Ātrgaitas apstrāde (HSM) ir svarīga tehnoloģija, ko plaši izmanto mūsdienu frēzēšanas tehnoloģijā. Pielietojot HSM frēzēšanas tehnoloģiju, iespējams ne tikai frēzēt dažādus mīkstus un cietus materiālus, bet arī panākt izcilu sagataves precizitāti. Šajā rakstā ir aprakstītas HSM prasības instrumentiem un turētājiem.
1. HSM prasības griezējinstrumentiem
1. Ģeometrija
Instrumenta vibrācija tieši ietekmē virsmas kvalitāti, kas iegūta, apstrādājot. Tāpēc HSM apdares laikā ir ārkārtīgi svarīgi saglabāt instrumentam vienmērīgu griešanas spēku, lai izvairītos no instrumenta vibrācijas.
Instrumenta blakus esošo ģeometrisko raksturlielumu ietekme uz griešanas spēku:
• Laba koncentriskums veicina vienmērīgu slodzes sadalījumu uz griešanas malas
• Lielāka griešanas malu pārklāšanās, lai nodrošinātu vienādus griešanas spēka raksturlielumus (lielāks spirāles leņķis un rievu skaits)
• Īss griešanas garums labākai stingrībai (vārpstas diametrs ir nedaudz samazināts salīdzinājumā ar stāvajām mašīnas sienām)
• Labākais serdes šķērsgriezuma stāvoklis ar minimālu sprieguma koncentrāciju iecirtumā
Augstas stiprības materiālus var apstrādāt, izmantojot HSM, kas nozīmē, ka izturība pret deformāciju palielinās līdz ar apstrādājamā materiāla cietību. Palielinātā griešanas malas slodze prasa stabilu griešanas malas ģeometrijas dizainu. Tomēr lielā griešanas ātrumā apstrādājamās detaļas virsmas brīvajā zonā tiks radīts vairāk berzes siltuma, kas nozīmē, ka instrumenta klīrensa leņķis ir jāsamazina. Tāpēc griešanas malas stabilitāti var palielināt, tikai samazinot slīpuma leņķi. Gadījumos, kad materiāls ir ļoti ciets un instrumenta materiāls ir trausls, tas var izraisīt pat negatīvu slīpuma leņķi.
Precīzi pieguļoši rādiusi tiek noslīpēti asmens galā, lai izvairītos no sarkanā karstuma vai daļējas malas lūzuma, pēkšņi uzkarstot.
Ja sagataves formas precizitātei ir jābūt ļoti augstai, izmantotā apdares instrumenta lodveida daļas rādiusam ir tieša ietekme uz apstrādājamās detaļas formas precizitāti. Tāpēc ļoti delikātu detaļu apdares laikā kā pamatnosacījums ir ļoti svarīgi izmantot instrumentus ar ļoti šaurām rādiusa pielaidēm (mikronu diapazonā).
2. Materiāli un pārklājumi
Instrumenta materiālam jābūt cietākam par apstrādājamo materiālu. Jo lielāka ir cietības atšķirība starp sagataves materiālu un instrumenta materiālu, jo mazāks instrumenta nodilums un ilgāks instrumenta kalpošanas laiks. Augstās vietējās temperatūras dēļ ir jānodrošina arī instrumenta materiāla izturība pret oksidēšanu.
Lielas termiskās slodzes svārstības un nepieciešamība pēc instrumenta materiāla oksidācijas pretestības noved pie nepieciešamības pēc pārklājuma smalkgraudainiem volframa karbīda instrumentu korpusiem.
Izmēģinātas un pārbaudītas pārklājumu sistēmas, piemēram, TiN, TiCN un TiAlCN, ātri sasniedz savas robežas HSM apstrādē. Tāpēc ir izstrādātas daudzkomponentu pārklājumu sistēmas, kuru pamatā ir nitrīdi ar augstu alumīnija saturu, kombinācijā ar citiem elementiem, piemēram, itriju, vanādiju vai tantalu. Augstāku veiktspēju var sasniegt arī, izmantojot nanoslāņu struktūras, CBN un PKD.
2. HSM prasības instrumentu turētājiem
Tā kā HSM apstrādei nepieciešami lieli vārpstas apgriezieni, vislabāk ir izmantot HSK-A un HSK-E instrumentu turētāju sistēmas. Tā kā instrumenta turētāja atloks ir uzstādīts uz vārpstas galviņas, instrumenta turētājam ir noteikts mehānisks atbalsts Z virzienā, tāpēc pie lielāka ātruma tas netiek ierauts vārpstā palielināto centrbēdzes spēku dēļ.
Būtiskas kļūdas var būt notikušas jau procesa sagatavošanas posmā, padarot neiespējamu mazāku vibrāciju un drošu procesa kontroli. Lai panāktu stabilu HSM apstrādi, ir svarīgi līdzsvarot un pēc vajadzības pārbaudīt instrumenta un instrumenta turētāja komplekta izlīdzināšanu. Jāņem vērā arī ar nelīdzsvarotu masu saistītais rotācijas ātruma ierobežojums.
Slikti līdzsvarota vai nepareizi noregulēta rotējošo instrumentu sistēma radīs:
• ļoti slikta virsmas kvalitāte
• ļoti zems instrumenta kalpošanas laiks
• Slikta procesa stabilitāte un drošība
• Iespējamie frēzēšanas vārpstas bojājumi
Nelīdzsvarotību un novirzi no ideālā koncentriskuma, ko izraisa straujas procesa izmaiņas, var ļoti skaidri redzēt zemāk esošajā shematiskajā diagrammā:
Nav novirzes salīdzinājumā ar perfektu koncentriskumu: mazāks teorētiskais raupjums
Novirze no perfekta koncentriskuma: lielāks teorētiskais raupjums
Līdzsvara masai ir būtiska ietekme uz visas rotējošās sistēmas dinamisko darbību.
Nelīdzsvarotība ir līdzvērtīga ekscentriska objekta rotēšanai. Šis ekscentriskais korpuss var izraisīt centrbēdzes spēku, kas palielinās kvadrātiski līdz ar rotācijas ātrumu. Tas nozīmē, ka tā pati nelīdzsvarotība izraisa 441 reizi lielāku centrbēdzes spēku uz vārpstu pie 42,000 apgr./min nekā uz vārpstas pie 2,000 apgr./min (212=441). Tāpēc instrumenta turētāja izvietojuma nelīdzsvarotība ātrgaitas apstrādē rada īpaši izteiktas nelabvēlīgas sekas.
Izmantojot instrumentu iespīlēšanas tehnoloģiju HSM, varat izmantot instrumentu turētājus ar:
• Ieliktņi un
• Reduktori
Alternatīvas sistēmas, piemēram, Weldon savienotāji, nav ieteicamas, jo tām ir būtiski trūkumi HSM apstrādē.
Pateicoties labajām amortizācijas īpašībām, kas nodrošina labus rezultātus rupjā apstrādes procesā, kopā ar reducējošiem savienojumiem var sasniegt ļoti augstu stingrības un atkārtojamības pakāpi. Tas ir svarīgi, lai iegūtu perfektu sagataves virsmu. Izmantojot reduktorus, var sasniegt ļoti precīzu koncentriskumu (novirze mazāka par 0,003 mm) un lielu pārneses griezes momentu.
Dažādu reducēšanas instrumentu turētāju konstrukcijas struktūra: transmisijas griezes moments ir atkarīgs no iespīlēšanas iekārtas konstrukcijas; dažādas dizaina struktūras, tās var būt ļoti atšķirīgas.
