Особенности обработки камня повышенной твёрдости

Фрезерные станки с ЧПУ завоевали большую популярность благодаря своей универсальности, точной и быстрой работе, и простоте в обслуживании и управлении. Современные модели фрезерно-гравировальных станков с ЧПУ отлично приспособлены для обработки очень широкого класса материалов: дерева, пластика, органического и неорганического стекла, цветных металлов (а в некоторых случаях и более прочных — закалённых сталей), а также композитных панелей и даже заготовок из твёрдого или ювелирного камня.

Однако следует учесть, что подходы к обработке различных материалов (к примеру, пластика и камня) могут коренным образом отличаться. И чтобы максимально раскрыть возможности фрезерного оборудования, получить качественную и высокопроизводительную обработку при минимальных затратах, следует внимательно изучить технологию обработки каждого материала в отдельности. В данной статье речь пойдёт о фрезеровании камня повышенной твёрдости на современных станках с ЧПУ.

Особенности обработки каменных заготовок

В качестве строительного и отделочного материала камень используется человеком с «начала времён». При этом наиболее ценным (и основным) свойством камня считается его твёрдость и долговечность. Каменные постройки древности сохраняются и поныне — и простоят ещё не одну сотню лет. Не следует забывать и об эстетической привлекательности — постройки из камня всегда отличались монументальностью и являлись символом достатка, изобилия и основательности. А также хорошего вкуса — недаром камень столь же широко используются в скульптуре и художественной архитектуре.

Однако самое привлекательное свойство камня — твёрдость — является и главной проблемой для обработки. Камень «неудобен» ещё и тем, что его высокая твёрдость сочетается с хрупкостью, а значит фигурная резка и получение заданных геометрических параметров изделия довольна затруднительна. По причине хрупкости материала, каменные заготовки в процессе обработки резанием дают мелкую крошку и пыль, что значительно усложняет процесс фрезерования.

Обработка каменных заготовок на фрезерных станках с ЧПУ коренным образом отличается от работы, к примеру, с деревом или пластиком. Для фрезеровки камня требуется специальный режущий инструмент повышенной стойкости (твёрдосплавные фрезы или фрезы с алмазным напылением). В процессе обработки обязательно следует использовать СОЖ, без которой режущий инструмент катастрофически быстро затупляется, и получение качественной обработки становится невозможным.

Ввиду значительной тяжести заготовок, рабочий стол фрезерного станка должен иметь защитное покрытие (стойкое и истиранию и продавливанию). Высокие силы резания при обработке требуют надёжного закрепления заготовки, а её погрузка/съём на станок — значительных физических усилий.

Каменные заготовки (как и твёрдосплавный режущий инструмент) имеют внушительную стоимость, следовательно, процесс обработки сразу должен выполняться «на результат». Это накладывает ограничения на пробные подходы и требует изначально правильного указания режимов обработки (без их экспериментального подбора). Кроме того, каменные изделия, как правило, имеют большие габариты. А значит, их обработка требует значительного машинного времени.

И наконец, главная «беда» фрезеровки камня — обильная пыль и каменная крошка. Эта особенность накладывает определённые требования на тип производственного помещения и установку фрезерного станка. В частности, многие производители не рекомендуют использовать персональный компьютер для управления фрезерными станками из линейки моделей «для камня». Обильная пыль быстро выводит из строя ПК, а для управления фрезерным станком в таком случае требуются специальные пульты (к примеру, DSP-контроллер).

Не стоит забывать и про стоимость — фрезерные станки с большим рабочим полем для обработки каменных заготовок, оснащённые мощным шпинделем и дополнительным базовым оборудованием (системой СОЖ, например), стоят сравнительно дорого.

Общие рекомендации по режимам обработки

Высокая твёрдость каменных заготовок (гранита, серпентевита-«змеевика» и пр.) определяет необходимость фрезеровать при меньшей подачи инструмента, чем для более «мягких» материалов. Черновая обработка ведётся торцевыми фрезами (к примеру, диаметром 6 мм) на глубину не более 1 мм за проход и с шагом в 2 мм. Подача инструмента — порядка 20 мм/сек. В режиме черновой обработки рекомендуется применять наклонное врезание инструмента в поверхность заготовки.

Чистовое фрезерование осуществляется конической фрезой (Ø6 мм) с шагом 0,1-0,3 мм — в зависимости от требований к конечной шероховатости поверхности каменного изделия. Скорость обработки — 20-30 мм/с.

Если используются алмазные фрезы (взамен твёрдосплавных), скорость обработки можно увеличить. Однако в обоих случаях рекомендуется фрезеровать каменные заготовки с использованием системы СОЖ.

На качество обработки каменных заготовок (в частности, отсутствие сколов) сильное влияние оказывает вибрация станка и общая жёсткость системы «С-П-И-Д». Как правило, современные конструкции фрезерных станков с ЧПУ имеют достаточную жёсткость (да и в любом случае, её повышение «своими силами» — без коренных изменений конструкции станка — невозможно). Поэтому в борьбе за качество следует «выбирать слабину» там, где это возможно. То есть заботиться о надёжном креплении заготовки на рабочем столе станка. И применять качественные фрезы с низким собственным биением.