Черновая обработка на станках с ЧПУ: практическое руководство по обработке деталей

В мире обработки на станках с ЧПУ процесс превращения необработанного блока материала в готовую деталь — это не один монолитный шаг. Это тщательно спланированная последовательность операций, и первый, самый важный этап — это черновая обработка. Часто понимаемая как грубый подход, черновая обработка является стратегической и жизненно важной частью процесса обработки, которая закладывает основу для всего, что следует за ней.

Черновая обработка, также известная как грубая обработка, является начальным этапом удаления материала. Ее основная цель — удалить большое количество материала из необработанной заготовки как можно быстрее и эффективнее, придав детали форму, близкую к конечной. Эта операция характеризуется высокой скоростью удаления материала, глубокими резами и высокой скоростью подачи. Цель состоит не в достижении мелких деталей или гладкой поверхности, а в удалении основного материала, оставляя небольшой, равномерный слой припуска для последующих чистовых операций.

Стратегическая важность черновой обработки

Представьте себе черновую обработку как лепку статуи. Вы не начинаете с резца, чтобы создать нос или глаз. Вы начинаете с кувалды, чтобы отбить большие куски камня, придав блоку грубую форму человека. Только после этого вы переходите к более тонким инструментам, чтобы создать детали. В обработке на станках с ЧПУ это именно то, что выполняет черновая обработка.

• Экономит время и деньги: Агрессивно удаляя материал, вы значительно сокращаете общее время цикла для детали. Чистовые операции, требующие меньшей скорости и более легких резов, могут занять много времени, чтобы удалить даже небольшое количество материала. Правильно выполненный проход черновой обработки может удалить 90% материала за долю времени, которое потребуется для выполнения той же работы чистовым проходом.

• Продлевает срок службы инструмента: Черновая обработка использует другие инструменты и параметры резания, чем чистовая обработка. Используя специальные инструменты для черновой обработки, предназначенные для тяжелой резки, вы защищаете свои более дорогие, деликатные чистовые инструменты от чрезмерного износа. Инструмент для черновой обработки рассчитан на работу с нагревом и усилиями при удалении большого количества материала, в то время как чистовой инструмент предназначен для точности и качества поверхности.

• Снижает напряжение заготовки: Удаление большого количества материала из детали может вызвать внутренние напряжения, которые могут привести к деформации или искривлению детали. Оставляя постоянное, небольшое количество припуска — часто называемого «припуском на чистовую обработку» — чистовые проходы могут затем равномерно удалить этот материал, снижая риск деформации и обеспечивая точность конечных размеров.

Ключевые факторы черновой обработки: практический подход

Чтобы эффективно обрабатывать детали путем черновой обработки, необходимо учитывать несколько критических факторов, которые управляют процессом.

• Выбор инструмента: Правильный инструмент — это все в черновой обработке. Обычно используются инструменты с меньшим количеством зубьев и более прочной геометрией, такие как черновая концевая фреза (часто называемая «кукурузным початком» или «стружколом») или высокопроизводительная твердосплавная концевая фреза. Эти инструменты предназначены для эффективного удаления больших стружек и выдерживания значительных усилий резания. Выбор материала инструмента также имеет решающее значение, твердый сплав является популярным выбором из-за его термостойкости и твердости.

• Параметры резания (скорость и подача): Именно здесь черновая обработка действительно выделяется. В отличие от чистовой обработки, где скорости ниже, а подачи легче, черновая обработка использует сочетание высоких скоростей и высокой скорости подачи. Цель состоит в том, чтобы максимизировать скорость удаления материала (MRR).

  • Глубина резания (DOC): Это ключевой параметр. При черновой обработке DOC обычно очень большая, часто значительный процент от диаметра инструмента. Это позволяет быстро удалять материал за один проход.

  • Скорость подачи: Скорость подачи, или скорость перемещения инструмента по материалу, также намного выше при черновой обработке.

  • Скорость шпинделя: Скорость шпинделя (об/мин) будет зависеть от диаметра инструмента и обрабатываемого материала. Общее правило — поддерживать скорость поверхности достаточно высокой для эффективной резки, но не настолько высокой, чтобы она генерировала чрезмерное тепло, которое может повредить инструмент или заготовку.

• Охлаждающая жидкость и удаление стружки: Черновая обработка генерирует значительное количество тепла и стружки. Правильное применение охлаждающей жидкости необходимо для предотвращения перегрева инструмента и смазки зоны резания. Охлаждающая жидкость также помогает смывать стружку, что является основной проблемой при черновой обработке. Если стружка не удаляется эффективно, она может быть повторно разрезана, что приведет к износу инструмента, плохой чистоте поверхности и даже поломке инструмента.

• Стратегия траектории инструмента: Современное программное обеспечение для станков с ЧПУ предлагает передовые стратегии траектории инструмента, которые оптимизируют черновую обработку. Такие методы, как высокоэффективное фрезерование (HEM), трохоидальное фрезерование и адаптивное удаление материала, предназначены для поддержания постоянной нагрузки на инструмент за счет изменения ширины реза. Это позволяет выполнять более глубокие резы и более высокую скорость подачи, значительно увеличивая MRR и продлевая срок службы инструмента. Вместо прямолинейных проходов эти траектории инструмента используют серию плавных, контролируемых дуг, которые поддерживают постоянные усилия резания.

Процесс черновой обработки: пошаговый пример

Представьте, что вы обрабатываете простой кронштейн из цельного блока алюминия.

1. Первоначальная настройка: Вы закрепляете алюминиевый блок в тисках и устанавливаете ноль детали.

2. Выбор инструмента для черновой обработки: Вы выбираете твердосплавную черновую концевую фрезу диаметром 1/2 дюйма.

3. Создание траектории инструмента: Используя CAM-программу, вы создаете траекторию черновой обработки. Программное обеспечение сгенерирует серию резов для удаления основной части материала, оставляя равномерный припуск на чистовую обработку 0,020 дюйма на всех поверхностях.

4. Параметры резания: Вы устанавливаете скорость шпинделя, скорость подачи и глубину резания в зависимости от инструмента и материала. Для алюминия это может быть скорость шпинделя 8000 об/мин, скорость подачи 50 дюймов в минуту и глубина резания 0,300 дюйма.

5. Выполнение: Станок с ЧПУ выполняет программу черновой обработки. Вы увидите большие, текучие стружки, создаваемые по мере того, как станок агрессивно удаляет материал, придавая детали приблизительную форму.

6. Промежуточная проверка: После завершения черновой обработки вы можете выполнить быструю проверку размеров, чтобы убедиться, что черновая обработка прошла успешно и что осталось достаточно материала для чистовых проходов.

7. Замена инструмента: Затем инструмент для черновой обработки заменяется чистовым инструментом, таким как высококачественная 3-зубчатая концевая фреза.

8. Чистовая обработка: Затем выполняются чистовые проходы. Эти проходы будут иметь небольшую глубину резания и меньшую скорость подачи для достижения конечных размеров и гладкой поверхности.

Черновая обработка — это больше, чем просто удаление материала; это основа успешного процесса обработки. Хорошо спланированная и выполненная стратегия черновой обработки не только экономит время и деньги, но и защищает ваши инструменты и гарантирует, что конечная деталь будет изготовлена в соответствии с высочайшими стандартами.