Трохоидальное фрезерование

Теперь давайте преобразуем эти предыдущие примеры из 2D-области в 3D-объем.

Для этого нам нужно добавить некоторые данные о материалах, чтобы получить реалистичные скорости подачи. Допустим, мы режем 4140 HTSR. Мы будем использовать скорость резания 400 SFM для стандартной обработки. Давайте посмотрим, как выглядит это удаление запаса.

Для обычной обработки скорость вращения составляет 3200 об/мин. Мы будем использовать скорость подачи 0,003″ на зуб, используя стандартную концевую фрезу с 4 зубьями. Это означает, что мы будем подавать фрезу со скоростью 38,4 дюйма в минуту.

Взяв тот же разрез глубиной 0,250 x шаг 0,350, наш 2D-разрез составит 0,0875 кв. дюйма. Чтобы преобразовать это в кубические дюймы в минуту, мы умножим это на нашу скорость подачи.

0,1875 квадратных дюймов x 38,4 дюймов в минуту = 3,36 кубических дюймов в минуту.

Теперь давайте сравним это с фрезерованием кожуры.

Чтобы сохранить ту же толщину стружки 0,003″ при шаге 0,050″, подачу можно увеличить до 0,0051″ на зуб. Еще одним преимуществом фрезерования кожуры является то, что число оборотов в минуту также можно увеличить.

Итак, давайте увеличим скорость вращения до 500 футов в минуту, используя стружку размером 0,0051″ на зуб. Это соответствует 4000 об/мин и скорости подачи 81,6 дюймов в минуту.  Как упоминалось ранее, шаг 0,050″ и глубина резания 1,000″ работают на площади 0,050 квадратных дюймов.

0,050 квадратных дюймов x 81,6 дюймов в минуту = 4,08 кубических дюймов в минуту.

Это примерно Удаление материала на 15 % быстрее по сравнению с традиционным подходом. Но на этом преимущества шлифовального станка не заканчиваются.

Увеличение износа инструмента

Одним из существенных недостатков традиционной черновой обработки является то, что износ сконцентрирован в нижней части концевой фрезы.

Используя тот же предыдущий пример, как будет выглядеть наша концевая фреза через час работы?

Нижний 0,250″ будет изношен, а верхний 0,750″ будет совершенно новым. Не максимальное использование инструмента, не так ли? Теперь, помимо стоимости самой концевой фрезы, добавьте время простоя оператора станка, заменяющего инструмент на новую концевую фрезу. В общем, это просто неэффективный метод.

Теперь сравните это с инструментом, который используется для фрезерования кожуры. Как этот инструмент будет выглядеть через час? Вместо всего износа, сосредоточенного на 25% инструмента, износ будет равномерно распределен по всей длине канавки.

Кроме того, из-за небольшого радиального зацепления отдельные канавки фактически находятся в пропиле меньшее время. Позвольте мне проиллюстрировать.

Проще говоря, фактическое время работы канавок фрезы составляет примерно 1/3 времени при фрезеровании кожуры по сравнению с традиционным фрезерованием.

Означает ли это, что ваши фрезы служат в 3 раза дольше? Не всегда, по моему опыту. Но я стремлюсь заметно увеличить стойкость инструмента, особенно при обработке труднообрабатываемых материалов, таких как титан, инконель и хром-кобальт.

Трохоидальное фрезерование с отслаиванием

В предыдущих примерах фрезерование с отслаиванием использовалось для удаления легкодоступного материала. Но что, если вам нужно вырезать глубокую щель? Можете ли вы по-прежнему использовать принципы измельчения кожуры?

Определенно. Здесь на помощь приходит трохоидальное фрезерование.

Для начала давайте посмотрим, что такое трохоид.

Трохоид

Вот основная концепция трохоида:

Представьте, что вы поднимаете над головой груз на конце веревки, пока идете вперед. Это основное движение точки, вращающейся вокруг центра и движущейся вперед, называется трохоидой.

Вот иллюстрация движения:

По сути, вы получаете резное движение. Для траекторий перемещение вперед низкое, но «вращательное» движение выполняется на высоких скоростях. Это то, что удерживает давление при резке легким.

Вот пример того, как одна из этих траекторий выглядит в CAM-системе:

Как вы видите, быстрая подача инструмента вперед плавными движениями может поддерживать постоянное радиальное зацепление.

Удаление стружки

Трохоидальное фрезерование является действительно эффективным подходом для труднодоступных мест, где удаление стружки может быть проблемой.

При традиционном фрезеровании бывает сложно удалить толстую и тяжелую стружку из глубоких элементов, таких как карманы. Это означает, что эти стружки будут снова срезаны по мере того, как инструмент перемещается внутри элемента.

Это дополнительное неконтролируемое срезание металлической стружки не только приводит к значительному износу режущего инструмента, но и повышает нестабильность работы. Скопление стружки может неожиданно сломать фрезу пополам.

Трохоидальное фрезерование — отличный способ удаления стружки из глубоких элементов. Вместо толстой и тяжелой стружки обычного помола стружка от кожуры получается длинной, тонкой и легкой. Это означает, что давление охлаждающей жидкости или поток воздуха могут легко удалить их с заготовки.

Стружка для измельчения в кожуре тонкая и легкая

Однако стоит отметить, что щепа для измельчения в кожуре изготавливается очень быстро. Это означает, что ваша охлаждающая жидкость или давление воздуха должны быть очень надежными. Если есть какие-то сбои в доставке, дела быстро пойдут наперекосяк.

Что требуется для трохоидального фрезерования?

Я знаю многих парней, которые пробовали это со стандартными инструментами, предназначенными для традиционной обработки. Затем, когда что-то взрывается, это (по их мнению) происходит потому, что измельчение кожуры — это уловка, которая не работает.

Уверяю вас, что это работает очень хорошо, но вы должны убедиться, что используете правильные инструменты и оборудование.

Держатели инструментов

Фрезерование с отрывом оказывает гораздо большее давление на инструмент и может стать кошмаром для вибрации. Держатель вашего инструмента должен быть действительно прочным, чтобы справиться с этим высокопроизводительным фрезерованием.

Что это значит?

Не используйте хвостовики Weldon или держатели концевых фрез с цангой ER.

Серьезно, с ними вы никогда не добьетесь хороших результатов. Они просто недостаточно крепко держат инструмент и гасят вибрацию. Даже если вы используете читер-бар 48″.

Помимо очень высоких скоростей и подач, которых можно достичь при фрезеровании зачисткой, инструменты имеют тенденцию к выдергиванию. Это связано с тем, что зубья настолько сильно ударяют по заготовке, что спираль канавок толкает фрезу вниз и из держателя инструмента. Держатели хвостовиков Weldon и цанговые патроны ER мало что могут противопоставить этому.

Мой любимый вариант для этого — гидравлический держатель инструмента хорошего качества, хотя я также добился очень хороших результатов с системами горячей посадки.

Что мне нравится в гидравлических держателях инструментов, так это их универсальность и способность гасить вибрации. У них нет тенденции звонить на определенных частотах, как это делают другие системы. А чтобы установить концевую фрезу другого диаметра, нужно всего лишь поменять втулку.

Системы термоусадочной посадки также превосходны. Усилие зажима стального корпуса после охлаждения просто безумно, поэтому инструменты, зажатые таким образом, очень жесткие. Недостатком этого является то, что вам нужна система нагрева держателей для замены концевых фрез. Это может быть довольно высокой начальной стоимостью, поэтому для магазинов нужно немного потрудиться, чтобы получить эту возможность.

Стоит обратить внимание на технологию Safe-Lock от Haimer. Это действительно удивительный способ стабилизации твердосплавных концевых фрез, делающий практически невозможным вытаскивание фрезы из держателя инструмента. Вы заметите, что с помощью такой системы вы можете гораздо сильнее нажимать на инструмент.

Несмотря на то, что Haimer является владельцем патента на эту технологию, они делают ее доступной для других производителей инструментов по лицензии, так что вы увидите, что это предлагается другими брендами.

Специализированные фрезы

Вот еще один интересный аспект измельчения кожуры: стружка всегда тонкая и тонкая.

Мы можем использовать это как преимущество при выборе фрезы. Это не совсем обязательное требование, но оно поможет вам воспользоваться преимуществами высокой производительности фрезерования кожуры.

Традиционный подход с толстыми, тяжелыми резами означал, что инструменты требовали большого пространства между канавками для удаления стружки. Этим стружкам нужно было куда-то уходить, поэтому в этих режущих инструментах нужно было предусмотреть большие зазоры, чтобы разместить их.

При фрезеровании по кожуру вам не нужен такой большой отвод стружки.

Это означает, что возможны две вещи:

1. На фрезе канавки не должны быть такими глубокими, поэтому диаметр сердцевины может быть значительно больше. Это означает, что вы можете использовать гораздо более мощный инструмент и давить на него значительно сильнее.
2. Вы можете использовать больше флейт. Вместо стандартной концевой фрезы с 4 зубьями многие инструменты, предназначенные для фрезерования зачистки, имеют 6 или 8 зубьев. Уже одно это потенциально может удвоить возможную скорость подачи.

Теперь, рассматривая пример, который мы упоминали перед сравнением традиционного фрезерования и фрезерования, мы видим, что с помощью специализированных инструментов мы можем добиться значительно большей эффективности фрезерования кожуры.

Вот почему многие мастерские смогли удвоить съем материала, вложив средства в специализированное оборудование.

Высокоскоростные фрезы

Если у вас есть усталая, старая машина 80-х годов, вас может не слишком впечатлить ее интерпретация фрезерования кожуры.

Особенно для таких вещей, как трохоидальное фрезерование, вам нужен быстрый станок. И не только максимальные скорости подачи.

Машина должна выдерживать резкое ускорение и торможение, иначе вы никогда не наберете скорость. Вы можете заметить на своем станке, что при обработке узких углов скорость подачи, отображаемая на панели управления, часто постоянно меняется, замедляясь при резких поворотах.

Ваша мельница должна иметь возможность точно выполнять небольшие быстрые движения. Для большинства машин вы можете ввести строку кода, которая изменит режимы — от режима высокой скорости до режима точной остановки и всего, что между ними. В высокоскоростном режиме он должен иметь возможность соблюдать запрограммированную траекторию без значительного отклонения.

В противном случае у вас будет много сломанных инструментов, когда ваша машина в конечном итоге промахнется и втолкнет ваш инструмент в материал на 0,080 дюйма вместо предполагаемых 0,050 дюйма.

Помимо наличия быстрых и чувствительных сервоприводов для быстрой обработки резких изменений направления, ваша машина должна быть способной мыслить.

Для высокоскоростной обработки вам могут понадобиться программы с миллионами строк кода. Если контроллер вашего станка не может считывать код достаточно быстро, то вся ваша потенциальная эффективность фрезерования кожуры будет потеряна, пока ваш станок будет пытаться определить свой следующий шаг.

Станки, которые хорошо оборудованы для высокоскоростной обработки, будут рекламировать высокую «упреждающую блокировку», часто доходящую до 10 000 блоков.

Это означает, что контроллер будет считывать 10 000 блоков перед текущим блоком, чтобы иметь возможность «спланировать» наиболее эффективный способ обработки этой траектории в пределах допустимого допуска. Если ваш станок не имеет этой возможности, то вы можете обнаружить, что ваша скорость подачи никогда не достигает того значения, которое вы запрограммировали.

Cam System

Это довольно просто. Чтобы извлечь выгоду из фрезерования кожуры, вам необходимо иметь программное обеспечение, которое на это способно.

Хорошей новостью является то, что фрезерование кожуры существует уже некоторое время, поэтому большинству приличных пакетов CAM есть что предложить.

Однако не все они созданы равными. Некоторые позволяют вам иметь более жесткий контроль, чем другие. Если вы ищете пакет CAM для своей мастерской, не торопитесь и посмотрите, насколько хороши траектории CAM и результаты постобработки.

Причина, по которой я советую обратить внимание на постпроцессор, заключается в том, что при фрезеровании кожура у вас будет много мелких движений. Вы хотите, чтобы это вычислялось точно как команды дуги (или сплайны, если на вашем станке есть контроллер Siemens) без проблем с округлением. Если вам приходится прибегать к линейным движениям G1, потому что вы продолжаете получать ошибки на контроллере машины, говорящие о проблеме со значениями G2 и G3, вы не будете счастливы в кемпинге.

Действительно, этот фактор становится все меньше и меньше по мере того, как фрезерование кожуры становится все более популярным, но все равно на него следует обращать внимание.

Когда целесообразно измельчение кожуры?

Есть причина, по которой это не единственная операция, которую вы можете выбрать в своем программном обеспечении CAM: хотя это отличное решение, его нельзя применить ко всему.

Фрезерование с отслаиванием работает лучше всего, когда вы действительно можете глубоко погрузить инструмент в материал. Другими словами, если вы играете в мелкие карманы, вам лучше использовать другую стратегию.

Прорезание пазов

Трохоидальное фрезерование часто является лучшим решением для прорезания пазов, но, опять же, это действительно зависит от геометрии элемента. Например, щель может быть настолько глубокой, что единственный разумный способ вырезать ее — это либо продольная пила, либо электроэрозионный станок. Если паз имеет ширину 0,050″ и глубину 1,000″, никакая концевая фреза вам не поможет.

Я считаю, что оптимальное место для трохоидальной обработки пазов — это максимальная глубина концевой фрезы, составляющая 50–75 % ширины паза. Другими словами, полудюймовая концевая фреза с трохоидальной траекторией станет отличным выбором для паза шириной 0,75 дюйма и глубиной 1000 дюймов.

Карманная обработка

Отличный выбор для глубоких карманов. Тонкая и легкая стружка легко удаляется из гнезда с помощью струйной струи или подачи СОЖ под высоким давлением, а скорость удаления материала очень высока, если вы можете использовать всю длину канавки.

Твердые или экзотические материалы

При черновой обработке титана я использую один из двух методов: плунжерное фрезерование или фрезерование с отрывом.

Скорость съема материала при плунжерном фрезеровании титана не имеет себе равных, но оставшиеся гребешки удалить может быть непросто. Они часто требуют избыточных получистовых операций, прежде чем вы сможете запустить свой чистовой инструмент для завершения элемента.

Фрезерование с отслаиванием, с другой стороны, часто может выполнять черновую и чистовую обработку за одну операцию. Особенно для глубоких и узких черт трудно превзойти.

Фрезерование на отслаивании отлично подходит для твердых и абразивных материалов. Так как он распределяет износ по всей длине канавки, он может быть отличным решением в тех случаях, когда часто встречаются насечки или выкрашивание. Вот некоторые материалы, для черновой обработки которых следует серьезно рассмотреть возможность использования фрезерования задиром:

• Титан
• Инконель
• Кобальт-хром
• Закаленные инструментальные стали (выше 50 Rc)
• нагартование, абразивное или закаленное.

Когда фрезерование по кожуру не имеет смысла

Если вы не можете использовать достаточную длину канавки, то фрезерование по кожуру, вероятно, не лучший вариант.

Например, если у вас неглубокая канавка — скажем, 0,750″ в ширину и 0,375″ в глубину — вам лучше пойти традиционным путем — использовать концевую фрезу 3/4″ и закопать ее.

Если речь идет о экзотическом или закаленном материале, фрезерование на корке может иметь смысл, даже если вы не можете использовать большую длину канавки. Иногда решение состоит в том, чтобы просто использовать резак меньшего размера. Или рассмотрите другие стратегии, такие как резка с высокой подачей (малая глубина Z, шаг на полную ширину фрезы и 9 шагов).0124 очень высокая подача).

В конце концов, вы почувствуете это, как только немного попробуете. Может быть, попробовать запрограммировать траектории несколькими разными способами и посмотреть, какой из них может обеспечить наилучшее время цикла. Просто убедитесь, что условия обработки правильно установлены для каждой стратегии — не используйте стандартные скорости подачи для фрезерования зачистки.

Вот и все, вы готовы окунуться в мир измельчения кожуры.

Есть ли у вас какие-либо советы и рекомендации по высокоскоростной обработке? Или у вас есть вопросы о фрезеровании кожуры? Поделитесь ими в комментариях ниже!

Подачи и скорости трохоидального фрезерования

На днях клиент спросил меня, как рассчитать подачи и скорости для трохоидального фрезерования с помощью калькулятора G-Wizard Calculator. G-Wizard — идеальный инструмент для определения этих подач и скоростей, но прежде всего, что такое трохоидальное фрезерование?

Трохоидальное фрезерование — это метод высокоскоростной обработки (HSM), при котором инструмент перемещается в форме, называемой «трохоид». Ссылка показывает происхождение того, что такое трохоид, но вот типичная трохоидальная траектория:

Использование трохоидального фрезерования для прорезания паза…

Идея заключается в том, что каждый рез представляет собой дугу окружности, а не движение вниз по пазу по прямой линии. Преимущество трохоидального фрезерования заключается в том, что оно сохраняет постоянную нагрузку на фрезу, поэтому вы можете работать с более высокими подачами и скоростями. Некоторые трохоидальные траектории создают траекторию в форме буквы «D» и не делают полный круг каждый раз, что может быть быстрее, чем полные круги.

Вот что мы подразумеваем под постоянной нагрузкой на фрезу. Нагрузка определяется тем, какая часть окружности фрезы задействована в резке, также называемой «угол зацепления». Траектории с постоянной нагрузкой имеют постоянные углы зацепления. Обычные траектории имеют гораздо более высокие нагрузки в углах. Вы можете увидеть это графически на этой иллюстрации:

Посмотрите, как резко увеличивается зацепление по мере того, как фреза входит в угол…

Хотя некоторые называют все траектории постоянного зацепления HSM «трохоидальными», этот термин конкретно относится к траекториям, которые следуют спирали, показанной на первой диаграмме. Таким образом, трохоидальное фрезерование чаще всего используется для вырезания пазов.

Как и все траектории в стиле HSM, постоянная нагрузка означает, что мы можем использовать более высокие подачи и скорости. Но один недостаток трохоидального фрезерования, о котором некоторые беспокоятся, заключается в том, что все это движение приводит к гораздо большему износу шарико-винтовых пар и направляющих станка с ЧПУ, особенно если учесть гораздо более быстрые подачи и скорости.

В конце концов, с трохоидальной траекторией связано много движений, но движение может быть быстрее, чем с обычной траекторией. Преимущество обычно составляет 20% или более сокращения продолжительности цикла, но самое большое преимущество заключается в увеличении срока службы инструмента. Преимущество срока службы инструмента еще лучше для таких твердых материалов, как титан.

Трохоидальное фрезерование часто наиболее полезно для сложных ситуаций обработки, таких как микрообработка, твердые материалы и нестабильная заготовка. Мы уже упоминали преимущества стойкости инструмента для твердых материалов.

Как и все траектории HSM, трохоидальное фрезерование уменьшит пики силы резания из-за наезда на углы. Поэтому он может быть полезен для микрообработки, где такие шипы часто легко ломают мелкие инструменты. Однако есть компромисс. Вы используете инструмент меньшего диаметра для фрезерования паза с помощью трохоидального фрезерования. Инструменты меньшего диаметра более тонкие. Возможно, будет более выгодно пропустить трохоидальное фрезерование канавки и просто использовать фрезу большего диаметра, чтобы сделать канавку за несколько проходов.

Как насчет нестабильного крепления? Под этим я подразумеваю случаи, когда усилия резания должны быть снижены из-за тонких стенок, вибрации или невозможности достаточно крепко зажать и удерживать заготовку. Трохоидальное фрезерование создает более низкие силы резания при заданной скорости съема материала, поэтому оно идеально подходит для таких ситуаций.

В действительно экстремальных случаях, когда мы должны уменьшить силы резания за счет скорости съема материала, мы обнаружили, что можем уменьшить силу резания на целых 60%, сохраняя при этом скорость съема материала в пределах 20% по сравнению с обычными методами фрезерования. Это может быть исключительным преимуществом в сложной ситуации обработки, такой как обработка тонких стенок или очень глубоких карманов инструментами малого диаметра.

Максимальный диаметр фрезы для данной канавки

Чтобы обеспечить достаточное пространство для трохоидального фрезерования, рекомендуется, чтобы диаметр фрезы не превышал 70% ширины канавки.

Теперь, как мы можем использовать калькулятор G-Wizard, чтобы вычислить подачи и скорости для такой траектории?

На самом деле все очень просто. Вот один из них:

Подачи и скорости для операции трохоидального фрезерования для обработки паза…

Сначала вы настраиваете станок, материал и инструмент. Мы режем мягкую сталь 1/2-дюймовой концевой фрезой из твердого сплава с 4 зубьями.

Далее вам нужно указать условия резки. Мы делаем прорезь глубиной 1/2 дюйма, поэтому я выбрал полную глубину выреза 1/2 дюйма. Наша ширина реза или шаг важны, потому что они определяют, насколько мы можем ускориться благодаря высокоскоростной обработке. Чем меньше инструмента в резе из-за меньшего шага, тем быстрее мы можем двигаться. Но есть компромисс. Если вы сделаете шаг слишком маленьким, фреза будет вращаться в материале с невероятной скоростью, но не сделает все так много, и MRR упадет. Большинство специалистов предлагают 10-30% диаметра инструмента в качестве хорошей отправной точки. Вы можете возиться с ним оттуда, следя за MRR, пока не найдете значение, которое соответствует вашим потребностям. Для этого примера я выбрал шаг 30% или 0,150″.

Итак, последний шаг — включить функцию HSM Feeds and Speeds в G-Wizard. Просто установите флажок «Использовать каналы и скорости HSM», и ваши каналы и скорости будут обновлены. Мы видим коэффициент RPM и коэффициент подачи, каждый из которых близок к 2. Это означает, что, поскольку мы можем гарантировать, что это траектория инструмента HSM, которая будет поддерживать постоянный TEA, и RPM, и скорость подачи могут быть увеличены почти до 2. раза выше обычных скоростей подачи.

Вау! Эти траектории HSM движутся прямо вперед, не так ли? Чтобы узнать больше о подачах и скоростях для обработки HSM, ознакомьтесь с нашей главой «Учебное пособие по подачам и скоростям», посвященной HSM. В этом случае мы получаем MRR 5,2 кубических дюйма материала в минуту и ​​потребляем около 3,5 лошадиных сил на рез.

Хотите рассчитать свои собственные подачи и скорости HSM? К сожалению, для этого не существует хороших формул скорости резания. Вы действительно хотите, чтобы такой инструмент, как G-Wizard, использовал эти методы.

Это обычный расчет подачи и скорости трохоидального фрезерования, но G-Wizard может сделать эту работу еще лучше, используя функцию «Оптимизатор резания». Идея «Оптимизатора резания» состоит в том, чтобы найти максимальную ширину резания (или глубину резания, или скорость подачи, это универсально), которую можно использовать без слишком большого отклонения инструмента. Эта функция уникальна для G-Wizard, вы не можете получить ее где-либо еще, и она, безусловно, мощная.

Примечание :  Вот полная статья о том, как оптимизировать глубину резания и шаг для фрезерной обработки с ЧПУ .

В то время как многие авторитеты говорят вам, как я упоминал, использовать 10-30% диаметра для шага, посмотрите, что происходит, когда мы используем оптимизатор реза, чтобы максимизировать наш шаг:

Мы увеличили ширину реза до 0,4375 , что составляет 87,5% диаметра. В результате скорость съема материала теперь составляет 7,4928, и мы используем около 5,5 лошадиных сил шпинделя.

Почему этот гораздо более высокий шаг превышает рекомендуемые 10-30% значений шага?

Вот в чем дело:

Мы можем работать быстрее с траекторией HSM, потому что мы не врезаемся в какие-либо углы, которые могут ударить инструмент. Но это мало что говорит о шагах. Роль уменьшенного шага двояка. Во-первых, он открывает канавки фрезы, чтобы стружка могла выбрасываться из реза в радиальном направлении — ее не нужно уносить вверх и наружу по спирали.

Learn more

• 
  Чем обшить стены в квартире
• 
  Клипсы для штор на магнитах
• 
  Катарантус цветок выращивание из семян в домашних условиях
• 
  Высота газоблока
• 
  Строить колонку
• 
  Шлифовальный диск для болгарки по металлу 125
• 
  Как подсоединить конденсатор к электродвигателю
• 
  Антуриум блэк
• 
  Грибы сыроежки съедобные
• 
  Как правильно класть плитку в ванной на стену своими
• 
  Пальма арека