Устранение проблем с отклонением инструмента на VMC650 при фрезеровании глубоких полостей
Прогиб инструмента в глубокой полости следует рассматривать как проблему устойчивости с несколькими возможными источниками, а не только как проблему подачи. На VMC650 видимым признаком часто является стенка, которая имеет правильный размер возле входа в полость, но глубже отклоняется, приобретает конусность или следы вибрации. Та же обработка может также оставлять на стенке чередующиеся светлые и тусклые полосы, вызывать резкое повышение нагрузки на шпиндель на повторяемой глубине или требовать чрезмерного припуска на чистовую обработку для восстановления размера.
Немедленное снижение подачи может сделать звук тише, не устраняя основную причину. Стабильный процесс начинается с разделения изгиба фрезы, смещения державки, деформации заготовки, вибрации шпинделя или осей и скачков силы резания, вызванных повторным резанием стружки. Каждый из этих факторов создаёт различный рисунок на обработанной полости и требует различной корректировки.
Оцените признаки обработки перед изменением параметров
Коническая полость не является автоматически доказательством того, что концевая фреза слишком тонкая. Если полость стабильно имеет увеличенный размер в нижней области, а погрешность плавно возрастает с глубиной, вероятной причиной является радиальный прогиб фрезы. Если положение стенки резко смещается после смены направления, следует обратить внимание на люфт, ошибку следования сервопривода, недостаточно жёсткое закрепление заготовки или перемещение в зоне соединения с державкой. Повторяющийся волновой рисунок с регулярным осевым шагом в большей степени указывает на вибрацию или нестабильное врезание инструмента.
Сравнивайте измерения стенок на нескольких глубинах и с обеих сторон: при попутном и встречном фрезеровании. Это различие имеет значение. Прогиб, вызванный главным образом радиальной силой резания, часто меняется в зависимости от направления резания: одна стенка может отжиматься при черновой обработке, тогда как противоположная стенка показывает другую погрешность на обратном ходе. Оснастка, которая наклоняется или приподнимается, обычно смещает полость целиком, поэтому погрешность может проявляться в схожем направлении на нескольких стенках.
Следы инструмента также дают полезную информацию. Тонкие равномерно расположенные следы, которые становятся глубже возле дна, часто указывают на недостаточную жёсткость на режущем конце. Случайные задиры или приваренный к стенке материал с большей вероятностью связаны с отводом стружки, потерей доступа СОЖ, повреждённым покрытием или неподходящей режущей кромкой. Следы вибрации обычно периодичны и могут сопровождаться явным изменением звука. Не диагностируйте вибрацию только по шумной обработке: периодическое скопление стружки может создавать похожий звук без возникновения истинного режима вибрации.
Начните с фактической неподдерживаемой длины
При фрезеровании глубоких полостей определяющим размером является расстояние от опоры в державке до зоны резания, а не просто длина режущей части, указанная на упаковке инструмента. Каждый лишний миллиметр вылета резко снижает жёсткость на изгиб. Фреза ведёт себя как консоль, и её прогиб быстро увеличивается с ростом неподдерживаемой длины. Поэтому чрезмерный вылет стандартной концевой фрезы из державки для обхода стенки может быть более вредным, чем умеренное уменьшение осевой глубины резания.
Используйте минимальный вылет, обеспечивающий проход мимо детали, оснастки и траектории отвода стружки на протяжении всего запрограммированного движения. Проверяйте зазор у дна полости и в самом глубоком углу, а не устанавливайте длину только по входному отверстию. Корпус державки, гайка или конусная посадка могут мешать, когда инструмент следует по сглаженному заходу или 3D-переходу стенки. Проблемы с зазором иногда приводят к импровизированному дополнительному удлинению, которое затем становится главным источником прогиба.
Диаметр инструмента не менее важен. Фреза малого диаметра может достигать узких внутренних радиусов, но может требовать очень малого радиального врезания и нескольких проходов. Если конструкция допускает больший внутренний радиус угла, инструмент большего диаметра с меньшим эффективным вылетом обычно обеспечит более стабильную полость. Если геометрия углов фиксирована, рассмотрите черновую обработку максимально практичным инструментом, а меньшую фрезу используйте только для оставшегося материала в углах.
Инструменты с уменьшенной шейкой требуют тщательной оценки. Они обеспечивают боковой зазор у глубоких стенок, но уменьшенное сечение хвостовика изменяет расчёт жёсткости. Длинная уменьшенная шейка может предотвратить трение, позволяя при этом режущему концу изгибаться. Правильный выбор должен обеспечивать баланс между зазором относительно стенки и жёсткостью; шейка должна быть уменьшена только настолько, насколько необходимо для предотвращения контакта при предусмотренном припуске на чистовую обработку.
Состояние державки является частью инструментальной системы
Высококачественная фреза не может компенсировать плохое зажатие. Осматривайте отверстия цанг, гидравлические втулки, отверстия термопатронов и хвостовики инструмента на наличие стружки, фреттинг-коррозии, масляной плёнки, коррозии или задиров. Небольшое загрязнение может помешать полной посадке и вызвать биение. Биение приводит к тому, что одна режущая кромка несёт большую нагрузку, увеличивая радиальную силу и сокращая срок службы кромки. Оно также может давать вводящий в заблуждение результат, при котором резание начинается приемлемо и становится нестабильным только после износа одной кромки.
Используйте державку с достаточной длиной зажима хвостовика и подходящей балансировкой для запрограммированной частоты вращения шпинделя. Для глубокой чистовой обработки жёсткая термоусадочная или гидравлическая державка часто обеспечивает лучшую радиальную поддержку, чем изношенная универсальная цанговая система, при условии чистоты инструмента и державки и правильной сборки. Цель состоит не в выборе державки только по её категории. Измеряйте биение близко к режущему концу после сборки, поскольку внешне точная державка может показывать недопустимую погрешность после сочетания инструмента, удлинителя и зажимного интерфейса.
Контролируйте врезание, а не просто снижайте подачу
Глубокие полости создают условия, при которых радиальное врезание постоянно меняется. Паз на полную ширину, острый внутренний угол или внезапный повторный вход в необработанный материал могут многократно увеличить силу резания, даже если запрограммированные подача и осевая глубина остаются неизменными. VMC650 может казаться стабильным вдоль прямой стенки, а затем прогибаться в углу, поскольку фреза на короткое время оказывается окружённой большим количеством материала.
Адаптивная черновая обработка или черновая обработка с постоянным врезанием полезна, если она запрограммирована с реалистичным максимальным врезанием и достаточным пространством для отвода стружки. Поддерживайте умеренную контролируемую радиальную ширину резания вместо чередования лёгкого бокового фрезерования и почти полного пазового фрезерования. Плавная спиральная или трохоидальная траектория уменьшает резкие изменения силы. Избегайте коротких зигзагообразных перемещений, которые многократно меняют нагрузку на инструмент в узком кармане, особенно при использовании фрезы с большим вылетом.
Осевая глубина требует отдельного решения. Большая осевая глубина врезания может распределять износ по большей длине режущих кромок и повышать производительность, но также увеличивает общую силу резания и подвергает большую часть инструмента вибрации. Когда система станок-инструмент-оснастка близка к нестабильному состоянию, уменьшение осевой глубины может стабилизировать резание эффективнее, чем снижение подачи на зуб. И наоборот, крайне малая осевая глубина может способствовать трению, если одновременно снижается подача на зуб. Поддерживайте такую толщину стружки, при которой кромка режет, а не выглаживает материал.
При чистовой обработке стенок оставляйте постоянный радиальный припуск при черновой и получистовой обработке. Неравномерный припуск является частой причиной того, что номинальный чистовой проход даёт неоднородную стенку. Если после черновой обработки остаются тонкие участки материала или крупные гребни, чистовая фреза сталкивается с переменной нагрузкой, по-разному отжимается вдоль траектории и не может обеспечить надёжный размер. Получистовой проход, обеспечивающий равномерный слой материала, может быть ценнее добавления второго идентичного чистового прохода.
Закрепление заготовки может имитировать прогиб фрезы
VMC650 имеет ограниченную жёсткость стола, оснастки и заготовки. В глубокой полости сила резания действует значительно ниже верхней поверхности, создавая момент, который может изгибать тонкие стенки или поворачивать плохо поддерживаемую заготовку. В результате полость может быть измерена со смещением, даже если сама фреза стабильна. Это особенно распространено, когда зажимы расположены далеко от зоны резания, высокая приспособительная плита не имеет опоры под свесом или тонкая плита зажата только по периметру.
Поддерживайте заготовку настолько близко, насколько практически возможно, к обрабатываемой зоне, не перекрывая доступ инструмента или выход стружки. Не полагайтесь только на силу зажима для сопротивления боковым нагрузкам резания. Жёсткое базирование по упорам, достаточная площадь опоры под деталью и поддержка под уязвимыми участками обеспечивают более повторяемое удержание, чем чрезмерное давление зажимов. Чрезмерное зажатие может деформировать тонкую деталь ещё до начала обработки; после снятия зажима положение полости выглядит неправильным, хотя в закреплённом состоянии она была обработана правильно.
Проверяйте целостность оснастки под динамической нагрузкой. Незакреплённые элементы Т-образных пазов, неподдерживаемые параллельные подкладки, изношенный винт тисков или соединение модульной оснастки с недостаточной площадью контакта могут допускать небольшое перемещение, которое трудно обнаружить вручную. Контрольные следы вокруг зажимов и базовых поверхностей могут выявить проскальзывание. Повторяемый след на детали после неудачного прохода часто информативнее, чем многократное редактирование режимов резания.
Глубокие полости также требуют практического доступа для СОЖ и стружки. Оснастка, полностью закрывающая вход в карман, может казаться жёсткой, но способна удерживать длинную стружку на дне. Эта стружка режется повторно, ударяется о стенку и иногда набивается вокруг хвостовика инструмента. Возникающее повреждение поверхности часто ошибочно принимают за прогиб. Используйте последовательность обработки и ориентацию сопел, сохраняющие путь отвода открытым.
Используйте частоту вращения шпинделя как настройку устойчивости, а не как фиксированный расчёт
Расчётная частота вращения шпинделя на основе скорости резания является отправной точкой. Фактический диапазон устойчивых оборотов определяется вылетом фрезы, жёсткостью державки, диаметром инструмента, скоростью съёма материала и динамическим поведением конструкции станка. Если вибрация возникает на определённой частоте, изменение оборотов на существенную величину может вывести процесс из этой вибрационной реакции. Очень небольшое изменение часто оставляет систему в той же нестабильной зоне.
Вносите по одному контролируемому изменению за раз и фиксируйте результат при том же вылете инструмента, врезании, состоянии материала и настройке СОЖ. Одновременное изменение оборотов, подачи, осевой глубины и радиального врезания затрудняет интерпретацию испытания. Одной нагрузки на шпиндель недостаточно для сравнения: меньшая средняя нагрузка может сосуществовать с разрушительной вибрацией. Осматривайте стенку, прислушивайтесь к периодическому звуку и измеряйте полость на глубине.
Не компенсируйте вибрацию снижением подачи до тех пор, пока инструмент не начнёт тереться. Когда толщина стружки становится меньше той, которую кромка может чисто срезать, температура повышается, материал размазывается, а фреза становится более подверженной износу. Процесс может некоторое время звучать спокойно, однако качество конечной стенки ухудшается по мере затупления кромки. Изменение оборотов, уменьшение врезания или сокращение вылета обычно являются более эффективной первой корректировкой.
Выстраивайте обработку полости так, чтобы чистовой проход был предсказуемым
Черновая обработка должна удалять основной объём материала, не оставляя непредсказуемых изменений нагрузки для конечного инструмента. Сохраняйте припуск на дно и стенки осознанным и равномерным. Если глубокие карманы имеют узкие нижние участки, обрабатывайте открытую область жёстким инструментом большего диаметра, а фрезу с большим вылетом используйте только там, где этого требует доступ. Это позволяет избежать ненужной высокопроизводительной обработки длинным инструментом.
Перед окончательным проходом по стенке осмотрите полость на наличие остаточного материала возле углов, переходов сглаживания и мест входа. Оставшийся гребень может отжать чистовой инструмент в сторону и оставить контрольную линию значительно глубже самого гребня. Рассмотрите лёгкий получистовой проход тем же инструментом с большим вылетом, если колебаний припуска после черновой обработки избежать невозможно. Этот проход позволяет инструменту установить более стабильное упругое состояние перед критическим по размеру резанием.
Движения входа и выхода имеют значение. Прямое врезание в ограниченную полость или начало чистового прохода в остром внутреннем углу создаёт переходную нагрузку, способную оставить след на стенке. Используйте плавный заход, если позволяет геометрия, и располагайте переход вдали от критической уплотнительной поверхности или базовой стенки. У дна избегайте продолжительной остановки, вызванной плохо сглаженной траекторией; локальное трение в нижней части может вызвать нагрев и прогиб непосредственно перед началом следующего перемещения фрезы вдоль стенки.
Отделяйте состояние станка от настройки процесса
Если похожий прогиб проявляется на несвязанных инструментах и заготовках, проверьте станок, прежде чем перерабатывать каждую программу. Проверьте чистоту конуса шпинделя, состояние тягового штифта, усилие удержания тягового механизма, посадку державки, стабильность прогрева шпинделя, состояние клиньев осей или направляющих, а также признаки люфта. Тепловое перемещение может выглядеть не совсем как прогиб, но способно усложнить диагностику, когда размеры полости изменяются в течение длительной обработки.
Полезен простой контролируемый рез: обработайте неглубокую тестовую стенку и более глубокую стенку той же фрезой, затем сравните изменение размеров. Повторите после уменьшения вылета или смены державки. Если погрешность глубокой стенки значительно изменится, в то время как неглубокая стенка останется стабильной, основным подозреваемым является инструментальная сборка. Если обе смещаются в одном направлении, более тщательно проверьте закрепление заготовки, геометрию станка и тепловое состояние.
Подготовительные отверстия для приспособительных плит или вспомогательных опор также должны выполняться с достаточной жёсткостью, чтобы система базирования оставалась надёжной. При тяжёлой обработке стальных конструкций операция магнитного сверления с использованиемМагнитная дрель VDD60 может подходить для выполнения доступных отверстий на надёжно закреплённом ферромагнитном компоненте оснастки, при условии, что её магнитное основание 15000N опирается на чистую ровную поверхность. Такая работа выполняется отдельно от обработки полостей на VMC, однако неправильно расположенные или плохо поддерживаемые элементы оснастки впоследствии могут выглядеть как проблема устойчивости при фрезеровании.
Надёжное фрезерование глубоких полостей достигается сохранением жёсткости по всей силовой цепи: режущая кромка, хвостовик инструмента, державка, шпиндель, оснастка и заготовка. Как только наблюдаемая погрешность будет связана с конкретной частью этой цепи, изменение параметров станет целенаправленным, а не повторяющимися пробами и ошибками.
