Podstawy

Obrabiarki HSM (High Speed Machining) względem obrabiarek tradycyjnych dzieli wiele. Można mówić o podobieństwach, lecz prawdziwego znaczenia nabiera jakościowy postęp, który umożliwił praktyczne zastosowania HSM.

Pierwsze wzmianki o próbach z zakresu HSM pochodzą z lat 20 ubiegłego wieku – wraz ze wzrostem prędkości skrawania wzrasta temperatura, która po osiągnięciu maksimum przy dalszym zwiększaniu prędkości skrawania spadała. Ówczesne ograniczenia techniczne (napędy główne) nie pozwoliły na dalszą eksplorację.

Definicja obróbek HSM także podlega ewolucji. Uogólniając za obróbkę HSM uważa się taką, która spełnia wszystkie lub mieszane wymagania:

  • obróbka z wysokimi prędkościami skrawania,
  • obróbka z wysokimi prędkościami obrotowymi wrzeciona (napędu głównego),
  • obróbka z wysokimi posuwami,
  • obróbka z wysokimi prędkościami i posuwami,
  • obróbka wysokowydajna.
Korzyści ze stosowania obróbki szybkościowej.

Korzyści ze stosowania obróbki szybkościowej.

Obróbki HSM wymagają specjalizowanych lub specjalnych obrabiarek w kontekście konstrukcji oraz oprzyrządowania technologicznego. Obrabiarki specjalizowane to obrabiarki CNC z opcją obróbki HSM. Dopiero jednak obrabiarki zaprojektowane specjalnie na potrzeby obróbek szybkościowych pozwalają na pełne wykorzystanie zalet tej technologii.

Skupiając się na samej obróbce nie trzeba wymagać wysokich prędkości obrotowych wrzeciona. Znaczna średnica przedmiotu obrabianego, czy narzędzia (frezu) w określonej konfiguracji niższej prędkości obrotowej napędu głównego to wyższe wartości prędkości skrawania. Obróbka HSM pozwala na obrabianie materiałów twardych (np. zahartowanej stali), których twardość przekracza 45 HRC.

Obróbki szybkościowe pozwalają na obróbkę wykończeniową przedmiotów od małych po duże wymiary gabarytowe i uzyskiwać bardzo wysoką dokładność geometryczną oraz niską chropowatość powierzchni obrobionej. Obróbki HSM pozwalają na zmniejszenie udziału takich obróbek jak szlifowanie, czy EDM.

Zastosowanie HSM i powiązane zagadnienia.

Zastosowanie HSM i powiązane zagadnienia.

Definiowanie obróbki HSM podlega zmianom. Możliwe jest jednak doprecyzowanie czynników wskazujących czy dana obróbka spełnia kryteria obróbki HSM:

  • prędkość obrotowa napędu głównego n> 10.000 [obr/min] – obecnie stosowane są już napędy pozwalające na osiągnięcie 60.000 [obr/min],
  • przyjmując umowny wskaźnik definiowany jako iloczyn średnicy wewnętrznej i maksymalnej prędkości obrotowej wrzeciona – jeżeli wartość iloczynu przekracza 2.000.000,
  • częstotliwość wchodzenia ostrzy narzędzia w materiał przedmiotu obrabianego jest zbliżona określonej części (ułamka całkowitego) dominującej częstotliwości drgań własnych układu,
  • stosunek mocy napędu do wartości prędkości obrotowej wrzeciona < 0,0005 [kW/[obr/min]],
  • prędkość skrawania przekracza vc>1000 [m/min] lub inną UMOWNIE przyjętą dla różnych materiałów obrabianych – powyższe wartości uzyskać można podczas obróbki żeliwa, a w przypadku innych materiałów można mówić np. o 300 [m/min].

Pierwsze współczesne przemysłowe aplikacje obróbek szybkościowych znalazły zastosowanie w przemyśle lotniczym. Pozwoliło to na redukcję kosztów produkcji w niektórych przypadkach nawet o 73%. Przy czym uzyskiwane dokładności geometryczne i warstwy wierzchniej obrobionej powierzchni w wyniku zastosowania obróbki HSM pozwoliły nie tylko na skrócenie głównego czasu maszynowego, lecz pośrednio na technologiczność konstrukcji. W konsekwencji siedmiokrotnie zmniejszono liczbę części w danym zespole, a sam montaż trwał 170 razy krócej niż wcześniej. Ten przykład można uznać za ekstremalny, lecz pokazuje jakie bezpośrednie i pośrednie korzyści można uzyskać poprzez stosowanie obróbek szybkościowych.

Wysokie parametry obróbkowe w HSM wpływają na konstrukcję samej obrabiarki, która powinna cechować się wysokimi parametrami kinematycznymi (prędkość posuwu, prędkość obrotowa wrzeciona, przyspieszenia powyżej 1G). Zapewnienie dokładności obróbki wymaga odpowiednich własności statycznych, dynamicznych oraz cieplnych układu konstrukcyjnego obrabiarki, w tym szczególnie układu nośnego (zespoły korpusu ruchome i nieruchome). Przykładem zespołu ruchomego jest wrzeciennik. Zespoły ruchome układu obrabiarki w kontekście masy maszyny technologicznej mogą mieć nawet 70÷80% udział, co przekłada się na znaczący wpływ na dynamikę obrabiarki. Uwzględniając bezwładność podczas ruchu zespołów należy dążyć do zmniejszania ich masy z jednoczesnym utrzymanie sztywności statycznej układu nośnego. Sprzyja to ograniczeniu występowania odkształceń UOPN (Układ Obrabiarka Przedmiot Narzędzie).

%d bloggers like this: