Обработка заготовок резанием заключается во внедрении острого клина инструмента в материал заготовки. Под действием силы резания преодолеваются сцепление между молекулами, и происходит отделение пластов материала — образуется новая поверхность (в то время как сколотый материал отводится спиральными канавками фрезы в виде стружки). Для получения сил резания необходимо затратить энергию — её «предоставляет» шпиндель, питаемый электричеством и преобразующий электроэнергию в крутящий момент вращающейся фрезы.
Естественно, не вся подводимая энергия тратиться на отделение материала — довольно значительная часть рассеивается в виде потерь на трение. Неизбежное повышение тепла в зоне обработки ведёт к нагреву заготовки и режущего инструмента — и этот нагрев тем выше, чем твёрже обрабатываемая заготовка и/или выше скорость обработки (частота вращения фрезы и подача инструмента).
Чрезмерный нагрев не идёт на пользу режущему инструменту — ресурс фрезы существенно снижается. Для твёрдосплавных фрез к тому же представляет опасность переменное поле температур (резкий нагрев и последующее охлаждение), ведущее к растрескиванию режущих кромок. Поэтому для фрезерования ряда материалов (цветных металлов, сталей, камня, а также драгоценных металлов) необходимо в обязательном порядке использовать систему СОЖ.
Смазочно-охлаждающая система
Как следует из названия, система СОЖ предназначена для отвода излишнего тепла из области обработки, а также для подачи смазывающей жидкости в зону резания. Смазка также играет роль «охладителя», уменьшая контактное трение режущего инструмента о поверхность обрабатываемой заготовки.
Система СОЖ позволяет форсировать режимы обработки, работать с твёрдыми заготовками и экономить ресурс фрезы (что актуально для дорогостоящего твёрдосплавного инструмента или фрез с алмазным покрытием).
Конструктивная схема системы СОЖ довольно простая: тонкий распылитель, установленный наклонно вблизи фрезы (чтобы омывать фрезу или область под ней), гибкие соединительные трубопроводы для подачи жидкости, насос, создающий давление в системе, и ёмкость для хранения запаса жидкости. В качестве жидкости может использоваться простейший раствор (вода с содой). Однако современные станки с ЧПУ «предпочитают» более сложные составы, содержащие необходимые присадки (против вспенивания, коррозии и т. п.).
Существуют и другие конструкции систем подачи СОЖ, с автоматической очисткой и фильтрацией жидкости. Однако их применение оправдано лишь для больших фрезерных станков с интенсивной загрузкой в условиях промышленного производства.
Проблемы адаптации «взрослых» СОЖ для небольших фрезерных станков с ЧПУ
Характерной особенностью «взрослых» систем СОЖ является наличие громоздких ёмкостей (подающей — с запасом жидкости, и приёмной — собирающей стекающую отработавшую жидкость). При интенсивном фрезеровании СОЖ требует охлаждения, а значит, система должна иметь соответствующий теплообменник…
В то же время для малых фрезерных станков (в их числе и настольных) такая конструкция является избыточной. Однако применение СОЖ может быть столь же необходимо — к примеру, для гравировки цветных металлов, или для ювелирной работы с драгоценными металлами. А это значит, что «взрослую» систему СОЖ необходимо адаптировать «под малые нужды».
Прежде всего, для небольшого фрезерного станка можно отказаться от сборной ёмкости. При малом расходе жидкости не составит особой сложности, если СОЖ, омывая фрезу, будет выливаться прямо на рабочий стол фрезерного станка. По окончании работ достаточно лишь протереть оборудование (совместив эту процедуру с уборкой стружки). Минимальный расход жидкости даёт возможность отказаться и от теплообменника — ведь охлаждение СОЖ не требуется (да и невозможно при незамкнутой системе с открытым распылением жидкости).
Следует отметить, что для «микросистемы» СОЖ лучше подавать жидкость не в зону обработки, а непосредственно на вращающуюся фрезу. Этим достигается интенсивное охлаждение — даже при минимальном количестве распыляемой жидкости. В то же время, за счёт малого размера фрезы, разлёта разбрызгиваемой жидкости практически не будет.
Система «масляный туман»
Система охлаждения типа «масляный туман» изначально проектировалась для очень форсированных систем обработки. За счёт мелкодисперсного распыления частиц масла в воздушной струе достигается лучшее проникновение СОЖ ко всем элементам в зоне обработки. Кроме того, «туман» имеет более высокую теплоёмкость, что благоприятно сказывается на охлаждающей способности системы.
Одним из главных недостатков системы «масляный туман» является «пачкотня» деталей и узлов фрезерного станка. Но как ни странно, подобная система (правда, слегка изменённая) нашла применение даже в настольных фрезерных станках с ЧПУ.
Подобная распылительная система содержит подводящую магистраль, сопловой штуцер и воздушный смеситель, позволяющий чётко контролировать степень насыщения распыляемого потока влагой (от 0 до 100%). При этом в качестве СОЖ может использоваться любая жидкость. А гибкая регулировка её подачи даёт возможность адаптировать систему под любую модель фрезерного станка. При этом интенсивность работы системы можно менять в зависимости от типа обрабатываемых заготовок (и соответственно, потребности в охлаждении и смазке).
Значительным преимуществом указанной системы является возможность использования в ювелирном деле — где требования применения СОЖ в процессе фрезерования сочетается с особыми подходами к сбору стружки (имеющей ценность как драгоценный металл!).