Који су изазови у дизајнирању носилаца алата за брзу обраду?

Који су изазови у дизајнирању носилаца алата за брзу обраду?

1. Управљање центрифугалном силом како би се спречио квар

• Проширење и попуштање : Већина држача алата направљена је од метала, који се шири под дејством центрифугалне силе. На 20.000 обртаја у минуту, чак и мало проширење може да прошири област за стезање држача, смањујући захват на репу алата. Ако алат клизне, резови постају непрецизни, а алат чак може и да одлети — што је безбедносни ризик. На пример, карбидни фрезерски нож држан лоше конструисаним држачем алата може да се помери током фрезерања на великој брзини, остављајући неједнаке жлобове на обрадку.
• Захтеви на чврстоћу материјала : Kako bi otporavali deformacijama, držači alata za HSM zahtevaju materijale visoke čvrstoće poput kaljenog legiranog čelika ili titanijuma. Ovi materijali su dovoljno kruti da izdrže centrifugalnu silu bez prekomernog širenja. Međutim, oni su teži u poređenju sa standardnim materijalima, što može izazvati nove probleme sa balansom (vidi Izazov 3).
• Konstrukcija mehanizma za stezanje : Tradicionalni mehanički stezni elementi (poput steznih vijaka) mogu omanuti pri visokim brzinama. Zbog toga se kod držača alata za HSM često koriste hidraulični ili termički mehanizmi za stezanje: hidraulični držači koriste pritisak tečnosti za ravnomerno stezanje alata, dok se termički zagrevaju radi širenja, a zatim hlade radi skupljanja i fiksiranja alata na mestu. Oba tipa održavaju konstantnu silu stezanja čak i pod dejstvom centrifugalnog opterećenja.

2. Smanjenje vibracija i dinamičke nestabilnosti

• Ризици резонанције : Сваки држач алата има природну фреквенцију — брзину на којој најинтензивније вибрира. Ако се брзина обраде поклопи са овом фреквенцијом, настаје резонанција, која појачава вибрације. На пример, дуг и танки држач алата може резоновати на 15.000 ОРМ, узрокујући да алат скаче са предмета обраде уместо да га глатко реже.
• Крутост у односу на тежину : Крутији држачи алата боље отпорни су на вибрације, али додавање крутости често значи да су тежи. Тежи држачи, међутим, захтевају више енергије за вртњу и могу оптеретити вратило. Инжењери морају да избалансирају крутост и тежину, често користећи лагане, високомодулне материјале као што су композити од једрењаче да би додали крутост без додатне тежине.
• Погасни карактеристики : Неки држачи алата укључују елементе за пригушивање (као што су гума или вискозноеластични материјали) који упијају вибрације. Ови материјали претварају вибрациону енергију у топлоту и смањују нежељено треперење. У операцијама брзог точења, држачи алата са пригушивањем могу постићи површине метала које подсећају на огледало, чак и на 20.000 ОРМ.

3. Постизање балансе на високим брзинама

• Стандарди балансирања : Држачи алата за HSM морају да испуне строге захтеве у вези балансе, која се мери у грамима по милиметру (g/mm). На пример, држач који се користи на 30.000 обртаја у минути може захтевати степен балансе G2.5, што значи да је дозвољено максимално одступање 2.5 g/mm. Ово захтева прецизну производњу: сваки део (тело, стезни члан, завртњи) мора бити једнако тежински распоређен, а држач се мора калибрисати на уређају за балансирање.
• Изазови код модуларних конструкција : Многи држачи алата користе модуларне компоненте (нпр. разменљиве цанг тупове) како би приспособили различите алате. Међутим, свака замена може нарушити балансу, јер чак и мала разлика у тежини компоненти утиче на ротацију. Конструктори често користе стандардизоване, предбалансиране модуле како би минимизирали овај ризик.
• Термички утицаји на балансу : Обрада на високим брзинама ствара топлоту, која може изазвати неравномерно ширење држача алата, чиме се нарушава баланса. Материјали са ниским коефицијентом термичког ширења (као што су Инвар или керамика) помажу у томе, али су скупи и тежи за обраду.

4. Upravljanje nakupljanjem toplote

• Материјали отпорни на топлоту : Držači alata moraju izdržati temperature do 300°C (572°F) u nekim HSM primenama. Tradicionalni čelici mogu omekšati na ovim temperaturama, pa se koriste legure tretirane toplotom ili keramika. Na primer, keramički držači zadržavaju svoj oblik i čvrstinu čak i na visokim temperaturama, što ih čini idealnim za suvu obradu (gde se ne koristi rashladno sredstvo).
• Kanal za hlađenje : Многи држачи алата за високу брзину укључују унутрашње каналице за хлађење. Ови канали доводе течност до врха алата, смањују трење и одводе топлоту од држача. На пример, код бушења на високим брзинама, хладњак који тече кроз држач спречава прегревање бургије — а исто тако спречава деформисање држача.
• Контрола топлотног ширења : Топлота узрокује ширење материјала, што може ослободити алат или померити држач у односу на вратило. Пројектанти минимизирају ово коришћењем материјала са ниским коефицијентом термичког ширења (нпр. титанијумске легуре) или обликовањем држача тако да компензира ширење.

5. Обезбеђивање компатибилности и прецизности у различитим системима

• Стандарди интерфејса : Вретени интерфејси (као што су HSK-E или CAT40) имају строге димензије како би се осигурало да држачи алата будну савршено поравнати са вретеном. Чак и мимимално одступање од 0,001 инч може изазвати неравнотежу на великим брзинама, што уништава прецизност. Дизајнери морају да прате ове стандарде док оптимизују унутрашњу структуру држача за HSM.
• Конзистенција дужине алата : Код обраде на великим брзинама, чак и мале варијације дужине алата утичу на дубину реза. Држачи алата морају да фиксирају алате са конзистентном толеранцијом дужине (често ±0,0005 инча). То захтева прецизну контролу производње, као што је прецизно брусње седишта алата у држачу.
• Модуларност у односу на специјализацију : Неки држачи алата су дизајнирани за специфичне алате (нпр. посебан држач за фрезе од 10 mm), чиме се осигурава савршен умeтак, али ограничава флексибилност. Други су модуларни и прилагођавају се различитим величинама алата, али могу да жртвују део прецизности. Балансирање између модуларности и специјализације је кључни изазов у дизајну.

Често постављана питања

Čime se visokobrzinsko obrtanje razlikuje od standardnog obrtanja za držače alata?

Koji način stezanja je najbolji za visokobrzinske držače alata?

Koliko je važna ravnoteža kod visokobrzinskih držača alata?

Da li se standardni držači alata mogu prilagoditi za rad na velikim brzinama?

Koji materijali su najbolji za držače alata u primenama sa visokim brzinama?

Kako držači alata utiču na trajanje alata u mašiniranju na visokim brzinama?