Трохоидальное фрезерование – эффективный метод обработки металла

Обеспечение высочайшего качества изготавливаемых элементов, повышение эффективности или необходимость использования новых типов материалов – это лишь некоторые из наиболее важных факторов, которые вызывают постоянную эволюцию процессов обработки металла.

Эта эволюция происходит за счет внедрения все новых и новых инструментов (как по используемому материалу, так и по их геометрии), развитию конструкции и функциональных возможностей станков, а также за счет изменения самих процессов.

Примером последней тенденции является большое количество различных методов, например, процесса фрезеровки, среди которых все большую популярность приобретает трохоидальное фрезерование.

Хотя трохоидальное фрезерование не является новым методом обработки (его зарождение относится к 1980-м годам), в начальный период своего существования оно не пользовалось большой популярностью из-за многочисленных технологических ограничений.

Прежде всего потому, что станки того времени отличались слаборазвитыми системами управления, малой встроенной памятью и низкой скоростью резания. Высокая степень сложности этого метода фрезерования потребовала создания обширного программного обеспечения, а компьютерное моделирование в те времена не представлялось возможным.

Изменения принесло только развитие, помимо самих станков, систем CAD / CAM. Современные компьютерные системы позволяют быстрее и проще генерировать необходимые коды, а также моделировать процессы и полностью контролировать ход трохоидального фрезерования.

Что такое трохоидальное фрезерование?

Трохоидальная резка (TPC), также называемая центрифугированием, относится к так называемому методы высокоскоростного фрезерования. В процессе фрезерования инструмент одновременно совершает круговые и поступательные движения.

Свое название он получил от формы траектории движения инструмента (трохоиды), являющейся результатом перекрытия упомянутых выше поступательных и орбитальных движений.

Характерной особенностью этого вида фрезерования является гораздо меньший угол охвата по сравнению с обычным фрезерованием (ниже 60°). Это приводит к снижению силы резания (до 70%) при обработке, меньшему выделению тепла и одновременно лучшим условиям охлаждения инструмента (фаза работы лезвия короче, чем фаза пребывания лезвия вне обрабатываемого материала). Все это приводит к увеличению срока службы фрезы.

Еще одной особенностью трохоидального фрезерования является меньшая радиальная глубина резания при большей осевой глубине. Результатом является применение специальных трохоидальных фрез диаметром меньше традиционных (в два раза меньше диаметра обрабатываемого паза). При этом в обработке участвует вся режущая кромка инструмента, что также приводит к более равномерному распределению тепла, чем в случае обычных фрезерных инструментов.

В рамках трохоидального фрезерования можно выделить два отдельных подвида этого процесса – статический и динамический. В случае статического фрезерования фрезерный инструмент движется по заранее запланированной трохоидальной траектории в соответствии с введенным кодом.

В свою очередь, динамическое трохоидальное фрезерование отличается тем, что работа режущего инструмента оптимально адаптирована к задаче обработки. Благодаря этому фрезерный станок способен одновременно снимать с заготовки большее количество материала.

Более быстрое фрезерование и меньший износ инструмента

Растущая популярность трохоидального фрезерования, упомянутая в начале, обусловлена ​​многочисленными практическими преимуществами, подтверждающими использование этого метода. Однако на первый план выходит более высокая эффективность, обусловленная как минимум несколькими факторами.

Программные системы CAM позволяют поддерживать постоянный угол охвата (меньший, чем при традиционных методах фрезерования), что приводит к снижению нагрузки на инструмент и возможности достижения более высоких скоростей обработки. Повышенная скорость фрезерования обусловлена ​​также большей осевой глубиной процесса резания и, следовательно, использованием всей длины рабочей части инструмента.

Поскольку при трохоидальном фрезеровании диаметр инструмента меньше ширины паза, одним инструментом можно изготавливать пазы разных размеров. Это экономит время, необходимое для замены инструмента, а также место в инструментальном магазине станка. Диаметр инструмента, меньший ширины паза, также облегчает удаление стружки, что предотвращает ее повторное нарезание.

Еще одним преимуществом трохоидального фрезерования является высокая стабильность процесса, обусловленная воздействием меньших сил резания. В результате проявление вибраций значительно ниже, что позволяет обрабатывать хрупкие материалы. Меньшие силы резания также означают меньшие энергозатраты и в то же время возможность использования в процессе обрабатывающих станков с меньшей мощностью.

Меньший угол обхвата также означает лучшие возможности охлаждения инструмента, рабочая часть которого меньше времени находится в фазе резания. Большая длина инструмента, участвующего в фрезеровании, в свою очередь, означает лучшее распределение тепловой нагрузки, а также смещение результирующей силы резания ближе к центру инструмента – и, следовательно, более равномерное распределение износа.

В результате трохоидальные фрезы имеют более длительный срок службы, чем обычные фрезы. Кроме того, среди прочих преимуществ, благодаря более эффективному отводу тепла в процессе трохоидального фрезерования отсутствует необходимость использования охлаждающих и смазочных жидкостей.

Трохоидальное фрезерование – ограничения

Многочисленные преимущества этого метода фрезерования вызывают повышенный интерес, хотя необходимо упомянуть и о существующих ограничениях. Во-первых, это сложный метод и без специализированного CAM-программного обеспечения невозможно задать оптимальные параметры процесса резания (траекторию движения инструмента, переменный режим подачи). Также важно подобрать подходящий диаметр инструмента, который должен соответствовать ширине паза.

Еще одна задача – поддерживать как можно более постоянную толщину стружки . Изменение её толщины может привести к снижению качества обработки, ухудшению параметров (в том числе скорости подачи), ускоренному износу инструмента.

Для чего нужны трохоидальные фрезерные станки?

Метод трохоидального фрезерования можно использовать для самых разных задач, но его основной целью, по-видимому, является фрезерование глубоких пазов и карманов. В применении трохоидальный метод ясно демонстрирует свои преимущества перед традиционным фрезерованием – гораздо большая глубина осевого резания и более высокая скорость подачи позволяют снимать больше материала с заготовки.

Трохоидальное фрезерование, даже при использовании станка с несколько меньшей мощностью шпинделя, может обеспечить гораздо большую эффективность, чем традиционные методы фрезерования. В зависимости от обрабатываемого материала и других параметров это позволяет сократить время фрезерования до нескольких десятков процентов и одновременно продлить срок службы режущего инструмента в 2-3 раза.

Несомненно, трохоидальное фрезерование — это метод, который будет продолжать развиваться и становиться все более популярным в ближайшие годы. Особенно в области обработки различных видов металлов с повышенной твердостью.