В практике обработки изделий на фрезерном станке с ЧПУ довольно часто возникают задачи реализовать наклонное врезание инструмента. Это делается не только для облегчения погружения фрезы в материал заготовки, но и для формирования наклонной образующей (особенно при обработке 3D-изделий, например, рельефной резьбы).
В наиболее совершенных 5-ти координатных станках с ЧПУ фреза изначально может наклоняться относительно вертикальной плоскости. Однако для более простых моделей фрезерных станков, имеющих 3 степени свободы (продольное и поперечное движение инструментального портала и вертикальный подъём шпинделя) обработка может осуществляться лишь строго по нормали к поверхности. В этом случае осуществлять наклонное врезание приходится соответствующими программными способами, которые не всегда дают желаемый результат.
В отличие от «простого» осевого погружения фрезы в материал заготовки, наклонное врезание реализуется при одновременном движении фрезы в вертикальной и горизонтальной плоскости (врезание со смещением). При таком сложном движении существует опасность превышения «местных» скоростей резания и резкого повышения нагрузки на инструмент (вплоть до его поломки). Во избежание этого, а также для получения высокого качества и нужной чистоты обрабатываемой поверхности при использовании обычной концевой фрезы, такая операция должна осуществляться в строгом соответствии с «правильным» алгоритмом движения инструмента.
Типичные «огрехи» САМ-программ
Характерной особенностью многих САМ-сред для построения управляющих программ является неправильное выполнение наклонного врезания. Типичный сценарий следующий: после некоторого заглубления (при черновой послойной обработке) программа «самовольно» обнуляет начальную высоту, угол врезания и шаг инструмента увеличиваются, что приводит к росту скорости обработки. Если при этом инструмент и не ломается (как часто бывает), то качество обработанной «наклонной» поверхности всё-таки оставляет желать лучшего.
Чтобы САМ-программа точнее отрабатывала наклонный контур необходимо создавать несколько отдельных маршрутов обработки. При врезании фреза должна опускаться на нужную глубину за несколько проходов (не менее 3-х, 4-х), угол врезания следует уменьшить, а длину наоборот — увеличивать. В этом случае инструмент (фреза или гравер) не будет испытывать повышенные нагрузки и ломаться — даже при чуть большей глубине фрезерования за один проход.
Особенности 3D-обработки
Одним из распространённых видов наклонного врезания является обработка заготовок с краёв. При выполнении фигурной резьбы (и других элементов 3D-обработки) часто бывает необходимо вырезать контур рельефа так, чтобы поверхность заготовки плавно сходила «в ноль» и край не обрывался в виде вертикального среза. Обычно такое задание оказывается «непосильным» для САМ-программы, которая реализует обработку «отвесным» срезом. Даже если в настройках выставлен угол наклона стенки, фреза всё равно выполнит край среза с некоторой толщиной, но не сделает его «острым».
В этом случае правильным решением будет указать конечную плоскость обработки ниже границы заготовки — и предусмотреть специальные перемычки-«мостики», чтобы заготовка «не выпала» из общего листа раньше завершения обработки. Вектор обработки по контуру при этом должен указываться несколько большим по ширине (со смещением наружу), чем огибающая самой заготовки.
Высокоскоростная обработка
Как известно из теории, по мере увеличения скорости обработки существует некоторая область, где силы резания значительно снижаются. Эту область принято называть областью ВСО (высокоскоростной обработки). На сегодняшний момент ВСО является очень перспективным технологическим приёмом. Применение ВСО позволяет в корне изменить подход к обработке некоторых изделий. Можно, к примеру, осуществлять фрезерование деталей из твёрдых сталей после их закалки (а не до неё, как делается обычно). Это позволит значительно снизить трудозатраты при изготовлении ряда изделий, повысить точность обработки и снизить процент брака.
Проблема организации ВСО заключается в чрезвычайной сложности поддержания скорости инструмента в нужной области, которая зависит от конкретных условий обработки и динамично меняются вместе с движением инструмента. Для поддержания «местной» скорости обработки на должном уровне, САМ-программа должна с упреждением просчитывать траекторию, заранее снижать скорость инструмента перед сменой направления движения, а также быть способной оптимизировать траекторию обработки для снижения возможных «скачков» инструмента и слишком частых и резких изменение его траектории. В противном случае существует опасность резкого увеличения динамической нагрузки на подвижные части станка и риск повреждения режущего инструмента или порчи заготовки.
При осуществлении ВСО практически любое погружение инструмента в поверхность заготовки должно осуществляться по спирали, а не по оси. То есть наклонное врезание становится основным (и единственным!) способом контакта фрезы с заготовкой. При этом, описанные выше проблемы САМ-среды с организацией правильной траектории движения инструмента при наклонном врезании становятся причиной невозможности вести ВСО на обычном 3-х координатном фрезерном станке с ЧПУ (в подавляющем большинстве случаев).
На сегодняшний момент, число САМ-программ для поддержки «честного» режима ВСО весьма ограниченно. Правда, следует отметить, что ограничение на использование ВСО заключается не только в отсутствии необходимого «софта». Несмотря на высокую жёсткость конструкции фрезерных станков и мощные шпиндели (для ряда конкретных моделей), вести полноценную ВСО может не позволить «медленная» система ЧПУ. Несмотря даже на то, что «механика» станка в принципе способна обеспечить работы при жёстких условиях высокоскоростной обработки.