Винтовая интерполяция, также известная как спиральная интерполяция, с целью создания отверстия в заготовке или для открытия существующего отверстия, является очень полезной и универсальной техникой. Винтовая интерполяция - это продвинутая техника фрезерования, которая может быть удобной альтернативой сверлению, когда речь идет о выполнении отверстий на фрезерных станках ЧПУ. Как процесс обработки, спиральная интерполяция включает в себя одновременное круговое движение по осям X и Y в сочетании с осевой подачей (ось Z) с заданным шагом, обычно выполняется на 3-осевом фрезерном станке с ЧПУ. Хотя винтовая интерполяция имеет некоторые недостатки, многие представители сферы металлообработки твердо придерживаются в использовании этого метода, когда позволяют необходимо.
«Винтовая интерполяция на фрезерном ЧПУ является очень полезной и универсальной техникой. Эта операция программируется путем добавления перемещения по оси Z к простой команде круговой интерполяции. Как правило, люди программируют эту операцию с помощью программного обеспечения CAM. Спиральная интерполяция - это один из самых надежных процессов обработки отверстий на рынке, и при правильном выборе инструмента и параметров это превосходное способ в вашем арсенале», - сказал Джереми Корнейл, менеджер по фрезерному инструменту Iscar Tools Canada.
Рис. 1. Диаметр отверстия является критическим размером при выборе инструментов
По словам Ренни Элвин (Rennie Elvin), инженера из Vargus, США, в операции винтовой интерполяции один инструмент может охватывать различные диаметры отверстий, что означает меньшее количество инструментов в магазине фрезерного станка чпу. Другие преимущества включают возможность изготовления отверстий большого диаметра с использованием станков, которые не имеют необходимой мощности или жесткости для надежного сверления больших отверстий, а так же то, что спиральная интерполяция хорошо работает на различных материалах.
Экономичное изготовление отверстий с винтовой интерполяцией
«Спиральная интерполяция очень, очень быстрая и очень экономичная», - сказал Джон Митчелл, генеральный директор Tungaloy Canada. «Сравните цену на фрезу для высокой подачи с несколькими индексируемыми сверлами, винтовая интерполяция окажется намного дешевле и более универсальна». Конечно, спиральная интерполяция это не идеальный процесс. Вообще говоря, сверление на станках ЧПУ более продуктивно и может выполняться на большую глубину. Кроме того, при винтовой интерполяции, может потребоваться дополнительная обработка.
Спиральная интерполяция требует определенного оборудования. Более того, это может быть выполнено только на станках с ЧПУ. «Поскольку вам нужно одновременно перемещаться по X, Y и Z, ЧПУ - единственный способ сделать это», - пояснил Митчелл. Эксперты в отрасли металлообработки говорят, что для выполнения этой задачи подходит 3-осевой фрезерный станок с ЧПУ или обрабатывающий центр ЧПУ. Однако существуют разногласия относительно фрезерования с высокой подачей, когда речь идет о выполнении винтовой интерполяции.
Рис. 2. При выполнении операции спиральной интерполяции следует учитывать такие факторы, как диаметр отверстия, форма отверстия, глубина, материал, допуски и требования к чистоте поверхности
При выполнении винтовой интерполяции на фрезерном станке чпу использование фрезерования с высокой подачей подходит для изготовления отверстий большого диаметра, поскольку это обычно устраняет необходимость предварительного сверления отверстия. «Большинство операций винтовой интерполяции завершаются с использованием высокопроизводительных фрезерных инструментов», - сказал Корнейл.
Другие варианты подачи станка ЧПУ
Патрик Шеппард, национальный менеджер по продажам в Ceratizit USA, которая приобрела Komet of America в прошлом году, придерживается немного другой тактики. «Фрезерование с высокой подачей - это громкое слово в отрасли, которое охватывает множество областей применения фрезерования. Но, честно говоря, в промышленности мы интерполировали отверстия задолго до введения фрезерования с высокой подачей. На фрезерных станках ЧПУ с высокой подачей вы ограничены очень малой глубиной резания при очень высокой скорости подачи», - сказал Шеппард. Есть спорные моменты в этом вопросе касательно скорости подачи, а также в выборе диаметра отверстия, формы, глубины обрабатываемого материала, допуски и требования к поверхности.
Выбор инструмента для винтовой интерполяции
Согласно Corneil от Iscar, любой инструмент, способный к линейному перемещению, может выполнить операцию винтовую интерполяцию. «У большинства инструментов, которые эффективны при работе под углом, есть положительные наконечники. При обработке материалов высокой прочности используйте вставки с покрытием CVD, чтобы справиться с перегревом по всему диаметру инструмента. Поскольку существует два сценария спиральной интерполяции - создание отверстия в заготовке и увеличение существующих отверстий - необходимо выбрать два разных инструмента.
«Если вы выполняете нарезание отверстия в детали с помощью индексируемых инструментов, вы должны выбрать правильный диаметр фрезы, потому что индексируемые инструменты не центрируют, как другие твердосплавные инструменты. Диаметр фрезы гарантирует, что пластина прорезает центральную линию отверстия», - сказал Макнейл. «Если у вас есть подходящий инструмент, работайте ниже рекомендуемого угла наклона инструмента и до максимальной глубины резания.
Рампинг добавляет осевые и радиальные силы резания. Я предпочел бы максимизировать подачу, прежде чем увеличивать угол, когда планирую увеличить продуктивность. Для отверстий, в которых задействовано менее 25% инструмента, используйте вставки из PVD и максимально утончите стружку, чтобы снизить трение инструмента и возникновение вибрации».
«Выбор диаметра фрезы важен на 100% при выполнении винтовой интерполяции. Это важный выбор по двум причинам: необходимо правильно рассчитать зазор в нижней части инструмента при резке минимального диаметра отверстия и выбрать правильный режим работы, если диаметр отверстия слишком велик для выбранного инструмента», - сказал Корнейл. «Обе эти ситуации могут вызвать поломку инструмента, но их можно избежать, если соответствующие расчеты будут выполнены заранее».
Диаметр режущего инструмента и геометрия режущей пластины позволяют вырезать различные размеры отверстий. Четыре расчета должны быть выполнены, чтобы определить допустимый диапазон для каждого инструмента.
- Максимальный диаметр сквозного отверстия;
- Минимальный диаметр сквозного отверстия;
- Максимальный диаметр глухого отверстия;
- Минимальный диаметр глухого отверстия.
После выбора правильного диаметра инструмента необходимо определить оптимальные параметры прохода для каждого оборота винтовой интерполяции, сказал Корнейл.
Существует ряд других особенностей при операциях винтовой интерполяции связанных с твердосплавным инструментом. «Для диаметров 20 мм и ниже, я бы использовал твердый карбид. Свыше этого, вы, вероятно, могли бы получить ту же производительность от фрезы с индексируемым типом. Когда вы работаете над большим размером отверстия и хотите чтобы скорость удаления материала была высокой, имеет смысл использовать индексируемый твердосплавный инструмент», - сказал Шеппард. «Твердый карбид эффективен, если вы выбираете инструмент для резки по центру. Это делает выбор инструмента более простым, однако при больших диаметрах стоимость расходов возрастает», - сказал Макнейл.
Очистка от стружки имеет решающее значение при интерполяции
Отвод стружки при винтовой интерполяции в основном зависит от используемых материалов. «Как и в других похожих операциях, при сверлении глушились отверстий удаление стружки очень важно. Для всех сталей и чугунов мы рекомендуем использовать воздух для удаления стружки из отверстия. Для нержавеющих, высокотемпературных сплавов, алюминия и в ситуациях, когда отсутствует продувка воздухом, мы рекомендуем использовать охлаждающую жидкость», - сказал Корнейл.
«В большинстве материалов мы предпочитаем резать с подачей воздуха. Это предотвращает тепловой удар, возникающий при фрезеровании с использованием охлаждающей жидкости. Некоторые материалы требуют охлаждающей жидкости, такие как ISO N и ISO S, а некоторые, но не все, материалы ISO M. Если у вас нет возможности подать воздух, тогда используйте охлаждающую жидкость. Это меньшее из двух зол. Удостоверьтесь, что вы используете твердый сорт карбида, чтобы справиться со сколом, который может возникнуть в результате термических трещин», - сказал Макнейл.
Со своей стороны, Митчелл рекомендует использовать охлаждающую жидкость под высоким давлением для вязких материалов, таких как алюминий, и сквозные воздушные струи для стали и железа.
«Я, вероятно, не рекомендовал бы применять винтовую интерполяцию при работе с алюминием, только потому, что он вязкий. Во всех других случаях, я бы порекомендовал такой подход для чего угодно», - сказал Миттчел. Другие эксперты отрасли металлообработки говорят, что спиральная интерполяция работает практически на любом материале.
«Я не вижу необходимости избегать каких-либо конкретных материалов, когда речь идет о винтовой интерполяции. Правильный угол инструмента, геометрия, скорость и толщина стружки в соответствии с геометрией помогут вам добиться успеха, как и при любой другой металлообработки», - сказал Макнейл.
Шеппард затрагивает еще один аспект винтовой интерполяции: кто должен это делать и почему? По его словам, винтовая интерполяция - это не просто потенциальная замена сверления. При принятии решения об использовании спиральной интерполяции вместо стандартных методов сверления для создания отверстий необходимо учитывать некоторые основные моменты. Спиральная интерполяция имеет преимущество, главным образом, в случае, если вы не хотите менять инструмент, или объем заказа небольшой, для того чтобы использовать специальное сверло. Оптимальным является использование универсального инструмента подходящего для нескольких видов операций.
