Фрезерные станки с ЧПУ позволяют добиться высокого качества обработки при интенсивном темпе выпуска изделий. Такие показатели во многом обусловлены конструкцией станка. Практически все современные модели фрезерных станков с ЧПУ обладают станиной повышенной жёсткости, мощным шпинделем, точными шаговыми или серводвигателями привода инструментального портала. А также высокочастотной системой ЧПУ, обеспечивающей не только прецизионный контроль всех систем станка, но и способной просчитывать сотни кадров в секунду при обработке управляющих программ.
Благодаря сбалансированному сочетанию прецизионной механики, «умной» электроники и надёжной «фундаментной» части, даже «настольные» модели фрезерных станков начального уровня имеют точность обработки не хуже 0,05 мм! Однако для достижения таких показателей все компоненты системы СПИД («станок-приспособление-инструмент-деталь») должны обладать сбалансированными характеристиками. И если, как указано выше, фрезерные станки с ЧПУ имеют значительный «запас прочности» и точности — инструмент и приспособления могут оказаться «слабым звеном».
Приспособления для крепления заготовок
Все современные модели фрезерных станков с ЧПУ оснащены прочным рабочим столом, выдерживающим значительный вес заготовок. Для их закрепления существует несколько способов. «Базовым» является обязательное наличие на рабочем столе продольных пазов под стандартные болты, которыми прижимается заготовка или специальные приспособления. Поскольку плоскость рабочего стола является важной базой для обеспечения точности обработки, любое приспособление не должно вносить погрешностей в базирование заготовки (или эти погрешности следует учитывать специальной поправкой — программной коррекцией «нуля» по осям перемещения инструмента).
Другим распространённым способом крепления заготовок является система «вакуумный стол». Эта система представляет собой ячеистую «подставку», устанавливаемую и закрепляемую на рабочей поверхности стола. В пазы между ячейками укладывается гибкий изолирующий шнур, охватывающий заготовку по периметру. Размер и расположение ячеек на подставке подобраны так, чтобы шнуром было удобно «очерчивать» заготовку даже со сложной геометрией периметра. После укладки шнура заготовка оказывается изолированной снизу от окружающей среды. Специальное отверстие в ячеистой подставке соединяется воздуховодом с вакуумным насосом. При активации вакуумного стола, насос откачивает воздух из-под заготовки, и образующийся вакуум плотно притягивает заготовку к рабочему столу. Благодаря такой схеме осуществляется сильный и равномерный прижим заготовки — без риска повредить поверхность затягиванием механических струбцин. Система вакуумный стол также обеспечивает высокую точность базирования заготовки.
Режущий инструмент
В качестве режущего инструмента для фрезерных станков с ЧПУ используют концевые пальчиковые фрезы одно-, двух и многозаходные, изготовленные из быстрорежущей стали или твёрдого сплава (в т. ч. с алмазным покрытием). В зависимости от типа обрабатываемого материала, фрезы могут иметь специальные стружкоотводящие канавки (с буртиками для слома стружки или без таковых). А характер обработки (чистовое, черновое фрезерование, гравировка, 3D-обработка) определяют геометрические параметры фрезы (длину и диаметр основания и режущей части, угол заточки, радиус пятки и т. д.).
Поскольку фрезерные станки с ЧПУ отличаются высокой мощностью и рассчитаны на работу с высокой частотой вращения шпинделя, к фрезам и цангам предъявляют строгие требования по максимально допустимому биению. Вместе с тем, фрезы довольно удобны в использовании — их крепление в цанговый патрон шпинделя (при помощи специальных цанг нужного радиуса, одеваемых на хвостовик фрезы) осуществляется быстро и легко.
Режимы обработки и условия работы фрез
Фрезерные станки с ЧПУ характеризуются чрезвычайно широким диапазоном частот вращения шпинделя и скоростей подачи инструмента. Однако общепринятой нормой является применение довольно форсированных режимов обработки — раз характеристики станка это допускают, почему бы не увеличить скорость, повысив темп выпуска изделий?!
Именно поэтому при фрезеровании всех без исключения материалов может наблюдаться повышенный износ режущего инструмента. Поскольку при этом резко снижается качество обработки, борьба за стойкость фрез является приоритетной задачей. Дополнительной сложностью является то, что определить по-настоящему оптимальный режим обработки в лаборатории невозможно — только в конкретных условиях производства.
Основными причинами износа инструмента могут являться:
затруднённый отвод стружки (ошибка с выбором типа фрезы для данного материала);
налипание стружки на режущие кромки фрезы (неправильный выбор режимов обработки);
отсутствие системы охлаждения фрезы (особенно критично при обработке твёрдых материалов — камня, металла, неорганического стекла).
Соответственно, для снижения износа фрез необходимо соблюдать рекомендации производителя по «принадлежности» фрезы для обработки конкретного материала. Следует также заботиться об очистке фрез от нагара и стружки, забивающей спиральные каналы (для очистки используются органические растворители).
Подбор оптимальных режимов обработки — наилучший способ обеспечить длительную бесперебойную работу режущего инструмента. Для каждого типа фрезы производитель указывает базовые режимы обработки — их следует использовать в качестве «отправной» точки в конкретных условиях обработки.
Хорошим подспорьем для «продления жизни» режущему инструменту является система удаления стружки. Не влияя напрямую на силы резания, система, тем не менее, способствует очистке зоны обработки от посторонних частиц, а, следовательно, снижению трения и уменьшения термической нагрузки на саму фрезу.
Грамотное использование СОЖ
Смазочно-охлаждающая жидкость также способствует продлению ресурса фрезы. Однако при этом следует учитывать тип материала режущего инструмента. Так фрезы из твёрдого сплава рассчитаны на работу при повешенной температуре. Её колебания (например, при «ручном» обрызгивании фрезы) приводят к растрескиванию покрытия режущих кромок и быстрому выходу из строя дорогостоящего инструмента! Для охлаждения твёрдосплавных фрез лучше использовать воздушный обдув (в то время как фрезы из быстрорежущей стали не так критичны к перепадам температуры).
Восстановление/переточка фрез
Износ режущего инструмента ведёт не только к затуплению режущего клина фрезы, но и нарушению геометрической формы инструмента. Некоторые типы фрез могут быть восстановлены переточкой (на специальных станках или вручную — со строгой выдержкой размеров и углов заточки!). Совершенно не поддаются переточки твёрдосплавные фрезы (особенно с алмазным напылением) — их ресурс после такой процедуры снижается в десятки раз!