Стратегии обработки и выбор инструмента: черновая и чистовая, 3+2, токарные циклы, отверстия, резьбы

С чего начинается выбор

Технолог идёт от детали, а не от любимой стратегии CAM. Для каждого элемента — плоскости, кармана, паза, отверстия, резьбы, ступени вала — отвечают на три вопроса: какой инструмент вообще может его сделать, как снять основной объём и как получить размер.

Инструмент выбирают по одному порядку:

1. Операция. Плоскость — торцевая фреза, уступ, карман, контур, закрытый паз — концевая, длинный открытый паз — дисковая.
2. Группа материала ISO (P, M, K, N, S, H) — серия, рассчитанная именно на неё.
3. Конструкция. Малый диаметр, точный контур, карман — монолитная твердосплавная фреза. Большой диаметр и черновой съём — корпус со сменными пластинами.
4. Число зубьев и шаг. Нестабильное закрепление, большой вылет, длинная стружка — меньше зубьев и крупный шаг. Жёсткая система и малая ширина резания — больше зубьев.
5. Вылет — минимально возможный: каждая лишняя длина снижает жёсткость и допустимые режимы.

Основы — какие бывают фрезы и пластины — в уроке «Инструмент и закрепление» курса оператора. Здесь — как из этого собрать стратегию.

Черновая выборка: адаптивная и трохоида

При обычной выборке эквидистантами фреза в углах и на врезании работает почти полным диаметром. Нагрузка на зуб скачет, и режимы приходится снижать под худший участок на всей траектории.

Адаптивная (динамическая) стратегия CAM строит путь по остатку материала так, чтобы угол контакта не рос в углах. Фреза снимает узкую полосу ae на большую глубину ap. По рекомендациям производителя инструмента это даёт малую радиальную силу, один зуб в резании, меньше вибраций и нагрева, работу всей длины кромки. Изначально такие методы разрабатывали для закалённых сталей (ISO H) и жаропрочных сплавов (ISO S).

Трохоида — круговое движение с шагом вперёд, прежде всего для пазов. Ориентиры производителя инструмента:

Малая ширина резания включает утонение стружки, поэтому подачу на зуб пересчитывают — как, разобрано в уроке 6. И проверьте станок: траектория состоит из тысяч коротких кадров. Если не включён режим высокоскоростной обработки с просмотром вперёд (CYCLE832 у Sinumerik, цикл 32 TOLERANCE у Heidenhain, сплайновая интерполяция у Fanuc), фактическая подача проседает и выигрыш пропадает.

Пазы и карманы: врезание и углы

Паз фрезой по ширине быстрее, но ширину задают фактический диаметр, биение и отжим фрезы, а стенки выходят разными: одна попутная, другая встречная. Под точный паз берут фрезу меньше: середину выбирают, каждую стенку доводят попутно с коррекцией на радиус. Износ тогда компенсируют правкой коррекции.

Прямое врезание по оси — тяжёлый режим даже для фрезы с кромкой через центр. Производитель инструмента считает спираль первым выбором: радиальная нагрузка меньше, фреза режет попутно, стружка выходит лучше. Линейную рампу оставляют для узких пазов меньше 30 мм и снижают на ней подачу до 75 %. Наибольший угол рампы — из каталога серии. Если фреза не режет центром — врезание через отверстие.

Угол кармана. При входе в угол дуга контакта резко растёт. Худший случай — радиус угла, равный радиусу фрезы. Чистовая фреза — D ≤ 1,5 · R: для R = 6 мм это фреза до 9 мм, то есть 8 мм. Черновую ведут фрезой побольше, а угол дорабатывают меньшей по дуге.

Глубина. При полном пазе глубину уменьшают примерно до 70 % длины кромки. Стружку из паза выдувают воздухом или вымывают СОЖ через шпиндель.

Чистовые проходы

Чистовой проход ведут попутно везде, где позволяют станок и деталь: зуб входит с толстой стружкой и выходит с тонкой, кромка греется меньше. Условие — привод подачи без люфта, иначе фреза затягивает заготовку и подача на зуб скачком растёт вплоть до скола кромки. Стенки доводят отдельным проходом с малой шириной резания и равномерным припуском.

Тонкую стенку производитель инструмента советует вести малыми ap и ae на высокой скорости, оставляя на чистовую 0,2–1,0 мм с каждой стороны. При отношении высоты к толщине от 15 : 1 до 30 : 1 стороны чередуют по уровням, чтобы стенку поддерживал ещё не снятый металл; выше 30 : 1 стенку доводят ступенями сверху вниз.

3+2 или непрерывная 5-осевая

Что такое 3+2 и зачем оно маршруту — в уроке 3. Здесь — как выбрать между ним и непрерывной обработкой. В 3+2 плоскость задают G68.2 + G53.1 у Fanuc, CYCLE800 у Sinumerik, PLANE SPATIAL у Heidenhain, а программа внутри — обычная трёхосевая. Непрерывная — все пять осей интерполируются в резании, нужен TCP (G43.4, TRAORI, M128), который держит вершину инструмента на траектории.

Правило: если поверхность можно обработать трёхосевой траекторией из нескольких фиксированных положений — берите 3+2. Программа проще и проверяется легче. Выгоды обоих способов — короче инструмент (при вылете больше 4 диаметров склонность к вибрациям заметно растёт) и меньше установов. Главный риск — столкновения, поэтому симуляция с моделью станка обязательна.

Токарные циклы

На токарном станке черновую стратегию задаёт цикл. Коды ниже — по Fanuc и совместимым стойкам; у Sinumerik и Heidenhain свои циклы с тем же смыслом, формат кадров и опции — по руководству своей стойки. G71 снимает металл продольными проходами по чистовому контуру — программист описывает только готовую форму, G70 проходит тот же контур начисто. G72 — то же поперёк оси, для торцевых деталей. G73 повторяет контур со смещением — для литья и поковок, где форма уже близка к детали. G76 — многопроходная резьба.

Что решает технолог:

• Тип G71. Тип I требует монотонного контура по X и Z. Канавки и поднутрения — тип II (опция стойки; по Z контур и в нём монотонный) или отдельная операция канавочным резцом.
• Коррекция на радиус пластины G41/G42 — до цикла, отмена — после, не внутри кадров P–Q. Без неё конусы и фаски выходят с ошибкой формы.
• Пластина. Радиус при вершине — не больше глубины резания, стружколом — под диапазон подач и глубин операции: чистовой, получистовой или черновой.

Отверстия: маршрут под точность

По справочнику технолога-машиностроителя сверление даёт 9–13-й квалитет, точное развёртывание — 7–9-й. Поэтому маршрут строят от допуска:

• Центровка — перед длинным или нежёстким сверлом и на неровной поверхности. Её угол не меньше угла сверла, иначе первыми входят уголки кромок и выкрашиваются. Короткому твердосплавному сверлу на ровной поверхности она обычно не нужна.
• Глубина. До 3·D допустимо сверлить всухую, глубже — СОЖ через инструмент или цикл с выводом. В Fanuc-подобных стойках G83 после каждого шага выводит сверло к плоскости R, а G73 отводит его на небольшую величину из параметра стойки и только ломает стружку. Глубже 10·D — системы глубокого сверления: ружейное сверло, BTA, эжектор.
• Зенкер исправляет форму после сверления и оставляет равномерный припуск.
• Развёртка даёт размер (обычно IT7) и шероховатость, но идёт по оси предварительного отверстия и её не исправляет. Жёсткий допуск расположения — растачивание.
• Припуск под развёртку — по таблице производителя той развёртки, что стоит в карте: таблицы расходятся, для Ø12 — от 0,1–0,2 до 0,2–0,3 мм на диаметр. При 0,2–0,3 мм предварительное отверстие под Ø12 H7 — 11,7–11,8 мм. Мало припуска так же плохо, как много: развёртка трёт и теряет размер.

Диаметр отверстия под резьбу — в статье «Отверстия под метрическую резьбу».

Резьбы: метчик, резьбофреза, резец, накатка

Метчик, раскатник и резец связаны с оборотами: за оборот — ровно шаг, Vf = P · n. Резьбофрезу берут, где поломка метчика недопустима: её всегда можно вывести, а одной фрезой получают разные поля допуска с тем же шагом. Раскатник не даёт стружки, но требует пластичного материала (удлинение не меньше 7 %) и оставляет складку на вершине витка — в пищевой технике, медицине и, как правило, в авиастроении его избегают. Метчик для поля 6H — класса ISO 2.

Что проверить перед выдачей программы

• Для каждого элемента понятны инструмент, стратегия и почему они такие; группа материала ISO инструмента совпадает с материалом детали.
• Динамические траектории: ширина внедрения ограничена, подача пересчитана на утонение, в постпроцессоре включён режим высокоскоростной обработки стойки.
• Врезание в закрытые карманы — по спирали, рампе или отверстию; чистовая фреза в углах — не больше 1,5 радиуса угла.
• Маршрут отверстия соответствует допуску: развёртка — с припуском по таблице, жёсткое расположение — расточка или пилот.
• Способ резьбы не противоречит ТУ заказчика (раскатка), поле допуска и калибры указаны в карте наладки; 5-осевая программа прошла симуляцию с моделью станка.