Поведение держателя горячей посадки при высокоскоростной металлообработке

Высокая скорость металлообработки суть понятие растяжимое, но в общем случае может означать что-нибудь от 10 тысяч до, по меньшей мере, теоретически, 500 тысяч или более оборотов в минуту. При работе на высоких скоростях даже малейшее движение суппорта или малейшее биение может резко сократить срок службы инструмента, шпинделя, сильно повредить качеству детали. Нет ни одного правильного решения суппорта высокоскоростного станка. Сбалансированного или балансируемого, обеспечивающего достаточную прижимную силу и минимальные биения. Вот четыре наиболее распространенных варианта. Это держатели с горячей посадкой, цанговые патроны, гидравлические патроны и адаптеры концевых фрез. Термоусадочная посадка играет важную роль в скоростной металлообработке, поскольку она практически не имеет движущихся частей, что делает держатель простым в балансировке, отметил Джек Берли, вице-президент по продажам и инжинирингу компании-производителя инструмента BIG Kaiser Precision Tooling. Если удалось сделать термопосаженный суппорт точно концентрическим, выполнить много профильного шлифования на внешней стороне, выполнить необходимую работу внутри и приспособить держатель для любых симметричных дисбалансов, можно получить очень повторяемый продукт для балансировки, сказал он.

Джастин Лондон, инженер по продажам компании Briney Tooling Systems, согласился, что держатели горячей посадки являются первым выбором для высокоскоростных приложений. Если рассечь держатель инструмента срединной вертикальной плоскостью от начала до конца, то все, что хотелось бы видеть, это симметрия обеих сторон, такая, что корректировка баланса понадобится минимальная, сказал он. Тем не менее система горячей посадки не лишена недостатков. Это дорого, кроме того, смена инструмента может оказаться громоздким делом.

Некоторые предприятия не могут вернуть первоначальных затрат на суппорты и системы индукционного нагрева, говорит Лондон. А другие хотят менять инструмент в процессе обработки, для чего горячая посадка плохо подходит. Кроме того, у держателей горячей посадки ограничено сокращение после нагрева, добавляет Берли, поэтому соответствующие допуски предполагают определенную степень вмешательства, особенно определенной величины прижимную силу. Если суппорт изготовлен с высоким допуском, а инструмент с низким, вставляя инструмент, вы будете иметь наименьшее количество помех, говорит он.

При высоких скоростях приходится бороться с центробежной силой, которая пытается заставить отверстие расшириться. Когда отверстие становится больше, помех еще меньше, что может привести к проскальзыванию или выскальзыванию инструмента. Многие производители инструментальных суппортов компенсируют это более толстыми наружными стенками, уменьшая влияние допусков на общую эффективность зажимания, отмечает Берли. При высокоскоростной металлообработке альтернативой горячей посадке держателя представляется цанговый патрон.

При смене инструмента при скоростной обработке инструмент должен быть точно соосен держателю. Биения должны быть как можно ближе к нулю, насколько это возможно, говорит Берли. Таким образом, традиционный цанговый патрон, который имеет биение более 0,0254 миллиметра, вызовет возникновение эксцентриситета, который должен быть учтен. Тем не менее патроны Mega Chucks от BIG Kaiser обладают повторяемостью с точностью до менее чем 1 микрон. Это обеспечивается направляющим отверстием в зажимной гайке.

Но в отличие от держателей горячей посадки цанговые патроны имеют движущиеся части, которые могут вызвать нежелательные вибрации. Чтобы избежать этого, BIG Kaiser рекомендует использовать цанги точно под диаметр режущего инструмента. Мегапатроны диаметром от 0,254 до 8,001 миллиметра пригодны для скоростей до 50 тысяч оборотов в минуту, а более крупные, до 19,990 миллиметра в диаметре, для скоростей ближе к 20 тысячам оборотов в минуту, что сопоставимо с возможностями термоусадочных держателей.

Корпорация Rego-Fix Tool Corp. предлагает цанговую систему powRgrip. Инженерно-технический менеджер Дэвид Мак-Генри объясняет, что конусность как цангового зажима, так и суппорта находится в пределах 1:100. Цанговый зажим помещают в держатель и сжимают настольным прессом с силой до 9 тонн. Мы уходим от самоблокирующегося конуса из-за малости угла, а также из-за экстремальных зажимных сил, образуемых напряжениями между цангой, держателем и режущим инструментом, говорит он.

Принцип таков же, как при горячей посадке. Мы используем эластичность материала, чтобы зажать режущий инструмент. Мы просто делаем это в совершенно другом роде. Используя запрессовочную систему, мы можем конструировать инструментальный суппорт всегда эластичным и не повреждающим материал. Это позволяет нашим инструментам служить в течение более чем 20 тысяч циклов. Точность системы powRgrip достигает 3 микрон, что делает возможной чистовую обработку поверхности, а также позволяет увеличить скорость обработки и подачи.

Тем не менее цангово-державочный блок может быть больше в диаметре, чем блок горячей посадки, требуя увеличенного зазора. Здесь в отличие от держателей концевых фрез с боковыми замками усилие зажима определяется растягивающими напряжениями компонентов блока. Но если для того или иного случая высокоскоростной обработки не подходят ни горячая посадка, ни цанговые патроны, нет проблем. Гидравлические патроны являются в высшей степени концентрическими, им свойственны минимальные механические подвижки. Подходят такие патроны для скоростей до 20 тысяч оборотов в минуту.

Кроме того, по информации Джастина Лондона из Briney, для высокоскоростной обработки компания будет иногда использовать свои адаптеры концевых фрез Tru Position с боковыми замками. Уникальность наших адаптеров концевых фрез в том, что, фрезеруя и шлифуя, мы эксцентрично движемся навстречу крепежному винту, говорит он. Как правило, адаптеры концевых фрез концентрично шлифовали в направлении конического хвостовика, и когда вы отвинчиваете боковую блокировку, вы толкаете инструмент от центра. Когда вы будете вращать крепежный блок в шпинделе, вы увидите биение режущего узла от 0,0002 до 0,0006 дюйма. А наши адаптеры концевых фрез держат инструмент в пределах 0,0001 дюйма от центра.