Vilka krav ställs på skärverktyg och verktygshållare vid höghastighetsfräsning?

Höghastighetsskärning (HSM) är en viktig teknik som ofta används inom modern frästeknik. Genom att använda HSM-frästeknik kan man inte bara fräsa olika mjuka och hårda material, utan man kan även uppnå utmärkt noggrannhet i arbetsstycket. Den här artikeln introducerar HSM:s krav för skärverktyg och verktygshållare.

1, HSM:s krav på skärande verktyg
1. Geometrisk form
Verktygsvibrationer påverkar direkt ytkvaliteten som erhålls vid bearbetning. Därför är det extremt viktigt att upprätthålla en jämn skärkraft på verktyget under HSM-precisionsbearbetning för att undvika att orsaka verktygsvibrationer.
Inverkan av intilliggande geometriska egenskaper hos skärverktyg på skärkraften:
1) God koncentricitet bidrar till jämn fördelning av lasten på skäreggen;
2) En större överlappning av skäreggar är fördelaktigt för att erhålla enhetliga skärkraftsegenskaper (större spiralvinkel och antal spår);
3) Kort skärlängd är fördelaktigt för att erhålla bättre styvhet (relativt den branta väggen på verktygsmaskinen, axelns diameter reduceras något);
4) Kärnans tvärsnittstillstånd är bäst, och spänningskoncentrationen vid spåret är den minsta.

HSM kan användas för att bearbeta höghållfasta material, vilket innebär att motståndet mot deformation ökar med ökningen av hårdheten hos materialet som ska bearbetas. Ökningen av belastningen på skäreggen kräver en stabil utformning av skäreggens geometriska form. Under skärförhållanden med hög hastighet kommer dock mer friktionsvärme att genereras i det fria området på arbetsstyckets yta, vilket innebär att verktygets släppningsvinkel måste minskas. Därför kan en ökning av skäreggens stabilitet endast uppnås genom att minska lutningsvinkeln. I de fall materialet är mycket hårt och verktygsmaterialet är sprött kan det till och med resultera i negativa vinklar.
Den exakt anpassade radien slipas vid spetsen av skäreggen för att undvika att nå ett glödhett tillstånd eller lokal fraktur på skäreggen vid plötslig uppvärmning.
Om hög precision krävs för formen på arbetsstycket som ska bearbetas, har den sfäriska radien för det använda precisionsbearbetningsverktyget en direkt inverkan på formnoggrannheten hos arbetsstycket som ska bearbetas. Därför är det, som ett grundläggande villkor, mycket viktigt att använda verktyg med mycket strikta radietoleranser (inom mikrometerområdet) i precisionsbearbetningsprocessen av mycket precisa detaljer.

2. Material och beläggningar
Verktygsmaterialet måste vara hårdare än materialet som ska bearbetas. Ju större hårdhetsskillnaden mellan arbetsstyckets material och verktygsmaterialet är, desto mindre slitage på verktyget och desto längre livslängd för verktyget. Eftersom den lokala temperaturen är mycket hög är det också nödvändigt att säkerställa att verktygsmaterialet har antioxidantegenskaper.
De stora termiska belastningsfluktuationerna och kravet på oxidationsbeständighet hos verktygsmaterial kräver slutligen beläggning på finkorniga volframkarbidverktygskroppar.
De beläggningssystem som har prövats och testats, såsom TiN, TiCN och TiAlCN, har snabbt nått sina gränser inom HSM-bearbetning. Därför har ett flerkomponentbeläggningssystem utvecklats, som är baserat på hög aluminiumnitrid och kombinerat med andra element som yttrium, vanadin eller tantal. Genom att använda nanolagerstrukturer, CBN och PKD, kan högre prestanda också uppnås.
2, HSM-krav för verktygshållare
På grund av den höga spindelhastigheten som krävs vid HSM-bearbetning är det bäst att använda HSK-A och HSK-E verktygshållarsystem. På grund av monteringen av knivhållarflänsen på spindelhuvudet har knivhållaren ett tydligt mekaniskt stöd i Z-riktningen, så den kommer inte att dras in i spindeln på grund av ökad centrifugalkraft vid högre hastigheter.

Det grundläggande felet kan ha inträffat under förberedelsestadiet av bearbetningen, vilket gör det omöjligt att uppnå små vibrationer och säker processkontroll. För att uppnå stabil HSM-bearbetning är det avgörande att balansera verktyget och verktygshållaren enligt kraven och kontrollera deras koaxialitet. Det är också nödvändigt att beakta rotationshastighetsgränsen relaterad till den obalanserade massan.

Obalanserade eller okoncentriska roterande verktygssystem kommer att resultera i:
1) Mycket dålig ytkvalitet
2) Mycket låg livslängd
3) Dålig bearbetningsstabilitet och säkerhet
4) Möjlig skada på frässpindeln
Obalansen och avvikelsen från ideal koncentricitet orsakad av plötsliga förändringar under bearbetningen visas tydligt i det schematiska diagrammet nedan:

Ingen avvikelse jämfört med perfekt koncentricitet: mindre teoretisk grovhet

Avvikelse från perfekt koncentricitet: större teoretisk grovhet
Den balanserade massan har en betydande inverkan på hela det roterande systemets dynamiska prestanda.
Obalans motsvarar att ha ett excentriskt föremål som roterar. Detta excentriska föremål kan orsaka centrifugalkraft, som ökar med kvadratvärdet på rotationshastigheten. Detta betyder att centrifugalkraften som orsakas av samma obalans på en spindel med en hastighet på 42000 rpm är 441 gånger den för en spindel med en hastighet på 2000 rpm (212=441). Därför har obalansen hos verktygshållaranordningen vid höghastighetsbearbetning särskilt uppenbara negativa konsekvenser.
Genom att använda verktygsspänntekniken i HSM kan du använda verktygshållaren med följande artiklar:
kasta
Reducerande led
Det rekommenderas inte att använda alternativa system som Weldon-kontakter eftersom de har uppenbara defekter i HSM-bearbetning.

På grund av de utmärkta dämpningsegenskaperna hos verktygshållaren med en chuck, kan den ge bra resultat till den grova bearbetningsprocessen. Därför kan den, tillsammans med den reducerade diametern, uppnå extremt hög styvhet och repeterbarhetsnoggrannhet. Detta är avgörande för att få en perfekt arbetsyta. Användningen av leder med reducerad diameter gör att du kan uppnå mycket exakt koncentricitet (avvikelse mindre än 0.003 mm) och betydande vridmomentöverföring.
Konstruktionsstrukturen för olika verktygshållare med reducerad diameter: överföringen av vridmoment beror på konstruktionsstrukturen hos klämutrustningen; Designstrukturerna kan variera mycket.