Инструменти, които се използват на CNC струга

​ Струговането с компютърно цифрово програмно управление (CNC) е основен стълб на съвременното производство. Този процес, при който режещ инструмент отнема материал от въртящ се детайл, за да създаде цилиндрични форми, е от решаващо значение във високотехнологични отрасли като космическата, автомобилната и медицинската индустрия. Потенциалът на CNC машините се реализира само с правилния избор и прилагане на най-критичния им компонент: режещия инструмент.

Режещият инструмент е връзката между машината и детайла — точката, в която цифровите инструкции се превръщат във физическа реалност. Информираният избор на материала на инструмента, неговата геометрия и системата за закрепване влияят пряко на всички показатели за ефективност:

• Размерна точност.

• Качество на повърхността.

• Продължителност на производствените цикли.

• Рентабилност и конкурентоспособност на операцията.

Видове инструменти за CNC струг

За да разберем широката гама от налични инструменти, е необходимо да ги класифицираме според функцията, конструкцията и посоката на рязане.

Класификация според операцията на обработка

Тази класификация групира инструментите според конкретната задача, за която са проектирани. Основните операции включват:

• Ножове за надлъжно (цилиндрично) струговане: за намаляване на външния диаметър на детайла.

• Ножове за челно струговане: За обработка на челната повърхност на детайла.

• Разстъргващи ножове: За разширяване или окончателна обработка на вътрешни диаметри.

• Ножове за канали: За създаване на канали или жлебове с определена ширина.

• Отрезни ножове: За отрязване на готовия детайл от заготовката.

• Резбонарезни ножове: За нарязване на вътрешни или външни резби.

• Ножове за фаски: За създаване на скосен ръб.

• Фасонни ножове: Със специфичен профил за създаване на сложни геометрии с един проход.

Класификация според конструкцията

Физическата конструкция на инструмента определя неговата твърдост, цена и модулност.

• Монолитен (цял) тип: Целият инструмент е изработен от едно парче материал (напр. HSS или монолитен твърдосплавен). Осигурява отлична твърдост, но след като режещият ръб се износи, целият инструмент трябва да се смени или преточи.

• Запоен тип: Състои се от връх от твърд материал (напр. твърда сплав), запоен към по-евтино стоманено тяло. Това беше популярно решение преди масовото навлизане на инструментите със сменяеми пластини.

• Със захващане (държач за сменяеми пластини): Това е доминиращата система в съвременната CNC обработка. Състои се от държач за многократна употреба, който затяга сменяема режеща пластина. Когато режещият ръб се износи, пластината се завърта или сменя бързо и икономично.

Класификация според посоката на подаване

„Посоката“ на инструмента (ляв или десен) определя в коя посока може да реже ефективно.

• Десен нож (Right-Hand): Това е най-разпространеният вид, проектиран за обработка с подаване от задното седло (вдясно) към шпинделната глава (вляво).

• Ляв нож (Left-Hand): Проектиран за обратната операция — рязане от шпинделната глава към задното седло.

• Неутрален нож: Няма предпочитана посока на рязане и може да обработва в двете посоки, което е полезно при профилиране и контурна обработка.

Най-използвани материали за режещи инструменти за CNC

Работата на инструмента е неразривно свързана със свойствата на материала на режещия му ръб. Идеалният материал трябва да има оптимално съчетание от твърдост (износоустойчивост) и жилавост (устойчивост на счупване).

• Бързорежещи стомани (HSS): Това са сложни стоманени сплави с по-висока жилавост от другите материали, което им позволява да издържат на удари и прекъснато рязане. Използват се при операции с ниски скорости, на по-малко твърди машини и за меки материали като алуминий или нисковъглеродни стомани.

• Твърди сплави (спечени карбиди): Те са най-универсалните и най-използваните при CNC струговането. Състоят се от твърди частици волфрамов карбид (WC), споени в кобалтова (Co) матрица. Осигуряват отлична твърдост при високи температури и износоустойчивост, което позволява скорости на рязане много по-високи от тези при HSS.

• Кермети и керамика: Керметите предлагат по-висока износоустойчивост от твърдите сплави и осигуряват изключително качество на повърхността, поради което се предпочитат за окончателна обработка с високи скорости. Керамиката — още по-твърда и топлоустойчива — позволява изключително високи скорости на рязане, но е много крехка. Използва се при обработката на сив чугун и закалени стомани.

• Свръхтвърди материали (CBN и PCD):

• Кубичен борен нитрид (CBN): Това е вторият най-твърд известен материал и е изборът за „твърдо струговане“ (обработка на стомани с твърдост над 45 HRC), чугуни и суперсплави.

• Поликристален диамант (PCD): Това е най-твърдият наличен инструментален материал. Предлага ненадмината износоустойчивост. Не е подходящ за обработка на стомани поради химичната си реактивност с желязото. Прилага се основно за цветни метали (алуминий, мед) и силно абразивни материали (композити, подсилени пластмаси).

• Покрития (PVD и CVD): Това са много тънки керамични слоеве, които се нанасят върху основа (обикновено твърда сплав), за да се подобрят повърхностните ѝ свойства, без да се нарушава жилавостта на сърцевината.

• CVD (химическо отлагане от газова фаза): Създава дебели покрития, идеални за грубо обработване с високи скорости на стомани и чугуни.

• PVD (физическо отлагане от газова фаза): Създава по-тънки и гладки покрития, предпочитани за окончателна обработка и за материали, които са склонни да полепват по режещия ръб, като неръждаеми стомани и суперсплави.

Как се избира правилният инструмент за всяка операция

Изборът на оптималния инструмент трябва да следва логичен и систематичен процес, за да се гарантира, че всички критични променливи са взети предвид.

1. Анализ на детайла и материала: Отправната точка винаги е детайлът. Трябва да се определи материалът (стомани, неръждаеми стомани, чугуни и др.), за да се избере сортът (материал и покритие) на пластината. Трябва да се анализират също геометрията, допуските и изискванията към качеството на повърхността.

2. Определяне на операцията: Трябва да се определи видът обработка (цилиндрично струговане, прорязване на канали и др.) и ясно да се разграничат грубата обработка (приоритет е отнемането на материал) и окончателната обработка (приоритет са точността и качеството на повърхността).

3. Избор на геометрията на пластината:

• Ъгъл при върха: Голям ъгъл (напр. 80°) осигурява здрав режещ ръб, идеален за груба обработка, докато малък ъгъл (напр. 35°) дава по-добър достъп при сложни профили.

• Размер на пластината: Трябва да е пропорционален на дълбочината на рязане, за да се гарантира стабилност.

• Радиус при върха (RE): Големият радиус позволява по-големи подавания и дава по-здрав режещ ръб, но може да предизвика вибрации. Малкият радиус намалява вибрациите и позволява по-добро качество на повърхността, но ограничава подаването.

4. Избор на сорта и стружкочупача: Според материала и операцията се избират сортът твърда сплав и покритието (CVD за груба обработка на стомани, PVD за неръждаеми стомани и окончателна обработка). Избира се стружкочупач, който отговаря на диапазона на подаване и дълбочина на рязане, за да се осигури добър контрол на стружката.

5. Избор на държача: Трябва да се избере държач, който осигурява максимална твърдост (възможно най-малко надвесване) и гарантира свободен достъп до зоната на обработка без риск от колизия.

Съвети за правилно използване на инструментите за CNC струг

Правилната употреба и поддръжка са от решаващо значение за оптимизиране на живота на инструмента и ефективността на процеса.

Диагностика и управление на износването на инструмента

Износването е неизбежен процес, който дава ценна информация за обработката. Наблюдението на износването е ключово за предотвратяване на катастрофални повреди. Най-честите видове износване и решенията им са:

• Износване по задната повърхнина: Причинява се главно от твърде висока скорост на рязане. Решението е да се намали скоростта или да се избере по-износоустойчив сорт.

• Кратерно износване: Образуване на кратер по предната повърхнина на инструмента, причинено от високи температури. Решението е да се използва по-дебело покритие (тип CVD) или да се намали скоростта.

• Натрупване по режещия ръб (BUE): Материал от детайла, заварен към режещия ръб — често при ниски скорости. Решението е да се увеличи скоростта на рязане или да се използва по-гладко покритие (тип PVD).

• Изкъртвания/нащърбване: Малки пукнатини по режещия ръб, често поради недостатъчна жилавост или вибрации. Решава се с избор на по-жилав сорт или с намаляване на подаването.

Използване на охлаждащи течности

Смазочно-охлаждащата течност има няколко функции: намалява температурата, смазва, предпазва от корозия и помага за отвеждането на стружката.

• Обилно охлаждане (заливане): Това е традиционният метод, при който се подава голям обем охлаждаща течност при ниско налягане.

• Охлаждане под високо налягане (HPC): Насочва струи охлаждаща течност под високо налягане директно към режещия ръб. Изключително ефективно е за чупене и отвеждане на стружката, като позволява значително увеличаване на режимите на рязане.

Превантивна поддръжка на машината

Лошо поддържаната машина може да предизвика вибрации или неточности, които водят до преждевременно износване на инструмента. Програма за редовна поддръжка, която включва почистване, проверка на смазочните материали, проверка на съосността и калибриране на осите, е от решаващо значение за осигуряване на стабилна и точна платформа, на която инструментите да работят правилно.