалов, и гораздо меньшее количество разрабатывает геометрию инструмента, чтобы сделать циклы обработки более совершенными. Правильно подобранный динамический цикл и режущий инструмент позволяют повысить скорость съема материала на 500 % в сравнении с традиционными методами обработки.

Источник материала: перевод статьи
Unconventional Strategies for Roughing,

MoldMaking Technology

Автор статьи-оригинала:
Билл Бог (Bill Bogue),

технический специалист Seco Tools LLC



Понравилась статья? Поделитесь: