En los últimos años, ha habido un aumento constante en el interés por el proceso de innovación y la compra y estudio de nuevas tecnologías en la industria del mecanizado. Las empresas globales están cada vez más interesadas en complejos de precisión. máquinas herramienta de alta precisión con posibilidad de mecanizado multieje de piezas.
Mecanizado de precisión de alta velocidad
El mecanizado de alta velocidad (HSM) en estos equipos se está convirtiendo en un factor de éxito clave para la producción moderna. El tiempo mismo requiere un aumento constante en la productividad y Las máquinas CNC y centros de mecanizado. Una parte significativa de las nuevas máquinas ya está diseñada para operar con velocidades de husillo de 25 mil revoluciones por minuto o más.
¿Qué beneficios aporta el mecanizado de precisión de alta velocidad?
Los beneficios de cambiar a HSM son indudables, y yoaumento de la velocidad de corte en un 20-25% reduce el costo del producto final en un 15%! Pero en el fresado de alta velocidad, las velocidades de corte y los avances son de 5 a 10 veces mayores, que con el procesamiento convencional y por lo tanto están en el rango de 2 a 20 m/min.
Las altas velocidades del husillo y la alta dinámica de los mecanismos de avance, a su vez, imponen exigencias muy estrictas a la sujeción de la herramienta en la máquina en términos de precisión, fiabilidad y rigidez. Estos requisitos los cumplen piezas de máquinas como los manguitos retráctiles. La ventaja innegable de esta unión por contracción, en la que sus partes integrantes funcionan como un todo, es que esta la junta se puede montar y desmontar casi un número infinito de veces.
La creciente demanda de sujeción hidráulica
Las crecientes demandas de precisión en el procesamiento de piezas de trabajo requieren el desarrollo de otros métodos para la fijación precisa de la herramienta en la máquina. Los elementos de sujeción hidráulicos cumplen totalmente con los requisitos para equipos de alta precisión de nueva generación.
Los elementos de sujeción hidráulicos seleccionan todos los espacios entre la herramienta y el husillo. El mínimo descentramiento radial y el equilibrio de la herramienta que se logra aquí es un requisito previo para el mecanizado de alta precisión y una larga vida útil de la herramienta.
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Velocidad óptima para un metal dado
Un factor importante es la magnitud de la velocidad de avance de la herramienta. La nueva geometría de las plaquitas de corte de las herramientas de fresado y torneado permite aumentar los avances de 3 a 5 veces hasta 3 mm por revolución, lo que aumenta el arranque de viruta, a pesar de que la profundidad de corte es de 1 a 2 mm.
Una de las condiciones para el mecanizado de alta velocidad y simplemente para el mecanizado de alta velocidad es que se necesita una pequeña cantidad de remoción para obtener una buena calidad de la superficie y evitar daños a la superficie de la pieza de trabajo o herramienta.
Esto no es tan fácil de asegurar debido a las peculiaridades de la producción nacional. Como resultado, debido a secciones individuales, es necesario subestimar la velocidad en toda la superficie. Resulta más rentable fresar a menor velocidad, pero con mayor profundidad de corte, las máquinas no se aprovechan al máximo y aumenta el tiempo de procesamiento de la pieza.
El enfoque ideal es bajarlo a un orificio pretaladrado, pero esto no siempre es posible ni conveniente. En estos casos, el cortador se baja en espiral o en zigzag. En tales lugares, también es necesario reducir la velocidad para evitar la rotura de la herramienta.
¿Cuál es la velocidad óptima para el mecanizado de precisión?
Velocidad de husillo adecuada
La solución a estos problemas es reducir la velocidad en lugares de gran remoción de material, descenso de cortadores, etc. manteniendo una alta velocidad de todo el programa. Así, se logra un efecto integral del HSM: una reducción del tiempo de máquina debido a la intensificación de las condiciones de corte, una simplificación general del proceso de producción y un aumento en la calidad del procesamiento.
En estos casos, el cortador se baja en espiral o en zigzag. En tales lugares, también es necesario reducir la velocidad para evitar la rotura de la herramienta. La solución a estos problemas es reducir la velocidad en lugares de gran remoción de material, descenso de cortadores, etc. manteniendo una alta velocidad de todo el programa.
Así, se logra un efecto integral del HSM: una reducción del tiempo de máquina debido a la intensificación de las condiciones de corte, una simplificación general del proceso de producción y un aumento en la calidad del procesamiento. En estos casos, el cortador se baja en espiral o en zigzag. En tales lugares, también es necesario reducir la velocidad para evitar la rotura de la herramienta.
Sin embargo, este último requisito es cada vez menos relevante con la aparición de nuevos tipos de fresas de acero templado, cuyos fabricantes recomiendan mantener la profundidad de corte habitual y cumplir los demás requisitos para HSM (en particular, paso fino).
Características del fresado de alta velocidad
Ventajas del fresado de alta velocidad
Las principales dificultades del fresado de alta velocidad en el campo del fresado están asociadas con la organización de la eliminación uniforme de material y la uniformidad de los parámetros de corte. Si aumenta la velocidad de avance de 5 a 10 veces, como es el caso del fresado de alta velocidad, la temperatura de los cortadores aumenta solo ligeramente.
La razón de esto es que la tasa de alimentación excede la tasa de conducción de calor del material base que se está cortando. El cortador "supera" la propagación del calor, cuya parte principal se elimina con virutas. Lo mismo puede decirse del cortador al girar.
Con el crecimiento de las velocidades de procesamiento, también aumentan los requisitos para las herramientas utilizadas en la operación del equipo. Esto es especialmente importante para el fresado. En el mecanizado de alta velocidad, la reducción de la desviación a unas pocas micras aumenta varias veces la vida útil de los insertos de corte. Por lo tanto, para el procesamiento de alta velocidad, se producen mandriles térmicos modernos, mandriles hidráulicos y mandriles equilibrados (abrazaderas) que le permiten trabajar a velocidades de hasta 100,000 XNUMX rpm.
Por lo general, HSM se lleva a cabo en el rango supercrítico de vibraciones, porque en todas partes a velocidades de rotación tan altas, que se utilizan en el fresado de alta velocidad, las frecuencias de resonancia de la pieza de trabajo, la herramienta y los componentes de la máquina se superan significativamente.
Una característica de fresado de alta velocidad es la necesidad de utilizar únicamente husillos portaherramientas de alta velocidad especiales necesarios para una velocidad de rotación tan alta, como resultado de lo cual solo se pueden utilizar herramientas de diámetro pequeño, de 15 a 20 mm, para HSM.
Equipo requerido
Para la aplicación exitosa de HSS, todos los componentes del equipo (máquina, herramienta, accesorio de pieza de trabajo, sistema informático CNC, programa de control) deben funcionar sin problemas y sin fallas. El mismo requisito se aplica a las calificaciones del personal de servicio. Si al menos un componente resulta ser un "eslabón débil", esto conducirá no solo a daños en la pieza de trabajo sino también a la falla de equipos costosos.
Considere los requisitos para cada componente del sistema por separado:
- La máquina herramienta debe mantener una velocidad de aproximadamente 12-25 mil rpm y también debe tener un sistema confiable de enfriamiento del husillo. Todos los componentes de la máquina deben tener una alta rigidez y la capacidad de mantener un régimen térmico estable.
- Herramienta de corte: debe tener una mayor durabilidad y resistencia. Como regla general, los fabricantes modernos producen modelos especiales de cortadores para corte de alta velocidad e indican las condiciones de corte recomendadas para ellos.
- ¡La herramienta auxiliar debe estar estrictamente dentro de las tolerancias ya que las más mínimas desviaciones en las dimensiones a alta velocidad provocan golpes, cuya energía de vibración es proporcional a las fuerzas de corte! Por lo tanto, se deben usar mandriles especialmente balanceados o pinzas de ajuste por contracción para montar los cortadores.
Condiciones de fresado para evitar vibraciones en el mecanizado de precisión de alta velocidad
Dada la importancia de evitar vibraciones durante HSM, para cada combinación pieza-herramienta, las condiciones ideales de mecanizado solo se pueden encontrar experimentalmente. La mejor vida útil de la herramienta se observó cuando se reemplazó el enfriamiento por agua con un sistema de soplado por chorro de aire para el cortador.
Como se mencionó anteriormente, en HSC, el flujo de calor principal se elimina de los chips. Por lo tanto, la capacidad del sistema de enfriamiento para eliminar las virutas del área de corte afectará significativamente el acabado de la superficie y la resistencia al desgaste de la herramienta de corte.
Lo dicho anteriormente se aplica enteramente a la parte mecánica, es decir, la máquina y las herramientas. Sin embargo, los componentes electrónicos y la parte del software no tienen menos impacto en la calidad de los productos durante HSM.
Sistema CNC: debe tener un margen de velocidad, incluida la capacidad de "mirar hacia adelante" y calcular de antemano (a una velocidad de aproximadamente 100-200 cuadros por segundo) el movimiento para ralentizar la herramienta a tiempo antes de la esquina y luego acelere nuevamente, hasta el siguiente "giro" de la trayectoria del cortador.
Resumen
Cabe señalar que la introducción de algoritmos de movimiento de corte ajustados con precisión en la práctica del mecanizado de baja velocidad "ordinario" mejora significativamente la calidad de los productos fabricados. Es por eso que hay una atención constante a la mejora del mecanizado para mejorar el proceso de procesamiento y desbloquear más completamente el potencial de los equipos CNC modernos.
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