Завдяки конструктивному удосконаленню металорізальних верстатів та розвитку технології обробки деталей швидкість обертання шпінделя може сягати 60 000 об./хв, а швидкість подачі — ЗО м/хв. Це дає змогу реалізувати високошвидкісну обробку, теоретичні основи якої були відомі фахівцям давно. Експериментально встановлено, що зі збільшенням швидкості різання температура в зоні різання спочатку зростає, досягає максимального значення, а потім, з подальшим підвищенням швидкості різання, на деякому відрізку швидкостей поступово знижується і через певний інтервал знову зростає (рис. 2.42).

Це пояснюється зменшенням кількості тепла, яке встигає зі стружки перейти в деталь та інструмент.

Водночас падає крутильний момент або потужність різання, зменшуються сили різання. Тобто існує область високих швидкостей обробки, де різання відбувається у сприятливіших умовах порівняно з рекомендованими режимами. Оскільки при цьому зменшується навантаження на інструмент, різальна крайка зберігає свої параметри довше, якість обробки поверхні зростає, підвищуються стійкість інструмента і продуктивність обробки. Зменшення кількості тепла, що попадає в оброблювану деталь, дає змогу обробляти гартовані поверхні без загрози зниження їх твердості через відпускання поверхневого шару.

Поки що ця область швидкостей різання для кожного інструмента і оброблюваного матеріалу визначається експериментально.

Робота з високою швидкістю різання ставить свої умови до програмування траєкторії руху інструмента на верстаті з ЧПК і розподілу припуску між проходами. Співвідношення подач при ВШО значно менше, ніж за звичайного фрезерування. Траєкторія робочого руху має бути плавною, без різких змін напрямку і швидкості подачі. У зв’язку з цим лінійні переміщення часто замінюються на петлеподібні. Врізання в метал виконують не вертикальною подачею по Z, а по спіралі або під невеликим кутом. Ці прийоми роб

лять стабільнішими умови різання, зменшують навантаження на інструмент і небезпеку його поломки.

Оскільки складова сили різання по Z не міняється, то ВШО поки що застосовують, в основному, для чистових операцій. Рекомендована глибина різання — не більше 10 % від довжини робочої частини фрези. Замість свердління доцільно, по можливості, використовувати розфрезеровуван-ня по спіралі (див. гвинтову інтерполяцію).

Обладнання з ЧПК, на якому виконується ВШО, має відповідати вимогам:

— частота обертання шпінделя до 15 000 об./хв і подача — не менше 15 000 мм/хв;

— механізми верстата повинні встигати за програмою, оперативно змінюючи швидкість і напрям подачі;

— верстат конструктивно має бути настільки жорстким, щоб не викликати вібрації на високих швидкостях;

— застосовуваний патрон має бути ідеально відбалансо-ваним, найменший дисбаланс зумовить биття, вкрай небезпечне у таких випадках;

— виліт інструмента має бути мінімально можливим;

— верстати з можливістю ВШО повинні мати механізм швидкого постійного видалення стружки;

— при ВШО рекомендується попутне фрезерування для отримання кратних результатів щодо шорсткості поверхні, швидшого відведення стружки, підвищення стійкості фрези;

— стійкість фрези збільшується при охолодженні обду-вом. У разі застосування охолоджувальної рідини стійкість різального інструмента нижча, ніж за її відсутності. Це пояснюється циклічним температурним навантаженням різальної крайки, в результаті чого вона викришується.

Обмежувачем швидкості при ВШО виступає різальний і допоміжний інструмент. Для покращання показників на поверхню різального інструменту наносять спеціальні зносостійкі покриття, підвищують вимоги до биття допоміжних інструментів (за даними різних досліджень, залежність стійкості інструменту від биття практично лінійна). З огляду на це, спеціально для високошвидкісної обробки спроектовано і стандартизовано ISO конуси HSK, призначені для більш жорсткого кріплення інструменту:

Умови їх застосування:

для силового шпінделя потужністю 45 кВт — частота обертання 15 000 об./хв, конус ISO 50, діаметр 100 мм;

для середнього шпінделя потужністю 20 кВт — частота обертання 24 000 об./хв, конус ISO 40, діаметр 70 мм;

для швидкісного шпінделя потужністю 12 кВт — частота обертання 40 000 об./хв, конус ISO ЗО, діаметр 45 мм.

Щоб забезпечити відповідність режимам і умовам різання ВШО, робочі органи верстата налагоджують на виконання значно більших і швидших переміщень, обсяг керуючої програми зростає і може перевищувати обсяг звичайної в десятки, а то й сотні разів. Система ЧПК повинна встигати відпрацьовувати кадри і мати достатній програмний буфер для підготовки наступних переміщень, має «дивитися вперед» зі швидкістю 100-200 кадрів у секунду, щоб встигнути зробити розрахунки для гальмування при підході до вершини кута і розгону після повороту. Деякі фірми («Power Mill») під час програмування обходу кутів, виконуючи подібні розрахунки, орієнтуються на досвід гонщиків при обході віражу. Якщо пам’яті системи недостатньо, користуються DNC-режимом, який забезпечує роботу верстата від комп’ютера через пристрій ЧПК. При цьому ставляться особливі вимоги до персонального комп’ютера щодо швидкодії та надійності комунікаційного забезпечення.

З огляду на викладене, чорнову обробку виконують із дотриманням звичайних режимів, крім випадків гартованої поверхні, а ВШО застосовують для фінішної обробки.

Менші крок подач та глибина фрезерування за великих обертів шпінделя, крім підвищення точності і зменшення трудомісткості обробки, істотно покращують якість поверхні. Це дозволяє уникнути ручної доводки для деталей зі складними поверхнями, такими, наприклад, як прес-форми. Використання інструментів малого діаметра дає змогу обробити дрібні елементи поверхні, гострі внутрішні кути й йод.

Прикладом високошвидкісної обробки може бути охоплююче фрезерування гартованих ходових гвинтів спеціальною фрезою, різальні елементи якої розташовані на внутрішній стороні корпусу. Щоб уникнути спотворення про-

філю різьби, корпус розташований на супорті, який має змогу повертатися на кут підйому гвинтової лінії. Зона різання — у вертикальній осьовій площині виробу зверху. Подача на врізання — зверху вниз. Різальний матеріал фрези — кубічний нітрид бору (кубоніт, ельбор, CNB). Оберти фрези розраховуються виходячи зі швидкості різання до 200 м/хв і подачі на зуб, залежно від твердості й марки оброблюваного матеріалу, в межах 0,03-^0,08 мм. Від подачі на зуб розраховуються оберти шпінделя виробу і поздовжня швидкість руху супорта з фрезою.

Операція використовується в реальному виробництві на машинобудівних заводах.

Це матеріал з підручника "Основи обробки та програмування на верстатах з числовим програмним керуванням" Онофрейчук 2019