Vyvážení nástroje při vysokorychlostním obrábění

Vysokorychlostní obrábění (HSM) má mnoho výhod, ale aby se snížily náklady na řezání a maximalizovaly výhody vysokorychlostního obrábění, je třeba ve skutečné výrobě překonat mnoho potíží. Při vysokorychlostním obrábění se při zvýšení řezné rychlosti sníží řezná síla. Pomocí této funkce lze zvýšením otáček vřetena obrábět díly s menšími rozměrovými tolerancemi a drsností povrchu.

Ačkoli neexistuje jasná definice vysokorychlostního obrábění, rychlost vřetena může v některých testech dosáhnout 500 000 ot./min a ve skutečné výrobě může dosáhnout 100 000 ot./min. Protože když otáčky vřetena překročí 8000 ot./min, je třeba rotující části vyvážit, takže vysokorychlostní obrábění lze definovat jako rychlost ne nižší než 8000 ot./min. Když jsou otáčky vřetena nižší než 8000 ot./min, pouze když je rozložení hmoty nástrojové lišty velmi nevyvážené, bude mít odstředivá síla nepříznivý vliv na zpracování.

Vzhledem k tomu, že počet obráběcích strojů s otáčkami vřetena vyššími než 8000 ot/min stále roste, stává se mimořádně důležitá vyváženost kombinovaných nástrojů, což zahrnuje nástroje a držáky nástrojů. Když teoretická středová osa rotující nástrojové lišty není soustředná se skutečnou osou rotace, dojde k nevyváženosti.

Existuje mnoho problémů, které je třeba vzít v úvahu při rozhodování, zda nástroj vyvážit, a za normálních okolností má mnoho uživatelů tendenci tyto problémy ignorovat. Jedním z nejkritičtějších problémů je poškození ložisek vřetena obráběcího stroje v důsledku nevyváženosti nástroje při vysokorychlostním obrábění. Nevyvážený nástroj přidá na vřeteno další zatížení, což způsobí předčasné opotřebení a selhání ložiska vřetena. To má za následek nejen plýtvání při opravách a výměnách vřetenových ložisek, ale také ztrátu výrobního času v důsledku prostojů. Průvodce: (Začínají se projevovat výhody vysokorychlostního CNC obráběcího centra pro frézování forem)

Nevyvážený nástroj sníží výkon a životnost nástroje a také způsobí chvění, které zhorší kvalitu obrobeného povrchu.

Řezné nástroje a sklíčidla (zejména kuželové stopky 7:24) mají mnoho potenciálních faktorů nevyváženosti. Když se rychlost vřetena zvýší, odstředivá síla způsobí, že se otvor vřetena mírně roztáhne a kuželová stopka nástrojové lišty se nemůže roztáhnout s vřetenem, což zmenší kontaktní plochu mezi nástrojovou lištou a vřetenem, čímž se sníží pevnost spojení.

Některé faktory nevyváženosti lze korigovat změnou konstrukce a pečlivým výběrem držáku nástroje a nástroje. To znamená, že symetrický design může do určité míry zabránit nerovnováze. U nastavitelných držáků nástrojů s pohyblivými částmi a asymetrických držáků nástrojů je však vyžadován systém nastavení vyvážení nástroje. Když se sestavený nástroj používá pro vysokorychlostní obrábění, je třeba pečlivě zvážit konstrukční faktory držáku nástroje s kuželovou stopkou, faktory nastavitelného vyvážení a výběr přesnosti a symetrie nástroje.

Tolerance velikosti kužele držáku nástroje s kuželovou stopkou má velký vliv na výkon vysokorychlostních obráběcích nástrojů. Stupeň přesnosti kuželovitosti může obvykle odkazovat na mezinárodní normu ISO1947. Tolerance kužele se používá ke kontrole tolerance otvoru pro zajištění vřetena a kužele nástrojové lišty, který ovlivňuje vyvážení a házení nástrojové lišty. Stupeň tolerance kužele vřetena obráběcího stroje je obecně AT2, ale AT3 je lepší.

Kromě tolerance úkosu je třeba v sestavě nástroje zohlednit další faktory. Každá tolerance se sečte a způsobí excentricitu nástroje. Mezi tyto faktory patří kruhové házení nástroje, délka systému držáku nástroje a symetrie ostatních dílů (jako jsou sklíčidla, pojistné kroužky atd.).

Při vysokorychlostním obrábění si musíme být vědomi faktorů, které nevyváženost způsobují a opatření ke snížení nevyváženosti. Nejvlivnější je držák nástroje. Při vysokorychlostním obrábění by měl být nejprve použit vyvážený designový držák nástroje nebo nastavitelný vyvážený držák nástroje. Vyvážená konstrukce držáku nástroje je navržena tak, aby zajistila vyvážení držáku nástroje, ale nemůže kompenzovat nevyváženost způsobenou jinými díly během procesu montáže. V současné době se pouze předpokládá, že nevyváženost způsobená ostatními díly je zanedbatelná, ale často není ve skutečné výrobě proveditelná. Proto doporučujeme při použití tohoto držáku nástroje změřit nevyváženost a pokud možno zajistit, aby byla v rozmezí povoleném normou.

Kromě záruky konstrukce může nastavitelný držák nástroje pro vyvážení také kompenzovat nerovnováhu způsobenou jinými díly během procesu montáže. Výrobci přijali mnoho metod pro vyvážení držáků nástrojů, jako je použití šroubů, ocelových kuliček, seřizovacích kroužků a seřizovacích bloků.

Schopnost nastavitelného vyvažovacího nástroje kompenzovat nevyváženost je omezená. V některých případech je nevyvážená hmota příliš velká na to, aby obnovila rovnováhu nástroje, což má za následek, že obráběcí stroj nemůže běžet nastavenou rychlostí. Je třeba snížit rychlost obráběcího stroje a nástroj znovu sestavit.

Mezi další faktory omezující vysokorychlostní obrábění patří materiál obrobku, přesah obrobku, přípravek, profil nástroje, hloubka řezu atd.

Proces vyvážení může zlepšit rozložení hmoty nástroje a držáku nástroje, takže při otáčení obou nástrojů vzniká nejmenší nevyvážená odstředivá síla. Proces vyvažování však nemůže zahrnovat všechny nevyvážené faktory.

Jakýkoli stupeň nevyvážené hmoty způsobí vibrace. Držák nástroje a jeho instalace, konstrukce obráběcího stroje atd. ovlivní vlastnosti vibrací.

ISO 1940/1 a ANSI 2.191989 jsou normy, které definují stupeň vyváženosti. Obě normy jsou na praktickém základě a používají systém G-level pro stanovení požadavků na vyvážení. Například stupeň vyvážení G2,5 znamená, že rychlost obvodových vibrací nepřekročí 2,5 mm/s. Tyto úrovně se stále zvyšují s příchodem vysoce kvalitních obráběcích strojů, nástrojů a držáků nástrojů. Pokud nelze dosáhnout stanovené rovnováhy, je třeba snížit otáčky vřetena.

Další související novinky z průmyslu zpracování lisování kovů: