Круговая обработка с низким радиальным погружением и постоянной подачей на зуб увеличивает срок службы инструмента, минимизируя тепло и вибрации при обработке твердых материалов. Разработчики программного обеспечения для автоматизированного проектирования и систем управления упрощают внедрение этой техники для мастерских любых размеров.
Представьте себе спутник, вращающийся вокруг Земли на постоянной высоте. Если бы мы приложили достаточно силы, чтобы вернуть его на Землю, спутник начал бы спускаться по спирали. Каждый оборот создает трохоидальное движение.
На этом принципе основано трохоидальное фрезерование. Вспомните игрушку из 1960-х годов под названием "спирограф", которая создает красочные картинки. Человек прикрепляет к листу бумаги пластиковое кольцо с зубцами шестерни, вырезанными на внутренних и внешних сторонах, затем вставляет другое, меньшее кольцо, с шестерней с обеих сторон в шариковую ручку и перемещает меньшее кольцо вокруг большего. Подобно ручке в спирографе, траектория трохоидального инструмента является круговой, а не линейной.
За десятилетие, что существует трохоидальное фрезерование, отрасли, в которых мы работаем, заметили положительное влияние на долговечность инструмента и улучшение скорости удаления металла (MRR) на 10-15% по сравнению с традиционной обработкой.
Преимущества трохоидальных траекторий включают:
- Более низкая температура в зоне резания, что снижает тепловую нагрузку на инструмент. Это улучшает процесс и увеличивает срок службы инструмента.
- Равномерное зацепление инструмента как радиально, так и аксиально. Использование всей длины режущей кромки уменьшает силы резания, что способствует стабильности процесса, уменьшая вибрации и нагрузку на подшипники шпинделя. Это также сохраняет инструмент более острым на длительный срок за счет равномерного изнашивания режущих кромок.
- Такие методы обеспечивают превосходное удаление стружки и образование более тонких стружек, особенно при использовании потока охлаждающей жидкости или воздушного обдува. Это снижает нагрузку на инструмент и значительно уменьшает необходимость в повторной резке стружек.
- Уменьшение отклонения инструмента, что обеспечивает минимальный остаток материала во всех областях контура. Инструмент затем удаляет одинаковое количество материала при чистовой обработке поверхностей, что гарантирует более равномерное качество поверхности.
Инструментальная траектория типа «peel» аналогична и показывает большинство тех же преимуществ. Это обеспечивает зацепление инструмента максимум на 10% при максимальной глубине по оси Z и более высокой скорости подачи между переходными движениями.
Оба пути инструмента имеют дуговой вход, за которым следует прямая линия или линия, которая следует контуру формы, а затем дуговой выход. Также имеется сниженная скорость подачи при входе для путей типа «peel», чтобы поддерживать правильное соотношение подачи на зуб между центром фрезы и внешней режущей кромкой при погружении.
Области применения, в которых превосходно трохоидальное фрезерование
Поскольку трохоидальное фрезерование минимизирует тепло и вибрации, оно хорошо подходит для прорезей, карманов, черновой обработки и обработки твердых материалов, где стружку трудно ломать, таких как титан и инконель (Inconel). Также это отличная техника для обработки аэрокосмических компонентов и отливок. Трохоидальное фрезерование может применяться для закаленной инструментальной стали и любого материала, который подвергается закалке или является абразивным, так как у них часто появляются сколы вдоль канавок.
Более высокие параметры резания могут использоваться благодаря принципам толщины стружки. Толщина стружки - это именно то, что подразумевается под этим термином: толщина стружки, которую образует канавка или кромка вставки. Принципы толщины стружки зависят от типа используемого инструмента (угол резания 90/45/10 градусов, например) и от того, ведет ли оператор периферийное или торцевое фрезерование.
Если выполнять периферийное фрезерование или боковое фрезерование для операции типа «peel» со стандартной торцевой фрезой (90-градусная кромка), можно применить коэффициент, который увеличит подачу на зуб, чтобы поддерживать ту же толщину стружки, что и в обычном процессе обработки. Этот коэффициент зависит от соотношения между ae (рабочее погружение) и d (диаметр фрезы).
Трохоидальное фрезерование проще, чем когда-либо
Благодаря постоянным улучшениям в системе управления станков, программного обеспечения для автоматизированного проектирования (CAM) и легких в использовании циклов, доступных на многих контроллерах станков, трохоидальное фрезерование становится доступнее для мастерских всех размеров. Определенно стоит рассмотреть эту технику для длительной черновой обработки или труднообрабатываемых материалов.
Многие разработчики программного обеспечения уже внедряют методы черновой обработки в стиле трохоидального фрезерования. В программе EspritCAM от DP Technology это называется ProfitMilling; в Mastercam от CNC Software - Dynamic Milling; в hyperMILL от Open Mind Technology - Maxx Machining Roughing HPC. Другие разработчики CAM, без сомнения, последуют их примеру.
Также ожидается, что больше разработчиков систем управления станками расширят свои циклы, чтобы включить пути трохоидального фрезерования и peel-типов. Для простых деталей или простой работы оператор может быстро создать программу, если трехмерная модель или пакет CAM недоступны.
С последним поколением программного обеспечения для ЧПУ у нас есть возможность выполнять черновую обработку детали трохоидальными движениями, используя циклы оптимизированного контурного фрезерования (OCM). Это опция контроллеров TNC. С помощью этих циклов оператор может выполнять черновую обработку контура в 2D, а при необходимости сделать обработку стенок и днищ.
Очень важно, чтобы ваш станок с ЧПУ имел хорошую систему управления движением или высокоскоростной режим. Чтобы поддерживать соответствующую точность на контурном пути, станок должен уметь очень быстро и точно ускоряться и замедляться. Если станок не справляется, то инструмент может выдалбливать углы, в которых он извлекает материал на высоких скоростях и где ускорение/замедление (сокращенно accel/decel) является максимальным.
Для дальнейшего повышения производительности оператор может адаптировать нагрузку на шпиндель, контролируя скорость подачи. Мы называем эту функцию обучения станка системой адаптивного управления подачей (AFC). Опция внутри наших контроллеров iTNC/TNC позволяет оператору контролировать и настраивать чувствительность/реакцию скорости подачи, что является уникальным параметром. Для меньших инструментов AFC может помочь предотвратить сколы в экзотических металлах. Эти настройки помогают предотвратить нагрузку на зубья на несколько долей секунды, что может предотвратить сокращение срока службы инструмента.
Производители инструмента идут в ногу со временем
В ближайшие годы я ожидаю увидеть больше производителей, выпускающих инструменты для высокоскоростной обработки (HSM), подходящие для операций трохоидального фрезерования.
Одной из таких компаний является Fraisa USA из Нью-Брайтона, Миннесота. Инструменты HX-RNV и XSpeed-H подходят для широкого диапазона от стали для пресс-форм до высокозакаленной стали. Некоторые из этих инструментов имеют больше режущих кромок (Z6 и Z8) и глубину реза до 5xD (например, диаметр 10 мм x глубина реза 50 мм). Это связано с малым размером создаваемой стружки, что позволяет таким типам инструментов повышать скорость подачи благодаря увеличению числа зубьев.
В заключение, следует отметить, что трохоидальные методики снятия материала "пилинга" доказали свою эффективность в сокращении времени обработки и увеличении срока службы инструмента в машиностроительных операциях. Если вы еще их не используете, я настоятельно рекомендую рассмотреть эту возможность на вашем текущем оборудовании — если ваш станок справится с этими требованиями — или при покупке следующего станка. Если у вас новое оборудование, найдите операции, в которых вы можете опробовать эти методики, затем подберите подходящий инструмент, используйте гидравлический или термоусадочный держатель и испытайте трохоидальные методики на вашем контроле или CAM-системе.
Источник: https://www.fabricatingandmetalworking.com/