Что лучше – высокоскоростная обработка (HSM) или высокопроизводительная обработка (HEM)?

Увеличение скорости процессов обработки не обязательно должно быть лучшим способом повышения производительности.

В зависимости от различных факторов высокопроизводительная обработка (конкурирующая с высокоскоростной обработкой) может оказаться намного лучше в долгосрочной перспективе. Поэтому стоит задуматься, будет ли в конкретном процессе выгодно увеличение скорости или следует сосредоточиться на повышении эффективности.

Высокоскоростная и высокопроизводительная обработка являются относительно новыми стратегиями резки металла. Они набирают популярность благодаря новым возможностям станков и программ CAD/CAM (более точное определение траектории движения инструмента, лучшая настройка скорости и изменение траектории подачи).

Их общая цель — быстрее удалить срезанный материал, тем самым увеличивая общую производительность. Таким образом, это очень похожие концепции обработки, поэтому их часто путают друг с другом, а названия часто используются как синонимы. Однако на практике они различаются во многих деталях и требуют другого подхода и других решений, используемых в процессах обработки металла.

Высокоскоростная обработка

Высокоскоростная обработка (HSM) характеризуется прежде всего высокой скоростью шпинделя и/или высокой скоростью подачи материала или движения инструмента. При обработке HSM используется гораздо меньшая глубина реза.

По мере развития станков изменяются и их технологические параметры. Некоторое время назад значение 10 000 об/мин считалось высокой частотой вращения главного привода. Сегодня все большее распространение получают приводы со скоростью несколько десятков тысяч об/мин.

Кроме того, полученную скорость резания трудно четко определить. Высокой можно считать скорость резания, превышающую, например, 1000 м/мин. Однако в случае труднообрабатываемых материалов высокие скорости — это несколько сотен м/мин.

Станки и инструменты HSM

Для высокоскоростной обработки необходимо использовать соответствующие станки и режущий инструмент. Станки, помимо соответствующих кинематических параметров (частота вращения, подача, ускорение), должны характеризоваться достаточно высокой жесткостью корпуса, прочным шпинделем (который будет надежен при высоких скоростях вращения), а также высокой динамикой привода и блока управления.

Режущие инструменты, используемые для обработки HSM, должны отличаться высокой твердостью режущего полотна. При этом высокая жесткость должна защищать инструмент от динамических нагрузок, а устойчивость к высоким температурам – от чрезмерного истирания.

При обработке HSM используются как монолитные фрезы, так и складные инструменты (большего диаметра). Чаще всего мы имеем дело с инструментами из мелкозернистых спеченных карбидов, хотя можно встретить и инструменты из спеченной керамики или нитрида бора.

Для улучшения режущих свойств и долговечности инструментов их часто покрывают дополнительными покрытиями (которые должны соответствовать как основному материалу, так и улучшаемым свойствам).

При обработке HSM также важна правильная балансировка державки и инструмента. Без него качество процесса обработки может быть значительно ниже, инструменты быстрее изнашиваются, а весь процесс дестабилизируется.

Высокоэффективная обработка

Высокоэффективная обработка (HEM) — это стратегия обработки, которую также можно выполнять на высоких скоростях, поэтому существует возможность путаницы с обработкой HSM, упомянутой в начале. Однако в случае высокопроизводительной обработки решающее значение имеет не скорость снятия материала с обрабатываемой детали, а максимальное использование величины подачи и полного потенциала инструмента. Вот почему в процессе резания каждая режущая кромка удаляет стружку постоянной толщины.

При HEM-обработке мы имеем дело с большей глубиной резания, и в то же время с меньшей радиальной глубиной резания. Радиальное погружение колеблется от нескольких процентов (например, для закаленной стали или титана) до нескольких десятков (например, для алюминия).

Результатом является использование в процессе фрезерования гораздо большей поверхности инструмента, чем при обычном резании, а также его равномерный износ.

Низкое значение глубины реза приводит к более короткому времени контакта режущей кромки с обрабатываемым материалом и, следовательно, к лучшему отводу тепла вместе с удаляемой стружкой. Это снижает риск повреждения инструмента или его быстрого износа.

В течение всего процесса основные параметры резания постоянно изменяются, чтобы обеспечить постоянную нагрузку на инструмент и оптимальное удаление стружки. В этом элементе обработка HEM отличается от HSM, в которой параметры в процессе процесса не изменяются.

Инструменты для обработки HEM

В высокопроизводительной механической обработке важен не сам инструмент, а прежде всего его траектория. Теоретически для обработки HEM можно использовать практически любой режущий инструмент. Однако наилучшие результаты будут достигнуты при использовании специализированных средств, специально предназначенных для этой цели.

Как правило, это метод обработки, в котором используются фрезы относительно большого диаметра. Однако теоретически эту стратегию можно использовать и с фрезами меньшего размера (диаметром менее 3 мм).

Форма и геометрия режущего инструмента также могут быть различными. В зависимости от количества лопастей фрезы могут иметь редкий, нормальный или плотный шаг. Многое зависит от обрабатываемого материала и типа образующейся стружки.

Высокопроизводительную обработку можно выполнить практически на любом станке с ЧПУ. Все, что будет нужно: современное программное обеспечение CAM, которое будет интеллектуально управлять загрузкой инструмента (например, путем настройки параметров глубины реза), а также достаточно быстрый контроллер и процессор ЧПУ, которые обеспечат достаточно быстрое выполнение последующих операций.

Что же выбрать – HSM или HEM?

Стратегия высокоскоростной обработки обеспечивает благоприятные тепловые условия, низкие силы резания и эффективные траектории движения инструмента. Это также приводит к сокращению времени производства, что также означает снижение затрат.

К его преимуществам также относится получение высококачественной поверхности, поэтому обработку HSM часто включают в группу чистовой обработки. В большинстве случаев после обработки HSM больше нет необходимости в других дорогостоящих процессах отделки.

В свою очередь, к важнейшим преимуществам HEM-обработки относится более эффективное использование потенциала режущего инструмента. Это приводит к равномерному износу и увеличению срока службы, что снижает производственные затраты.

Как правило, обработку HEM стоит использовать, когда нужна высокая эффективность процесса и меньший износ инструмента, чем при обработке HSM. Несмотря на более низкую скорость шпинделя и меньшую и регулируемую подачу, фрезерование HEM также может обеспечить короткое время резания.

Это результат большей глубины резания по сравнению с другими методами фрезерования. HEM-обработка дает наибольшие преимущества при резке изделий с большим объемом материала.

Оптимизированная траектория инструмента при HEM-обработке (меньше проходов и циклов) означает вышеупомянутый меньший износ инструмента (фреза проходит значительно меньшее расстояние, чем при HSM-обработке), а также более короткое время обработки и меньший износ станка.

Оптимизация подачи приводит к обработке с практически постоянной силой резания. Что также важно, обработка HEM может выполняться на станке, который не соответствует требованиям к обработке HSM.