Высокоскоростные станки: ключевые особенности и влияние на промышленность

Что такое высокоскоростные станки?

Как следует из названия, высокоскоростные станки в промышленности используются для высокоскоростной обработки, примером которых служат высокоскоростные обрабатывающие центры. Идея высокоскоростной обработки была изобретена немецкими изобретателями, а именно доктором Карлом Салмоном в 1920-х годах. Идея возникла, когда изобретатель обнаружил, что тепло, генерируемое между заготовкой и режущим инструментом, достигает пика при определенной критической скорости шпинделя при обработке конкретного металла заготовки.

Простыми словами, высокоскоростная обработка — это процесс, при котором создаются легкие, низкодавление разрезы с высокой скоростью, что идеально подходит для изготовления форм со сложными геометриями полостей и сердечников, а также структурных компонентов в авиационной промышленности. Эти быстрые разрезы приводят к общему увеличению скорости удаления материала. Технически любой из перечисленных ниже параметров или их комбинация может определяться как операция высокоскоростной обработки:

• Операция с высокой скоростью шпинделя (n).
• Операция с высокой скоростью удаления материала (Q).
• Операция с высокой скоростью подачи (vf).
• Операция с высокой скоростью резания (vc).

На сегодняшний день станки и процессоры становятся лучше, быстрее и мощнее, и выпускаются в быстром темпе, каждый из которых превосходит предыдущий. Такое явление идет рука об руку с тем, что как производители деталей, так и мастерские способны находить новые способы повышения производительности с помощью желаемых станков и процессов.

Выбор материалов для высокоскоростных станков

Как уже упоминалось, высокоскоростная обработка особенно распространена в авиационной промышленности, а также в секторе формовочного инструмента. В свете этого наиболее распространенными металлами, используемыми в процессах высокоскоростной обработки, являются стали, нержавеющая сталь, алюминий и титан, которые наиболее подходят для соответствующих приложений.

Поскольку все эти металлы уникальны по своим свойствам, каждый из них по-своему определяет параметры высокоскоростной обработки. Например, титановые сплавы специально используются на этапе чистовой обработки поверхности. Скорость резания в футах в минуту (SFM) может увеличиться в три раза, тогда как подача остается прежней. Кроме того, обороты в минуту (RPM) остаются низкими на этапе черновой обработки, но могут возрастать на этапе чистовой отделки.

Преимущества высокоскоростных станков

Вопреки распространенному мнению, одним из главных преимуществ высокоскоростной обработки является увеличение срока службы оборудования за счет значительно меньших нагрузок, приложенных к режущему инструменту и самому станку. Это означает, что нагрузка на сам станок также значительно снижается, а износ инструмента становится менее вероятным по сравнению с традиционными методами обработки.

Благодаря увеличенной скорости и подаче, используемым в высокоскоростной обработке, материал режется так быстро, что в процессе практически не передается тепло. Это помогает сократить время обработки (поскольку охлаждение и закалка занимают меньше времени), а также уменьшить количество выбросов.

Ограничения высокоскоростных станков

При применении высокоскоростной обработки в мастерских возникают ряд проблем, связанных с выбором материалов, допустимыми геометриями заготовок, доступным пространством в цехе, мощностью шпинделя, сложностью деталей, станками с ЧПУ для высокоскоростного фрезирования, ресурсом инструмента и квалификацией операторов. Все эти факторы критически важны для бесперебойной высокоскоростной производственной линии. При покупке станка с ЧПУ для своего цеха именно эти факторы будут определяющими.

Прежде всего, не все материалы подходят для высокоскоростной обработки. Вы ограничены лишь теми, которые хорошо приспособлены для этого — твердыми и закаленными металлами, включая закаленные стали, нержавеющую сталь, титан и инструментальную сталь. Основной принцип заключается в том, что для сохранения ресурса режущего инструмента разные материалы должны обрабатываться на соответствующих скоростях.

Другой важный фактор — геометрия заготовок. Максимальная глубина выемки может быть ограничена внутренними разрезами, как предупреждают многие производители. Также известно, что станки с ЧПУ, не рассчитанные на высокоскоростные операции, могут производить много брака и ломать режущие инструменты, поэтому многие из этих станков вынуждены идти на компромисс по определенным оборотам. Очевидный вывод: способности конкретного станка напрямую связаны с производительностью процессов высокоскоростной обработки.

Правильные стратегии обработки для высокоскоростных станков

Первая и главная задача при высокоскоростной обработке — подобрать подходящие режущие инструменты. В соответствии с принципом, согласно которому требования к крутящему моменту и мощности станка меняются при смене материала, инструменты необходимо выбирать тщательно. Например, станок, подходящий для высокоскоростной обработки алюминия, может не подойти для других материалов. Поэтому всегда изучайте диаграммы мощности и крутящего момента станка перед началом любой операции высокоскоростной обработки, чтобы убедиться, что станок сможет справиться с предполагаемыми требованиями.

Кроме того, при высокоскоростной обработке должны применяться правильные методы тонкорезового фрезирования и обработки углов. Обычно это включает компенсацию подачи по радиусу угла, трохоидальное фрезирование и методы «въезда-выезда». Как отмечают многие эксперты, использование правильных техник предотвратит перегрузку станков.