الزامات ابزار برش و نگهدارنده ابزار در فرز با سرعت بالا چیست؟

برش با سرعت بالا (HSM) یک فناوری مهم است که به طور گسترده در تکنولوژی فرز مدرن استفاده می شود. با استفاده از تکنولوژی فرز HSM، نه تنها می توان مواد مختلف نرم و سخت را آسیاب کرد، بلکه می توان به دقت قطعه کار عالی نیز دست یافت. این مقاله به معرفی الزامات HSM برای ابزارهای برش و نگهدارنده ابزار می پردازد.

1، الزامات HSM برای ابزارهای برش
1. شکل هندسی
لرزش ابزار به طور مستقیم بر کیفیت سطح به دست آمده در حین ماشین کاری تأثیر می گذارد. بنابراین، حفظ نیروی برشی یکنواخت روی ابزار در حین ماشینکاری دقیق HSM بسیار مهم است تا از ایجاد لرزش ابزار جلوگیری شود.
تأثیر ویژگی های هندسی مجاور ابزارهای برش بر نیروی برش:
1) تمرکز خوب برای توزیع یکنواخت بار روی لبه برش مفید است.
2) همپوشانی بزرگتر لبه های برش برای بدست آوردن ویژگی های نیروی برش یکنواخت (زاویه مارپیچ بزرگتر و تعداد شیارها) مفید است.
3) طول برش کوتاه برای به دست آوردن استحکام بهتر مفید است (نسبت به دیواره شیب دار ماشین ابزار، قطر شفت کمی کاهش می یابد).
4) حالت مقطع هسته بهترین است و غلظت تنش در شیار کوچکترین است.

از HSM می توان برای پردازش مواد با مقاومت بالا استفاده کرد، به این معنی که با افزایش سختی ماده مورد پردازش، مقاومت در برابر تغییر شکل افزایش می یابد. افزایش بار روی لبه برش مستلزم طراحی پایدار شکل هندسی لبه برش است. با این حال، در شرایط برش با سرعت بالا، گرمای اصطکاکی بیشتری در ناحیه آزاد سطح قطعه کار ایجاد می‌شود، به این معنی که زاویه فاصله ابزار باید کاهش یابد. بنابراین افزایش پایداری لبه برش تنها با کاهش زاویه شیب امکان پذیر است. در مواردی که مواد بسیار سخت و مواد ابزار شکننده است، حتی ممکن است منجر به زوایای منفی شود.
شعاع دقیقاً منطبق در نوک لبه برش آسیاب می شود تا از رسیدن به حالت داغ قرمز یا شکستگی موضعی لبه برش در هنگام گرم شدن ناگهانی جلوگیری شود.
اگر دقت بالایی برای شکل قطعه کار مورد نیاز باشد، شعاع کروی ابزار ماشینکاری دقیق مورد استفاده تاثیر مستقیمی بر دقت شکل قطعه کار دارد. بنابراین، به عنوان یک شرط اساسی، استفاده از ابزارهایی با تلرانس شعاع بسیار دقیق (در محدوده میکرومتر) در فرآیند ماشینکاری دقیق قطعات بسیار دقیق بسیار مهم است.

2. مواد و پوشش ها
مواد ابزار باید سخت تر از مواد مورد پردازش باشد. هر چه تفاوت سختی بین مواد قطعه کار و مواد ابزار بیشتر باشد، سایش ابزار کوچکتر و عمر مفید ابزار بیشتر می شود. از آنجایی که دمای محلی بسیار بالا است، همچنین لازم است اطمینان حاصل شود که مواد ابزار دارای خواص آنتی اکسیدانی هستند.
نوسانات بار حرارتی زیاد و نیاز به مقاومت در برابر اکسیداسیون مواد ابزار در نهایت نیاز به پوشش روی بدنه ابزار کاربید تنگستن دانه ریز دارد.
سیستم های پوششی که آزمایش و آزمایش شده اند، مانند TiN، TiCN و TiAlCN، به سرعت به محدودیت های خود در پردازش HSM رسیده اند. بنابراین، یک سیستم پوشش چند جزئی ایجاد شده است که مبتنی بر نیترید آلومینیوم بالا و ترکیب با عناصر دیگری مانند ایتریم، وانادیم یا تانتالم است. با استفاده از ساختارهای لایه‌ای نانو، CBN و PKD می‌توان به عملکرد بالاتری نیز دست یافت.
2، الزامات HSM برای دارندگان ابزار
با توجه به سرعت بالای دوک مورد نیاز در ماشینکاری HSM، بهتر است از سیستم های نگهدارنده ابزار HSK-A و HSK-E استفاده شود. با توجه به نصب فلنج نگهدارنده چاقو بر روی سر دوک، چاقو گیر دارای تکیه گاه مکانیکی واضحی در جهت Z می باشد، بنابراین به دلیل افزایش نیروی گریز از مرکز در سرعت های بالاتر به داخل دوک کشیده نمی شود.

خطای اساسی ممکن است در مرحله آماده سازی پردازش رخ داده باشد و دستیابی به ارتعاشات کوچک و کنترل ایمن فرآیند را غیرممکن کند. برای دستیابی به ماشینکاری HSM پایدار، تعادل ابزار و دستگاه نگهدارنده ابزار با توجه به الزامات و بررسی هم محوری آنها بسیار مهم است. همچنین لازم است حد سرعت چرخشی مربوط به جرم نامتعادل در نظر گرفته شود.

سیستم های ابزار چرخان نامتعادل یا غیر متحدالمرکز منجر به موارد زیر می شود:
1) کیفیت سطح بسیار ضعیف
2) عمر ابزار بسیار کم
3) ثبات و ایمنی پردازش ضعیف
4) آسیب احتمالی به دوک فرز
عدم تعادل و انحراف از تمرکز ایده آل ناشی از تغییرات ناگهانی در طول پردازش به وضوح در نمودار شماتیک زیر نشان داده شده است:

بدون انحراف در مقایسه با تمرکز کامل: زبری نظری کوچکتر

انحراف از تمرکز کامل: زبری نظری بزرگتر
جرم متعادل تأثیر قابل توجهی بر عملکرد دینامیکی کل سیستم دوار دارد.
عدم تعادل معادل چرخش یک جسم غیرعادی است. این جسم خارج از مرکز می تواند نیروی گریز از مرکز ایجاد کند که با مقدار مربع سرعت چرخش افزایش می یابد. این بدان معناست که نیروی گریز از مرکز ناشی از عدم تعادل یکسان روی یک دوک با سرعت 42000 دور در دقیقه، 441 برابر دوک با سرعت 2000 دور در دقیقه است (212=441). بنابراین، عدم تعادل دستگاه نگهدارنده ابزار در ماشینکاری با سرعت بالا، عواقب نامطلوب خاصی دارد.
با استفاده از تکنولوژی بستن ابزار در HSM می توانید از نگهدارنده ابزار با موارد زیر استفاده کنید:
دور انداختن
کاهش دهنده مفصل
استفاده از سیستم های جایگزین مانند کانکتورهای Weldon توصیه نمی شود زیرا دارای نقص های آشکار در پردازش HSM هستند.

با توجه به ویژگی های میرایی عالی نگهدارنده ابزار با یک چاک، می تواند نتایج خوبی را برای فرآیند ماشینکاری خشن به ارمغان آورد. بنابراین، همراه با اتصال قطر کاهش یافته، می تواند صلبیت و دقت تکرارپذیری بسیار بالایی را به دست آورد. این برای به دست آوردن یک سطح کامل قطعه کار بسیار مهم است. استفاده از اتصالات با قطر کاهش یافته به شما امکان می دهد به تمرکز بسیار دقیق (انحراف کمتر از 0.003 میلی متر) و انتقال گشتاور قابل توجهی دست یابید.
ساختار طراحی انواع نگهدارنده ابزار با قطر کاهش یافته: انتقال گشتاور به ساختار طراحی تجهیزات گیره بستگی دارد. ساختارهای طراحی ممکن است بسیار متفاوت باشد.