Описание типов режущих инструментов с ЧПУ: какие размеры инструментов используются для различных машинных операций

При обработке на станках с ЧПУ режущий инструмент является одним из наиболее важных факторов, влияющих на качество обработки, скорость производства, качество поверхности и точность размеров. Многие люди считают, что точность ЧПУ в основном зависит от самого станка, но в реальном производстве режущий инструмент часто определяет, можно ли эффективно и стабильно обрабатывать деталь.

Различные материалы, геометрии и операции обработки требуют совершенно разных типов и размеров инструментов. Использование неправильного инструмента может привести к вибрации, ухудшению качества поверхности, чрезмерным заусенцам, нестабильности размеров, поломке инструмента или даже полному выходу детали из строя. Вот почему профессиональные цеха с ЧПУ тратят много времени на оптимизацию стратегии оснастки еще до начала производства.

Одним из наиболее часто используемых инструментов при фрезеровании на станках с ЧПУ является фреза с плоским концом. Плоские концевые фрезы в основном используются для черновой обработки, фрезерования карманов, нарезания пазов и обработки плоских поверхностей. При обработке алюминия чрезвычайно распространены твердосплавные концевые фрезы с 2 или 3 канавками, поскольку из алюминия образуется крупная стружка, требующая хорошего пространства для эвакуации. Увеличенная впадина канавок помогает предотвратить налипание стружки и снижает тепловыделение во время высокоскоростной обработки.

Для черновой обработки алюминия в мастерских обычно используют:

• концевые фрезы 6 мм
• концевые фрезы 8 мм
• концевые фрезы 10 мм
• концевые фрезы 12 мм

Эти размеры обеспечивают хороший баланс между жесткостью и эффективностью удаления материала. Инструменты большего размера удаляют материал быстрее, поскольку они могут обрабатывать более высокие скорости подачи и более глубокие проходы резания. Однако они также требуют большей жесткости станка и мощности шпинделя.

Например, при обработке большого алюминиевого корпуса 6061 для грубой очистки карманов можно использовать твердосплавную фрезу с плоским концом диаметром 12 мм, поскольку она быстро удаляет материал, сохраняя при этом стабильные условия резания. Использование меньшего инструмента диаметром 3 мм для той же операции черновой обработки значительно увеличит время обработки и снизит эффективность.

Однако большие инструменты не могут обрабатывать мелкие детали. Именно здесь становятся необходимы инструменты меньшего диаметра.

Для мелких деталей, узких пазов, внутренних углов и детальной геометрии производители обычно используют:

• концевые фрезы 1 мм
• концевые фрезы 2 мм
• концевые фрезы 3 мм

Эти небольшие инструменты обычно используются в:

• Корпуса для электроники
• Фотоаппаратура
• Медицинские детали
• Аэрокосмические компоненты
• Точная гравировка

Маленькие инструменты позволяют обрабатывать более узкие угловые радиусы и обрабатывать более мелкие детали, но они значительно слабее, чем более крупные инструменты. Твердосплавный инструмент толщиной 1 мм может очень легко сломаться, если скорость подачи, скорость шпинделя или зацепление инструмента не контролируются должным образом.

Это одна из причин, почему обработка глубоких и узких полостей при обработке на станках с ЧПУ считается сложной задачей. Длинные и тонкие инструменты естественным образом изгибаются во время резки, снижая точность размеров и увеличивая риск вибрации.

Концевые фрезы со сферическим концом — еще одна важная категория инструментов. В отличие от фрез с плоским концом, инструменты со сферическим концом имеют закругленные режущие кромки и в основном используются для:

• 3D контурная обработка
• Изогнутые поверхности
• Обработка пресс-форм
• 5-осевая обработка
• Отделка поверхности

Типичные размеры сферического носа включают в себя:

• 2 мм
• 4 мм
• 6 мм
• 8 мм

Инструменты со сферической головкой меньшего размера используются, когда требуется очень мелкая детализация поверхности. Например, в фотооборудовании или аэрокосмических деталях со сложными контурами инструмент со сферическим наконечником диаметром 2 или 4 мм может выполнять точную чистовую обработку с чрезвычайно малыми шагами для создания плавных переходов поверхностей.

Однако инструменты со сферическим концом медленнее выполняют черновую обработку, поскольку площадь контакта с режущей кромкой меньше по сравнению с фрезами с плоским концом.

Концевые фрезы с угловым радиусом широко используются в промышленной и аэрокосмической обработке, поскольку они сочетают в себе преимущества плоских концевых фрез с повышенной прочностью кромки. Вместо острых углов в этих инструментах используются небольшие радиусы режущей кромки, чтобы уменьшить концентрацию напряжений и увеличить срок службы инструмента.

Общие размеры включают в себя:

• 0,5 рэнда
• Р1
• Инструменты для углового радиуса R2

Они особенно полезны при обработке нержавеющей стали или титана, поскольку острые углы стандартных концевых фрез имеют тенденцию к сколам при большой нагрузке резания.

Размеры сверл также тщательно выбираются в зависимости от области применения. В производстве с ЧПУ выбор сверла зависит от:

• Диаметр отверстия
• Глубина отверстия
• Тип материала
• Требования к допускам

Для алюминия:

• Чрезвычайно распространены твердосплавные сверла диаметром от 3 до 10 мм.

Для глубоких отверстий:

• Предпочтительны сверла с сквозной подачей СОЖ.

Для нержавеющей стали:

• Обычно используются твердосплавные сверла с покрытием TiAlN, поскольку они лучше сопротивляются нагреву.

Отверстия большего размера часто не сверлят напрямую с помощью больших сверл. Вместо этого машинисты могут:

1. Пилотное сверло
2. Ступенчатая дрель
3. Завершите расточкой или интерполяцией.

Это снижает силу резания и повышает точность отверстия.

Инструменты для снятия фасок — еще один важный тип инструментов при обработке на станках с ЧПУ. Общие углы фаски включают в себя:

• 45°
• 60°
• 90°

Инструменты для снятия фаски удаляют острые края, улучшают сборку и подготавливают отверстия для нарезания резьбы. В высококачественных продуктах, таких как компоненты робототехники или видеооборудование, постоянство фасок также существенно влияет на косметическое качество.

Для создания резьбы используются резьбофрезы и метчики. Меньшие темы, такие как:

• М2
• М3
• М4

обычно требуют очень деликатного инструмента, поскольку маленькие метчики хрупкие и склонны к поломке.

Для более твердых материалов, таких как нержавеющая сталь или титан, многие мастерские отдают предпочтение резьбофрезеровке, поскольку это снижает риск поломки и обеспечивает лучший контроль резьбы.

Длина инструмента так же важна, как и диаметр инструмента. Более длинные инструменты уменьшают жесткость и увеличивают отклонение во время резки. Поэтому профессиональные инженеры с ЧПУ всегда стараются использовать:

• Самый короткий инструмент
• Максимально возможный жесткий диаметр

при этом достигая необходимой геометрии.

Например:

• Инструмент диаметром 6 мм с вылетом 50 мм гораздо менее стабилен, чем тот же инструмент с вылетом 20 мм.

Это напрямую влияет на:

• Чистота поверхности
• Вибрация
• Точность размеров
• Срок службы инструмента

Еще одним важным фактором является количество флейт. Разные материалы требуют разной конструкции канавок.

Типичные конфигурации включают в себя:

Для алюминия:

• 2-флейта
• 3-флейт

Для стали:

• 4-флейта
• 5-флейт

Для титана:

• Изменяемая геометрия канавок для снижения вибрации

Большее количество канавок обычно улучшает жесткость и чистоту поверхности, но уменьшает пространство для эвакуации стружки.

Покрытия также имеют большое значение. К распространенным покрытиям относятся:

• ТиН
• ТиАлН
• АлТиСиН
• DLC-покрытия

При обработке алюминия часто предпочитают полированные инструменты без покрытия, поскольку они уменьшают прилипание стружки. Для нержавеющей стали и титана термостойкие покрытия имеют решающее значение для продления срока службы инструмента.

В конечном счете, профессиональная обработка на станках с ЧПУ — это не просто «резка металла». Выбор инструмента напрямую влияет на:

• Точность
• Скорость обработки
• Качество поверхности
• Износ инструмента
• Стабильность
• Стоимость производства
• Повторяемость

Опытные инженеры ЧПУ не выбирают инструменты только по размеру. Они оценивают:

• Материальное поведение
• Сила резания
• Жесткость инструмента
• Выработка тепла
• Эвакуация стружки
• Возможности машины
• Требования к отделке поверхности

Правильный инструмент не обязательно является самым большим или быстрым вариантом. Это инструмент, который обеспечивает наиболее стабильный и повторяемый процесс обработки, сохраняя при этом точность и эффективность производства с течением времени.