Високошвидкісна обробка (HSM) не тільки призвела до значної розбіжності між верстатами, а й підвищила обізнаність про високошвидкісні шпинделі, -можливо, найважливіший центральний компонент високошвидкісних верстатів та ключовий фактор успіху HSM.
Робота шпинделя з високою швидкістю обертання і досягнення оптимального балансу між швидкістю і обертовим моментом є основним завданням інженерної справи. Продуктивність шпинделя залежить від декількох факторів. Один з основних факторів пов'язаний з концепцією конструкції одно- або комбінованої системи підшипників, компонентами ущільнення і методом утримання інструменту.
При обробці шпиндель не перебуває у прямому контакті із заготівлею, а взаємодіє з нею через іншу технологічну систему - ріжучий інструмент. Це з'єднання діє як провідник і має перетворити вражаючі можливості високошвидкісного шпинделя в поліпшені результати обробки. Ще одним елементом між ріжучим інструментом і шпинделем є тримач інструменту, який вставляється в шпиндель. Погана продуктивність цього невеликого вузла, ріжучого інструменту та державки, може звести до нуля функцію шпинделя. Тому HSM посилює вимоги до точності, надійності та безпеки при складанні шпинделя.
Високошвидкісне обертання створює відцентрові сили. В HSM, в порівнянні з традиційними методами обробки, ці сили експоненційно зростають і перетворюються в значне навантаження на ріжучий інструмент, це визначає його довговічність. При фрезеруванні зі змінними пластинами високі відцентрові сили можуть викликати поломку затискних гвинтів пластин, ослаблення пластин і вихід з ладу корпусу фрези. Вони можуть не тільки пошкодити верстат і оброблювану деталь, але і можуть бути дуже небезпечні для оператора.
В таких умовах виробники ріжучого інструменту змушені враховувати конструктивні і технологічні особливості, необхідні для забезпечення надійності. Отже, при виборі фрез зі змінними пластинами слід враховувати надійну установку пластини і міцну конструкцію корпусу. Почнемо з затискного гвинта, самого маленького та найслабшого елемента всієї технологічної системи, який сильно впливає на надійність системи. Те ж саме можна сказати щодо затискного гвинта по відношенню до високошвидкісної фрези зі змінними пластинами. Застосування динамометричних ключів контролює затяжку затискного гвинта (рис. 1). Однак забезпечення достатньої затяжки крутного моменту недостатньо для надійної роботи фрези. Інтелектуальна конструкція спрямована на мінімізацію динамічного навантаження на затискний гвинт.
Фрези ISCAR HSM90S FAL-22 призначені для ефективного фрезерування алюмінію на високих швидкостях. Вони оснащені пластинами великого габариту, які забезпечують глибину різання до 22 мм (0,866 дюйма). Карман для ріжучої пластини має виступ на нижній поверхні, а нижня поверхня пластини має відповідну канавку, яка входить в гребінь (рис. 2). Це виключає радіальний зсув пластини через сильну відцентрову силу при високошвидкісному фрезеруванні та покращує розподіл навантаження на затискний гвинт пластини. Конструкція фрези забезпечує надійне фрезерування в діапазоні частот обертання до 31 000 об/хв.
Для зменшення відцентрових сил корпус фрези повинен бути вісесиметричним і добре збалансованим. Існують міжнародні та національні стандарти і норми, що визначають класи балансування інструменту. При розробці змінних фрезерних інструментів, призначених для HSM, дуже важливо забезпечити симетричний розподіл маси корпусу щодо осі корпусу. Оскільки цей баланс відноситься до віртуального об'єкту, він не може замінити фізичне балансування реального тіла, якщо це необхідно, але може істотно зменшити дисбаланс маси майбутнього продукту, роблячи «фізичний» баланс набагато простішим.
Відомо, що прагнення інженера-конструктора полягає в тому, щоб зробити корпус ріжучого інструменту зі змінними пластинами та, зокрема, поверхню кишені під пластину, - якомога твердішими, щоб підвищити зносостійкість. Однак чим вища твердість, тим швидше виходить з ладу корпус інструменту, що швидко обертається. Отже, оптимальний баланс між міцністю та зносом - ще одне важливе завдання в пошуку ефективних рішень для інструментів HSM.
Монолітні інструменти мають більш високу точність і кращу осьову симетрію в порівнянні з фрезами зі змінними пластинами. Зазвичай цільні інструменти мають менший діаметр і, природно, вимагають більш високих обертів на хвилину навіть при такій самій швидкості різання. Це пояснює, чому більшість інструментів HSM надійні.
Як правило, такі інструменти виготовляють з твердих сплавів з покриттям, хоча останнім часом різка кераміки як інструментального матеріалу стала популярною для високошвидкісної обробки жароміцних сплавів. Проте, вибір міцного інструменту, особливо фрези для HSM, може бути важким.
Зазвичай відношення вильоту до діаметру у твердосплавних кінцевих фрез (SCEM) більше в порівнянні з інструментами зі змінними пластинами. Така особливість в поєднанні з формою канавки, яка послаблює поперечний переріз інструменту, вимагає особливої уваги до вібростійкості SCEM.
Щоб поліпшити стійкість до вібрації, інженери часто роблять кутовий крок зуба нерівномірним, а спіраль канавки - змінної. Це порушує принцип осьової симетрії та може дати зворотний результат. Таким чином, оптимальна і продумана конструкція твердосплавних кінцевих фрез вимагає інженерної винахідливості та відповідних компромісів (рис. 3).
Розробити збалансований вібростійкий інструмент - це половина справи. Ми вже згадували різцетримач, який встановлюється на високошвидкісний шпиндель. Отже, навіщо тоді ідеальний інструмент, якщо для HSM не підходить набагато потужніший інструментальний блок?
В HSM динамічні характеристики інструменту не можуть бути відокремлені від державки. Наприклад, балансування інструменту повинне виконуватися в зборі з державкою - це єдиний спосіб виконати вимоги до точності, надійності та безпеки.
Сучасні системи CAD/CAM дозволяють оцінювати динамічну поведінку різних продуктів на основі їх 3D-моделей. Забезпечення такими моделями ріжучих інструментів, державок і різних аксесуарів - типова особливість сучасного серйозного виробника інструментів. Фактично, ми з гордістю визнаємо, що за останні роки ISCAR значно розширив можливості складання віртуальних макетів в електронному каталозі.
На закінчення, високошвидкісна обробка вплинула на необхідність особливих вимог до ріжучого інструменту та державки. Задовольняючи ці вимоги, HSM став надійним високотехнологічним високошвидкісним шпинделем з максимальною ефективністю.
Рис. 1]
[Рис. 2]
[Рис. 3]
