Прогиб инструмента под контролем: 4 совета для безупречной ЧПУ-обработки

Производство деталей с высокой точностью, минимальными отклонениями и превосходным качеством поверхности на фрезерных станках с ЧПУ по металлу невозможно без минимизации прогиба фрезы. Прогиб инструмента возникает, когда усилие резания превышает жесткость фрезы, вызывая ее изгиб.

Прогиб инструмента ускоряет его износ и увеличивает вероятность поломки. Предотвращение прогиба не только повышает качество и повторяемость деталей, но и является экономически выгодным, так как сокращает частоту замены инструмента и время простоя оборудования.

Когда инструмент закреплен в патроне в консольном положении, один его конец остается зафиксированным, а другой – свободным.

Во время работы инструмент оказывает силу на заготовку, которая, в свою очередь, создает ответное сопротивление. В результате инструмент испытывает воздействие различных операционных сил. Если его жесткость недостаточна, он прогибается.

Даже незначительный прогиб инструмента может привести к следующим проблемам:

• Уменьшение срока службы инструмента;
• Нарушение геометрических размеров детали;
• Опасный отказ заготовки;
• Плохое качество поверхности или её повреждение.

Хотя прогиб инструмента может привести к катастрофическим последствиям, существуют способы его минимизировать и обеспечить высокую точность обработки.

При расчёте прогиба инструмента важно учитывать его диаметр. Чаще всего при расчётах используют диаметр режущей части фрезы, но на самом деле необходимо учитывать диаметр его ядра.

Это связано с тем, что в зоне режущих кромок инструмент имеет выемки (канавки фрезы), а значит, меньше материала, обеспечивающего жёсткость. Если инструмент с удлинённым рабочим участком, расчёт ведётся по диаметру ядра до этой зоны, после чего учитывается диаметр шейки инструмента.

Изменяя эти параметры, можно значительно снизить прогиб инструмента. Однако в случае длинных фрез это может повлиять на точность обработки.

Для уменьшения прогиба важно понимать разницу между длинной фрезой и фрезой с удлинённым хвостовиком. Их различие заключается в жёсткости, которая определяется диаметром ядра инструмента.

Чем больше материала используется в конструкции инструмента, тем выше его жёсткость. Короткие режущие кромки также способствуют увеличению срока службы инструмента. Понимание особенностей каждого типа инструмента позволяет правильно подобрать его под конкретную задачу.

Такие инструменты используются, когда необходимо обработать участок, недоступный для стандартного хвостовика, но туда может поместиться удлинённая часть инструмента.

Длина участка за режущей кромкой немного меньше диаметра инструмента, чтобы избежать трения (контакта нережущей части инструмента с заготовкой). Такие инструменты универсальны и отличаются долгим сроком службы.

Длинные фрезы применяются для создания ровных стенок на боковых поверхностях детали или при обработке глубоких пазов.

При этом диаметр ядра остаётся неизменным по всей длине режущей части, что увеличивает вероятность прогиба. Если рабочий процесс ведётся с высокой подачей и задействована малая часть режущей кромки, это может привести к образованию конических краёв.

Такие инструменты особенно эффективны для обработки глубоких пазов. Применение методики высокоэффективного фрезерования (HEM) также помогает снизить нагрузку на инструмент за счёт улучшенного отвода стружки, чего нельзя добиться с инструментами с удлинённым хвостовиком.

Расстояние между точкой закрепления инструмента и его рабочей частью называется длиной вылета фрезы. Поскольку инструмент работает в консольном положении, он испытывает не только горизонтальные и вертикальные силы, но и изгибающий момент.

Согласно теории изгиба консольных балок, уменьшение длины вылета фрезы снижает воздействие изгибающих нагрузок. Таким образом, сокращение этого параметра помогает минимизировать прогиб инструмента.

Инструменты для станков с ЧПУ чаще всего изготавливаются из быстрорежущей стали, которая обладает хорошими характеристиками для обработки. Однако под воздействием высоких нагрузок такие инструменты могут прогибаться.

Альтернативой является использование твердосплавных инструментов, они жёстче, чем инструменты быстрорежущей стали. Однако такие инструменты более хрупкие, поэтому при их использовании требуется особая осторожность, чтобы избежать поломки и риска травмирования оператора.

Прогиб инструмента может привести к его поломке и повреждению заготовки, если этот фактор не учитывать заранее. Поэтому важно минимизировать расстояние от патрона до режущей части инструмента. Также необходимо уделять внимание прочности ядра инструмента, увеличивать его жёсткость и уменьшать длину вылета.

Помимо правильного выбора инструмента, использование современных станков с ЧПУ также помогает минимизировать ошибки и вероятность отказов. Кроме того, необходимо проводить обучение персонала, чтобы операторы использовали оборудование правильно и эффективно.