Высокоскоростная обработка

Теория применения в ходе механической обработки металлов предельно высоких режимов резания возникла довольно давно. Однако лишь в настоящее время, ознаменованное созданием современных высокопроизводительных станков с числовым программным управлением (ЧПУ), в сфере высокоскоростной обработки (ВСО) появилась реальная возможность перейти от научных гипотез к сфере непосредственно производства. Что само по себе вполне закономерно: ведь частота вращения шпинделя у таких станков достигает 50 – 60 тысяч оборотов в минуту, а скорость подачи превышает 5000 мм в минуту!

Научно установлено и экспериментально подтверждено, что показатель температуры в зоне резания при увеличении скорости механической обработки постепенно увеличивается до тех пор, пока не достигнет определенного максимального значения. Если скорость резания увеличивать и далее, наблюдается некоторое снижение значений, как температуры, так и крутящего момента, который необходим для резания. Это, в свою очередь, свидетельствует о том, что при сверхвысоких скоростях существует определенный «коридор параметров», в котором процесс механической обработки резанием можно осуществлять в относительно спокойном режиме, без риска повреждения режущего инструмента под воздействием экстремальных нагрузок. Действительные параметры такого «коридора» по отношению к каждому подвергающемуся обработке материалу можно определить лишь экспериментально, опытным путем.

Работа в условиях высокоскоростных режимов отличается своими характерными особенностями, выдвигая ряд особых требований к управляющим программам, режущему инструменту и оборудованию в целом.

Так, при функционировании оборудования в высокоскоростном режиме частота вращения шпинделя не должна быть меньшей, чем 15000 оборотов в минуту, а скорость подачи ниже, чем 2500 миллиметров в минуту. Кроме того, станку необходимо успевать за программой, то есть иметь возможность быстрого ускорения/замедления рабочей подачи. Наконец, весьма желательно, чтобы станок отличался высокой жесткостью и был оснащен приспособлениями, обеспечивающими эффективное удаление стружки.

В качестве основного «ограничителя» скорости обработки выступает режущий инструмент. Поэтому на поверхность режущей части инструмента для высокоскоростной обработки наносится специальное износостойкое высокопрочное покрытие. Нельзя не уделить внимания и вопросу крепления инструмента, поскольку допущенная при его установке даже незначительная погрешность неизбежно влечет за собой биение, которое на сверхвысоких скоростях вращения шпинделя особенно опасно. Необходимо, чтобы вылет инструмента был как можно меньшим.

При создании управляющей программы для режима высокоскоростной обработки значения шага и глубины обработки задаются значительно меньшие в сравнении с аналогичными показателями для режима резания обычного фрезерования. Траектория перемещения инструмента должна быть плавной: резкая смена скорости подачи и направления здесь совершенно недопустимы. Нередко линейные перемещения заменяются петлеобразными, применяется трохоидальная траектория.

Инструмент должен врезаться в металл под небольшим углом или по спирали, но ни в коем случае не вертикально. Лишь в таком режиме обеспечивается возможность сохранять значения параметров резания неизменными, что, в свою очередь, оптимизирует нагрузку на инструмент и предотвращает его поломку.

Поскольку в любой рабочей программе для ВСО содержится большое количество перемещений, ее объем может превосходить объем обычной обрабатывающей программы в десятки, а то и в сотни раз. Процессор ЧПУ станка должен успевать осуществлять функцию отработки кадров и быть оснащен достаточно емким программным буфером, без чего невозможна быстрая подготовка к последующим перемещениям. Если же система не располагает большим объемом памяти для хранения управляющих программ, то следует использовать DNC режим.

При этом особые требования выдвигаются по отношению к параметрам скорости и надежности, к самому персональному компьютеру, к линии связи и коммуникационному программному обеспечению.

Практика показывает, что существенно снизить объем программы, сделав ее наиболее оптимальной для метода ВСО, можно путем использования различных программных оптимизаторов и фильтров.

Экономически нецелесообразно применять метод ВСО на всех этапах механической обработки детали. Этапы черновой обработки, как правило, могут проводиться с применением стандартного инструмента и обычных режимов резания.