Blog
Frezowanie dynamiczne (trochoidalne) – jak wydłużyć żywotność frezów monolitycznych?
W świecie obróbki CNC utarło się przekonanie, że aby pracować szybciej, trzeba "docisnąć" maszynę, co zazwyczaj kończy się szybszym zużyciem narzędzi. Czy można jednak zwiększyć wydajność usuwania materiału (MRR), a jednocześnie sprawić, by frez pracował kilkukrotnie dłużej? Odpowiedzią jest zmiana strategii na frezowanie dynamiczne (High Efficiency Milling - HEM) oraz ścieżki trochoidalne.
Jeśli zastanawiasz się, jakie narzędzia CNC z naszej oferty najlepiej poradzą sobie z Twoim materiałem, skontaktuj się z doradcami technicznymi Technar. Pomożemy dobrać narzędzie, które zmieni Twoją produkcję.
Na czym polega frezowanie dynamiczne?
Tradycyjna strategia obróbki zgrubnej polega zazwyczaj na dużym zaangażowaniu średnicy narzędzia (duże $a_e$ – szerokość skrawania) przy stosunkowo niewielkiej głębokości ($a_p$). Powoduje to, że pracujemy tylko końcówką frezu – zazwyczaj dolnymi 3-5 mm. To marnotrawstwo potencjału drogiego narzędzia węglikowego.
Frezowanie dynamiczne odwraca te proporcje:
- Małe $a_e$ (szerokość skrawania): Narzędzie zbiera materiał niewielkim wycinkiem swojej średnicy (zazwyczaj od 5% do 15% średnicy frezu).
- Duże $a_p$ (głębokość skrawania): Wykorzystujemy całą długość krawędzi tnącej, zagłębiając się na 2xD, 3xD, a nawet 4xD (krotność średnicy).
- Stała grubość wióra: Oprogramowanie CAM generuje ścieżkę tak, aby kąt opasania narzędzia był stały, co eliminuje nagłe skoki obciążenia.
Frezowanie trochoidalne – wirujące ścieżki
Podzbiorem obróbki dynamicznej jest frezowanie trochoidalne. Stosuje się je najczęściej przy wykonywaniu kanałków (rowków) szerszych niż średnica narzędzia. Frez nie porusza się po linii prostej, lecz wykonuje ruchy kołowe (spiralne), "wgryzając się" w materiał płynnie.
Dzięki temu unikamy krytycznego momentu, w którym frez wchodzi w pełny materiał (slotting), co w tradycyjnej metodzie często prowadzi do drgań i złamania narzędzia.
Dlaczego ta metoda wydłuża żywotność narzędzi CNC?
Mogłoby się wydawać, że praca na pełnej głębokości i przy wysokich posuwach zniszczy narzędzie. Fizyka procesu pokazuje jednak coś zupełnie innego. Oto 4 powody, dla których Twoje narzędzia CNC "odetchną z ulgą":
1. Równomierne zużycie krawędzi tnącej
Zamiast tępić tylko czubek frezu, rozkładasz siły skrawania na całej długości ostrza. Dzięki temu narzędzie zużywa się wolniej i bardziej przewidywalnie. Jeden frez monolityczny może usunąć znacznie więcej materiału, zanim trafi do regeneracji lub na złom.
2. Ewakuacja ciepła (Najważniejszy punkt!)
W obróbce tradycyjnej narzędzie często "dusi się" w materiale, co generuje ogromną temperaturę. W frezowaniu dynamicznym, dzięki małemu kątowi opasania, ostrze ma kontakt z materiałem przez bardzo krótki czas, a przez resztę obrotu "odpoczywa" i chłodzi się w powietrzu lub chłodziwie.
Co więcej, przy odpowiedniej prędkości, większość ciepła jest odprowadzana wraz z wiórem, a nie absorbowana przez narzędzie czy detal. To kluczowe przy obróbce materiałów trudnoobrabialnych, takich jak stale nierdzewne czy superstopy.
3. Mniejsze siły promieniowe
Małe $a_e$ oznacza mniejsze siły odpychające narzędzie od materiału. Pozwala to na stosowanie długich narzędzi i pracę na wiotkich detalach lub słabszych wrzecionach bez ryzyka wpadnięcia w wibracje.
Jakie frezy monolityczne wybrać do HSM?
Nie każde narzędzie sprawdzi się w tej strategii. Aby frezowanie dynamiczne było skuteczne, potrzebujesz frezów o specyficznej geometrii. Można tu zwrócić uwagę na:
- Zmienną podziałkę ostrzy (Variable Helix): Nierównomierne rozmieszczenie rowków wiórowych doskonale tłumi drgania harmoniczne, co jest kluczowe przy dużych prędkościach obrotowych.
- Rdzeń narzędzia: Frezy do obróbki dynamicznej powinny mieć wzmocniony rdzeń, aby wytrzymać siły zginające przy pracy na dużej głębokości ($a_p$).
- Odprowadzanie wióra: Przy tak dużej wydajności ilość wiórów jest ogromna. Warto stosować frezy z polerowanymi rowkami oraz systemami chłodzenia wewnętrznego, jeśli maszyna na to pozwala.
- Ilość ostrzy: Do stali i materiałów twardych świetnie sprawdzają się frezy 5-cio lub nawet 7-mio ostrzowe, które pozwalają na stosowanie bardzo wysokich posuwów minutowych.
Podsumowanie: Czy to się opłaca?
Wdrożenie strategii trochoidalnej i dynamicznej wymaga zmiany myślenia i dobrego oprogramowania CAM. Jednak korzyści są niepodważalne:
- Skrócenie czasu cyklu (nawet o 50-70%).
- Zwiększenie żywotności narzędzi (często 3-krotne).
- Mniejsze obciążenie wrzeciona maszyny.