6.7.2 Konstantní zatížení frézy
CNC 6
Klasické, běžné frézování probíhá po přímce (obr. 6.10, část a) – to znamená, že po celou dráhu má fréza stejný, neměnný úhel záběru. Je to úhel, ve kterém je fréza v řezu, v materiálu obrobku. Tímto frézováním je zatížení frézy mechanicky i tepelně neměnné. Přináší to následující výhody: řezné podmínky lze udržet na stejné úrovni a vyvolané řezné síly, teplota v řezu a další podmínky, které jsou dány řezným procesem, jsou stabilnější. Pro obsluhu to znamená lepší kontrolu opotřebení, čímž je daná životnost nástroje i dosažení požadované kvality ploch frézou. Při frézování rádiusu je změněn úhel opásání (velikost záběru třísky), radiální hloubka třísky, zatížení frézy se mění (obr. 6.10, část b).
Obr. 6.10
Obr. 6.11
6.7.3 Trochoidní dynamické obrábění Trochoida je geometrická křivka, která je vytvořena bodem na kruhu, jenž rotuje a jehož střed se zároveň pohybuje. Trochoidní frézování lze považovat za typický příklad dynamického obrábění (obr. 6.11 a 6.14). Bylo použito pro optimalizace možností, které dávají monolitní karbidové frézy, a lze jej používat u většiny typů frézařských nástrojů a operací. Původně byly vyvinuty a optimalizovány pro použití těchto fréz při obrábění součástí z tvrdých materiálů (tvrdost nad 45 HRC). Hlavní podmínkou pro úspěšné obrábění tvrdých materiálů je lepší kontrola vzniku tepla. Množství tepla lze omezit na přijatelnou úroveň snížením úhlu záběru nástroje. Tato strategie je označována jako malý úhel záběru či malý úhel opásání, s výhodou se používá např. při frézování boku součásti, kdy lze polohu frézy vůči obrobku snadno měnit. Při drážkování nebo frézování kapes je však situace zcela odlišná, neboť
98 Ukázka elektronické knihy, UID: KOS515961
radiální hloubka řezu je u těchto typů obrábění fixní. Použijeme-li však trochoidní dráhu nástroje, dosáhneme stavu, kdy lze radiální hloubku řezu řídit a upravovat. Tím je pod kontrolou i úhel záběru nástroje a lze tedy využít strategii malého úhlu záběru. I když byl tento způsob vyvinut pro obrábění tvrdých materiálů, v současnosti se s úspěchem hojně využívá v aplikacích, kdy mechanické zatížení frézy omezuje její optimální využití. Trochoidní frézování celkově kombinuje tím nejlepším možným způsobem parametry řezných podmínek a dráhy nástroje, které zaručí vysokou efektivitu procesu obrábění. Věnujme nyní pozornost tomu, jak správně definovat řezné podmínky a jak je aplikovat. Prvořadý je posuv. Velikost je dána rychlostí pohybu osy frézy, kde je střední tloušťka třísky optimální a je v souladu s použitou řeznou geometrií. Při lineárním frézování (po přímce) to není problém (obr. 6.10, část a), u nelineárního je nutné si uvědomit, že jde o rychlost pohybu osy frézy a nikoliv bodu na obvodu nástroje (obr. 6.11). Chybné určení znamená více problémů při obrábění.
Nové metody v technologii frézování
Frézy tvarové (kulové frézy, frézy s kruhovými břitovými destičkami): Při frézování zde záleží na úhlu frézy vůči obráběné ploše (tečně). Daný úhel na kulové ploše určuje řezný průměr nástroje, k tomu se váže i hloubka třísky (obr. 6.12) – dodržení konstantního úhlu i při změně tvaru na obrobku lze zajistit v obrábění 5D. Pokud se (podle obr. 6.12) na obrobku mění úhel k obráběné ploše, mění se i řezný průměr, a tím dojde i ke změně hloubky třísky (platí to i pro tři části obrázku 6.12). Hloubka se posuzuje v činném průměru frézy, jsou zde její složky radiální a axiální. Je zde také vztah mezi tloušťkou třísky a posuvem. Nedoporučuje se obrábění kulovou frézou v poloze její rotační osy kolmé k obrobku – i ze vztahu vzorce řezné rychlosti plyne, že pokud je průměr blízký nule, je i řezná rychlost blízká nule, se všemi důsledky z toho plynoucími (kvalita obráběného povrchu, poškození ostří).
6
Vymezení radiální hloubky řezu: Dalším možným problémem je radiální hloubka řezu. Ta spolu s průměrem frézy určuje úhel záběru nástroje. Je to šířka, ve které je fréza v záběru s materiálem obrobku, ale je měřená rovnoběžně s její radiální osou ae (obr. 6.10). Při nesprávné, příliš velké radiální hloubce řezu dojde k problémům s nástrojem, k možné havárii. Tyto problémy se mohou násobit zejména při frézování rozdílně členitých tvarů.
Správná tloušťka třísky a řezná rychlost (příklad: kulová fréza ø 16 mm) ap axiální hloubka řezu
∅ efektivní průměr
f2 pro hm = 0,05
n (ot.·min−1) vc = 240
vf (mm·min−1)
5 mm
0,15 mm·zub−1
14,83 mm
5153
1550
3 mm
0,20 mm·zub−1
12,49 mm
6119
2450
1 mm
0,25 mm·zub−1
7,75 mm
9862
4900
0,5 mm
−1
0,38 mm·zub
5,57 mm
13 722
10 400
0,2 mm
0,44 mm·zub−1
3,56 mm
21 469
18 900
Obr. 6.12 TECHNOLOGIE OBRÁBĚNÍ CNC SOUSTRUŽENÍ, FRÉZOVÁNÍ, VRTÁNÍ PRO PRAXI
99 Ukázka elektronické knihy, UID: KOS515961
Dalším hlediskem jsou náklady na operaci. Zvýšením řezných podmínek porostou náklady na nástroje z důvodu jejich kratší životnosti, přičemž častější nastavování nástrojů vede k navýšení celkového času, tedy i nákladů. Zvážením uvedených skutečností dojdeme k závěru, že optimální kombinaci řezných podmínek lze nastavit podle tabulky uvedené v obr. 6.12 (není uveden materiál nástroje a obrobku). Využitím výše uvedených poznatků lze získat vyšší kapacity ústrojů produktivity výroby.
Nástroj v trochoidním frézování
CNC 6
Tabulka v obr. 6.13 ukazuje výhody trochoidní strategie s nástrojem k tomu určeným v porovnání se standardním frézováním.
Porovnání výkonu dvou strategií frézování: tvarová součástka, fréza ∅ 12 Frézování, strategie: běžná trochoidní Nástroj: stopková fréza standardní pro tuto strategii Řezná rychlost (Vc) [m/min]: 120 180 Posuv na zub (fz) [mm]: 0,045 0,17 Překrytí frézy (ae) [%]: 60 8 Hloubka třísky (ap) [mm]: 18 36 Čas výroby [mm]: 22:40 8:36 Obr. 6.13
Trochoidní proces frézování přináší ekonomické výhody: úsporu času a nízké opotřebení nástroje, tím dojde ke zvýšení jeho životnosti, včetně nižšího zatížení stroje. Úspory jsou nejvíce viditelné zejména tam, kde se odebírá velký objem materiálu (např. hluboké tvary, drážky, frézované boky), zde je pro lepší odchod třísky konstruován speciální lamač třísek, který tuto vysokou třísku dělí – při frézování do hloubek až 4×D je tříska dělena na výšku 2D (obr. 6.13). Uvedené výhody jsou dány trochoidní dráhou frézy, kde se udržuje minimální úhel záběru (úhel opásání), čímž se omezuje možnost chvění nástroje a rotující nástroj větší část dráhy provádí mimo záběr, kde se ochlazuje (i pod kapalinou), zvyšuje se otěruvzdornost řezných hran. To vše dovoluje zvýšit rychlost pohybu frézy po vytvořených drahách, i přes krátký záběr ostří v materiálu se celkový čas obrobení snižuje. Výkonné IT v řídicích systémech CAM umožňuje dodržet konstantní opásání nástroje i konstantní střední tloušťku třísky. Je tak zajištěn optimální a efektivní proces obrábění. V důsledku působení vyšších radiálních sil jsou kladeny i vyšší nároky na nástroj. Zde je nutná speciální a stabilnější geometrie jádra. Zvláštní konstrukce fréz je jistě dána know-how každého výrobce. Tvrdokov i povlak musejí být velmi odolné proti tepelnému šoku, jelikož střídáním fází zajíždění do materiálu a ochlazování značně kolísá teplota břitu, při nesprávném výběru nástroje může docházet ke vzniku vlásečnicových trhlin na břitu s následkem jeho vylamování. Zde je zajímavé i využití TK substrátu pro výrobu frézy.
100 Ukázka elektronické knihy