Выбор инструмента или же просто сменных многогранных пластин (СМП) обычно не вызывает трудностей, т.к. ведущие фирмы-производители представляют широкий ассортимент для самых разнообразных задач с подробными рекомендациями. Критериями выбора инструмента для конкретной операции являются: ее тип– черновая или чистовая, условия обработки – с ударами или без, величина припуска, закрепление заготовки, требуемая точность изготовления и качество поверхности, общая жесткость системы станок - приспособление - инструмент - деталь, тип обрабатываемого материала, его структура, твердость, прочность, однородность, наличие корки или каких-либо включений. Обработка материала высокоскоростным фрезерованием успешна при его твердости 62 – 63 HRC, бÒльшая твердость приводит к неоправданно высокому износу инструмента. Для деталей небольших размеров или деталей, у которых имеется лишь очень твердый поверхностный слой, обработка при такой твердости еще может быть экономически эффективной. Отливки из алюминиевых и латунных сплавов, нержавеющих сталей и титана тоже достаточно хорошо обрабатываются.
Главные характеристики инструментального материала: его твердость, износостойкость, прочность и красностойкость (способность сохранять твердость и химическую стабильность при повышенных температурах), но ни один инструментальный материал не выдерживает ВСЕХ требований предъявляемых условиями обработки, однако можно найти компромисс между твердостью и прочностью – твердый сплав с износостойким покрытием, он состоит из твердых зерен карбидов (вольфрама WC, титана TiC, тантала TaC, ниобия NbC), соединенных связкой – металлическим кобальтом (Co), а в качестве покрытий толщиной 2-12 мкм – оксид алюминия Al2O3, карбид титана TiC, его нитрид TiN и карбонитрид Ti(CN), которые создают химический и термический барьер между инструментом и обрабатываемым материалом. Хотя стоимость режущего инструмента составляет всего лишь несколько процентов от полной себестоимости производства, инструмент существенно влияет на процесс резания, время наладки, количество необходимых операций, время изготовления детали и количество инструмента на складе, за которым необходим строгий контроль для обеспечения правильного хранения и быстрых поисков.
Для конкретной операций и конкретного материала понадобиться конкретная форма СМП и количество ее режущих кромок. Необходимо выбирать как можно более крутой угол наклона винтовой канавки инструмента, измеряемый от его осевой линии. Однако он не должен превышать 350°, поскольку при большем значении угла начинает увеличиваться сила растяжения, воздействующая на инструмент в процессе резания. Эта сила отрицательно влияет на оптимальные гармонические условия и может ослабить некоторые усилия предварительного натяга, воздействующие на подпружиненную шпиндельную опору. Такое изменение в системе изменит расположение оптимальной области частот вращения шпинделя, что потенциально сведет к нулю результаты проведения пробных проходов, выполненных для определения оптимальной области частот вращения шпинделя и, следовательно, оптимальных режимов резания.
Из-за большого объема материала, срезаемого при ВСО на больших подачах, желательно использовать цельные твердосплавные двузубые фрезы, чтобы стружка могла свободно уместиться в канавке, более того они имеют большую жесткость, чем быстрорежущие фрезы.
Опыт показывает, что желательно применять специальные фрезы и режущие пластины с большими передними углами заточки, избегать малых радиусов закругления вершин режущих кромок, чтобы не допустить быстрого износа кромки и смятия обрабатываемого материала, глубина резания не должна превышать 10% диаметра фрезы, а наибольшая стойкость при обработке алюминия наблюдается при использовании охлаждения обдувом. Так как тепло концентрируется в стружке, ее надо просто удалить из зоны резания, а не охлаждать заготовку и инструмент как прежде. В случае применения СОЖ зачастую инструмент подвергается циклическим температурным нагрузкам на кромке, что приводит к преждевременному выкрашиванию. Постоянная тепловая нагрузка, даже на средних температурах лучше, чем меняющаяся циклическая нагрузка.
При использовании СОЖ очень важно правильно ее приготовить и точно измерить ее концентрацию. Это можно сделать несколькими методами, каждый из которых имеет свои недостатки: ручной (неточная дозировка, длительное приготовление, грязное и небезопасное рабочее место, риск контакта с концентрированными продуктами), электрический (импульсный режим и неоднородное впрыскивание, зависимость от сети водоснабжения) или инжекционный (Venturi, зависимость от расхода воды, вязкости СОЖ). Самый прогрессивный метод, состоит в том, что в определенном месте цеха устанавливается и подключается к водоснабжению дозатор (например, компания Dosatron) и емкость с концентратом СОЖ. Дозатор использует давление воды в качестве единственной движущей силы, он всасывает концентрированный продукт, дозирует его в соответствии с требуемым процентным соотношением и перемешивает с водой. Полученный раствор продолжает свое движение по индивидуальным трубопроводам к потребителям (станкам). Данный способ позволяет уменьшить затраты времени, потери СОЖ, засорение инструмента и обрабатываемой поверхности, риск контакта с СОЖ, уменьшить рост бактерий и устранить вспенивание вследствие неправильного дозирования, обеспечивает чистоту и безопасность рабочего места оператора.
Сейчас на рынке предлагается большая номенклатура стандартных фрез диаметром от 0,2 мм, имеющих весьма широкую область применения, например для микрообработки и фрезерования мельчайших деталей в полостях. Для таких фрез требуется предельно высокая частота вращения, достигающая 100 000 об/мин и выше. Максимальное соотношение между длиной фрезы и ее диаметром, при котором фрезерование проходит стабильно, составляет 7. Достаточно уверенно оно может выполняться и при увеличении соотношения до 10, но с приближением к этому показателю оператор станка должен обращать все большее внимание на такие сопутствующие факторы, как качество балансировки, вибрация фрезы, крепление и охлаждение фрезы и т.д. Если у полости достаточный уклон, то в этом случае хорошим решением станет использование гибких конических инструментальных патронов, конических фрез с цилиндрической режущей частью и коническим хвостовиком.
Любая новая комбинация инструмент – заготовка требует огромного количества пробных проходов. При этом даже удовлетворительный результат часто бывает далек от оптимального.