Высокоскоростная обработка - это одна из современных технологий, которая, по сравнению с обычным резанием, позволяет увеличить эффективность, точность и качество механообработки. Ее отличительной особенностью является высокая скорость резания, при которой значительно увеличивается температура в зоне образования стружки, материал обрабатываемой детали становится мягче, и силы резания уменьшаются, что позволяет инструменту двигаться с большой рабочей подачей. В этой статье изучим что лежит в основе высокоскоростной обработки hsm.
Высокоскоростное фрезерование на станке с чпу вызывает структурные изменения материала (из-за пластических деформаций, осуществляемых с большой скоростью) в месте отрыва стружки. При повышении скорости деформаций силы резания первоначально растут, а потом, с достижением определенной температуры в зоне образования стружки, вдруг начинают существенно снижаться. Время контакта режущей кромки с заготовкой и стружкой так мало, а скорость отрыва стружки столь высока, что большая часть тепла, образующегося в зоне резания, удаляется вместе со стружкой, а заготовка и инструмент просто не успевают нагреваться.
Значение высокоскоростной обработки металла, и в особенности высокоскоростного фрезерования, значительно возросло с появлением новой гаммы конструкций станков и инструментов. Применение данной технологии на станках высокоскоростной фрезерной обработки приводит к повышению производительности при обработке металлов резанием с одновременным повышением точности и качества поверхности деталей, что важно в производстве пресс-форм и другой технологической оснастки. Повышение производительности достигается за счет применения более высоких скоростей резания, которые в два-три раза превышают обычные. При небольших сечениях среза в данном диапазоне скоростей основная масса тепла концентрируется в стружке, не успевая переходить в заготовку, что позволяет производить обработку закаленных сталей, не опасаясь отпуска поверхностного слоя. Отсюда следует основной принцип ВСО: малое сечение среза, снимаемое с высокой скоростью резания, высокие обороты шпинделя и высокая минутная подача.
Высокоскоростная и сверхскоростная обработка на станках с чпу
Метод высокоскоростного и сверхскоросного фрезерования требует использования САМ-систем (Computer Aided Manufacturing - система автоматизированного управления производственным оборудованием), обеспечивающих следующие основные критерии разработки управляющих программ (УП):
- постоянство условий резания с сохранением постоянной толщины стружки;
- сопряжение по радиусу острых углов траектории для поддержания наилучших условий резания с минимальными потерями рабочей подачи;
- плавное соединение концов траектории при позиционировании;
- максимальная скорость отработки УП системой ЧПУ.
САМ-система создает проходы с мелким шагом на больших рабочих подачах, исключая резкие повороты, так как функция предварительного просмотра системы ЧПУ автоматически уменьшает рабочую подачу, при приближении точки смены направления движения. Результатом является геометрически точное фрезерование изделий (например, деталей пресс-форм) с достижением шероховатости поверхности, исключающей финишную полировку (рис. 1)
Рис. 1. Влияние расстояний между строками на теоретическую шероховатость при высокоскоростной обработке металла
Проблему недостаточного быстродействия системы ЧПУ при обработке сигналов САМ система решает созданием специальных траекторий инструмента, соответствующих возможностям систем управления. Для получения оптимальной траектории инструмента функциональные возможности САМ-системы включают:
- исследование расстояния между слоями по оси Z;
- плавное соединение концов траектории;
- контроль наклона стенок детали и идентификацию специфики геометрии.
САМ-система изменяет расстояние между слоями по оси Z так, чтобы после предварительной обработки достигнуть окончательной формы с заданным значением припуска. Для этого САМ-система воспринимает изменения в рельефе поверхности между слоями и по значению остающегося припуска определяет дополнительные проходы. Такие функциональные возможности помогают исключить получистовую обработку, уменьшить время обработки и износ режущего инструмента. САМ-система обеспечивает плавное врезание инструмента в материал заготовки (например, по спирали).
