Высокоскоростная обработка
Министерство
образования Российской Федерации
Тольяттинский
Государственный университет
Кафедра:
«Оборудование и технологии машиностроительного производства»
РЕФЕРАТ
по
дисциплине: «Спецтехнологии»
на
тему: «Высокоскоростная обработка»
Выполнил: Кунцевич А.Ю.
Группа: ТМз - 531
Проверил: Боровков В.М.
Тольятти
2008
Содержание
Введение
1. Сущность высокоскоростной
обработки
2. Применяемое оборудование
. Режущий и вспомогательные
инструменты
. Условия обработки
Заключение
Список используемой литературы
Введение
высокоскоростная
обработка резание
1.
Сущность высокоскоростной обработки
Значение высокоскоростной обработки и в
особенности высокоскоростного фрезерования значительно возросло с появлением
новых конструкций станков и инструментов, позволяющих снимать большой объем
материала, что приводит к снижению времени обработки при одновременном
повышении качества поверхности готовых деталей. Характерной чертой для этого
метода является то, что скорости резания при высокоскоростной обработке в 2 - 3
раза превышают скорости резания при обычной. В связи с ускорением времени
контакта между режущими кромками инструмента и заготовкой поведение ее
материала при высокой степени деформации, высокой температуре этого материала и
инструмента до конца пока неясно и не может быть точно описано обычными
законами металловедения. При обычных скоростях резания с их увеличением сила
резания уменьшается, а при очень высоких, благодаря силам инерции,
увеличивается. Измерение этих сил затруднено вследствие ограничений, налагаемых
измерительной системой. Чтобы обеспечить воспроизводимость измерений фактически
действующих сил резания, например, при фрезеровании эта система должна обладать
очень высокой жесткостью и иметь датчик с достаточно высокими резонансными
частотами. Для увеличения диапазона скоростей, при которых могут быть измерены
силы резания, можно использовать алгоритмы расчета сигнала, на который не
оказывает влияние система. Теоретическим обоснованием высокоскоростной
обработки являются так называемые кривые Соломона (рисунок 1), которые
показывают снижение сил резания в некотором диапазоне скоростей. Но наиболее
важным фактором является перераспределение тепла в зоне резания. При небольших
сечениях среза, в данном диапазоне скоростей основная масса тепла
концентрируется в стружке, не успевая переходить в заготовку. Именно это
позволяет вести обработку закаленных сталей не опасаясь отпуска поверхностного
слоя. Отсюда основной принцип ВСО - малое сечение среза, снимаемое с высокой
скоростью резания, и соответственно высокие обороты шпинделя и высокая минутная
подача (рисунок 2).
Рисунок 1 - График зависимости силы резания от
скорости
Рисунок 2 - Основной принцип ВСО
При высокоскоростной обработке рекомендуется
придерживаться следующей зависимости: глубина резания не должна превышать 10%
диаметра фрезы. Имея возможность вести лезвийную обработку закаленных сталей
можно обеспечить качество поверхности соизмеримое с электроэрозионной
обработкой. Главный эффект ВСО не уменьшение машинного времени за счет
интенсификации режимов резания, а повышение качества обработки и эффективное
использование современных станков с ЧПУ. Условием успеха в высокоскоростной
обработке может быть правильный выбор всех составляющих факторов, участвующих в
этом процессе - станок, система ЧПУ, режущий инструмент, вспомогательный
инструмент с системой закрепления инструмента, система программирования,
квалификация технолога программиста и оператора станка с ЧПУ. Пренебрежение
одним из этих составляющих может свести к нулю все предыдущие усилия.
. Применяемое оборудование
Современный станок для ВСО имеет скорость
вращения шпинделя 12000-25000 оборотов в минуту и оснащен средствами
температурной стабилизации шпинделя. Некоторые фирмы предлагают станки со
скоростью вращения до 40000 об/мин. Скорости подач 40-60 м/мин, скорость
быстрых перемещений до 90 м/мин. Станки отрабатывают малые перемещения от 5 до
20 мкм, имеют повышенную жесткость и температурную компенсацию. Именно прогресс
в области станкостроения позволил осуществить ВСО. Ограничителем ВСО может
стать система ЧПУ, если она не имеет высокой скорости обработки кадров. Для
достижения высокого качества поверхности программа для ВСО содержит очень малые
перемещения. Например, во время отработки технологии высокоскоростной обработки
на фирме Delcam был отмечен дефект в виде периодических следов остановки фрезы
на станке Matsuura MC-800VF выпуска 90-х годов с системой ЧПУ Yasnac i80M.
Анализ программ показал, что система ЧПУ не успевает отрабатывать кадры
программы при заданной подаче. Максимальную подачу, которую может обеспечить
система ЧПУ можно определить по формуле Fmax = Длина перемещения в кадре /Время
обработки кадра *60 Отсюда, при перемещениях 0.01 мм и времени обработки кадра
2 мс максимальная подача ограничена значением 0.3 м/мин. Перевод обработки на
более современный станок Bridgeport снял эту проблему. Современная система ЧПУ
должна смотреть вперед со скоростью от 100 до 200 кадров в секунду, чтобы
успеть сделать расчеты для торможения на подходе к углу и разгона после
поворота.
. Режущий и вспомогательный инструменты
Следующий фактор - режущий и вспомогательный
инструмент. Ведущие инструментальные фирмы предлагают сегодня широкую гамму
фрез для ВСО с подробными рекомендациями по областям их применения и режимам
резания. Разрабатываются новые мелкодисперстные сплавы способные надежно
работать на высоких скоростях. Более важно обратить внимание на системы
вспомогательного инструмента, которые обеспечивают крепление фрез. В связи со
снижением сил резания в процессе ВСО на первый план выходят другие факторы -
величина биения фрезы, вибрации, инерционные нагрузки и силы, возникающие при
этом становятся соизмеримыми с силами резания. Биение инструмента сильно влияет
на износ. Это подтверждают данные экспериментов из графика на зависимости
износа от биения инструмента (рисунок 3), где видна практически линейная
зависимость износа от биения при высоких скоростях резания. Таким образом, ВСО
требует особого внимания к балансировке инструмента. Для этого могут
использоваться специальные патроны с возможностью балансировки или
балансированные оправки для термозажима. Специально для высокоскоростной
обработки спроектированы конусы HSK, которые обеспечивают более высокую
жесткость зажима. Для справки максимальное число оборотов шпинделя для разных
конусов:A 100 = 12000 об/минA 63 = 25000 об/минA 50 = 35000 об/мин30 = 45000
об/мин40 = 30000 об/мин50 = 15000 об/мин
Рисунок 3 - График зависимости износа
инструмента от биения
4. Условия обработки
Интересный эффект увеличения стойкости
инструмента при ВСО наблюдается при сравнении способов охлаждения. Как
показывает график (рисунок 4), наибольшая стойкость наблюдается при
использовании обдува. Так как тепло концентрируется в стружке, ее надо просто
быстро удалить из зоны резания. Низкая стойкость инструмента при охлаждении
объясняют главным образом выкрашиванием, вследствие циклических термических
нагрузок на режущую кромку инструмента. Постоянная тепловая нагрузка, даже на
относительно высоких температурах лучше, чем меняющаяся циклическая нагрузка.
Все что мы перечислили выше, относится к технической стороне ВСО.
Рисунок 4 - График зависимости износа инструмента
от длины резания
Заключение
Несмотря на то, что в настоящее время по вопросу
высокопроизводительной обработки уже достаточно известно, изучены и освоены, а
также в достаточной степени применяются так недавно бывшие инновационными
технологии, все с тем же усердием ведутся работы по созданию новейших режущих
инструментов, строятся более новые модификации оборудования, а также делаются
новые открытия в этой области, тем самым шаг за шагом продвигая науку вперед.
Список используемой литературы
2. Журнал «САПР и графика» 2005
№08
. Журнал «CADmaster»
2006 №03