Механическая обработка на станке с чпу

Когда говорят про механическую обработку на станке с чпу, многие сразу представляют себе идеальные детали, выходящие из-под шпинделя после нажатия кнопки ?Пуск?. Как будто всё дело в модели из CAD и грамотном технологе. На деле же, между 3D-моделью и готовой деталью лежит пропасть, которую заполняют сотни мелких решений, принятых прямо у станка. И часто успех зависит не от идеальной программы, а от того, как ты её подкорректируешь ?на ходу?, глядя на реальное поведение заготовки и инструмента.

От чертежа к металлу: где теряется точность

Взять, к примеру, производство пресс-форм. Заказчик присылает модель, вроде бы всё учтено. Но когда начинаешь готовить управляющую программу для обработки на чпу, встаёт первый вопрос: а как закрепить эту болванку? Особенно если это крупногабаритный блок легированной стали для матрицы. Неправильные точки опор — и в процессе фрезеровки под нагрузкой деталь ?поплывёт?, возникнут микровибрации. В итоге вместо зеркальной поверхности получишь волну, которую потом не вышлифуешь.

У нас на производстве, в ООО Чэнду Шуанлю Синьхаосы Прецизионные Пресс-формы, с этим сталкивались не раз. Интегрированный подход, когда и литьё, и изготовление оснастки, и механическая обработка компонентов ведутся в одном цикле, как раз и позволяет быстро вносить коррективы. Была история с формой для корпуса прибора. По модели всё гладко, но при обработке глубоких карманов на 5-осевом станке длинный инструмент начал гудеть, срез перестал быть чистым. Пришлось останавливаться, пересматривать стратегию: разбить операцию на два прохода, изменить точку входа фрезы. Время на setup выросло, но деталь была спасена.

И это ещё без учёта температурных деформаций. Сталь при интенсивной обработке нагревается, расширяется. Если гнать программу без пауз, можно в ?холодном? состоянии получить паз, который после остывания заготовки окажется на пару микрон уже. Для стандартных деталей может и не критично, но для прецизионных пуансонов или направляющих вставок — брак. Поэтому часто вставляешь в программу технологические остановки для охлаждения или заранее закладываешь температурный допуск. Ни один CAM-пакет этого за тебя не решит, только опыт.

Инструмент и подача: экономия, которая дорого стоит

Менеджеры любят говорить об оптимизации времени цикла. Мол, давайте увеличим подачу (S и F), чтобы быстрее. Теоретически — да. Но на практике для станка с чпу важно не столько быстродействие, сколько предсказуемость износа инструмента. Особенно при работе с твёрдыми сплавами, типа H13 или нержавейки. Однажды попробовали ?выжать? максимум из новой фрезы с покрытием, следуя рекомендациям каталога. Ресурс вроде бы обещали большой.

Но каталог не учитывал, что наша заготовка имела литейную корку, неоднородную по твёрдости. После первых же проходов режущая кромка дала микросколы. Внешне деталь была нормальной, но при последующей полировке формы эти сколы на поверхности инструмента оставили едва заметные бороздки, которые проявились уже на серийной отливке. Пришлось всю партию пуансонов переделывать. Теперь для съёма литейной корки используем отдельный, специально заточенный черновой инструмент с совершенно другими режимами, не жалея его. Это увеличивает затраты на оснастку, но гарантирует, что чистовая обработка на чпу пройдёт без сюрпризов.

Кстати, о качестве поверхности для пресс-форм. Часто требование — Ra 0.4 или даже меньше. Добиться этого только финишной фрезой возможно, но не всегда рационально. Иногда выгоднее оставить припуск в пару соток на доводку вручную или электроэрозию. Особенно в углах, где фреза физически не может идеально пройти. Вот это и есть та самая ?профессиональная оценка?, которую не прописать в ТЗ: где остановить станок, чтобы не тратить лишние часы его работы на то, что человек сделает за полчаса с тем же результатом.

Программное обеспечение: помощник, а не дирижёр

Современные CAM-системы мощны. Автоматическое построение путей, симуляция, коллизии — всё это сильно облегчило жизнь. Но слепая вера в программу опасна. Как-то раз доверился автоматической оптимизации загрузки инструмента в магазин. Система, стремясь минимизировать время смены инструмента, расположила фрезы в порядке, удобном для неё. Но при этом тяжёлая черновая фреза диаметром 25 мм оказалась на шпинделе после тонкой, диаметром 2 мм, для чистовых пазов.

И при смене, из-за инерции, произошёл небольшой, но чувствительный удар хвостовиком о ещё не убранную предыдущую оснастку. Микроскопическая вмятина на держателе. Казалось бы, ерунда. Но при последующей механической обработке ответственных поверхностей эта биение передалось на инструмент, и точность упала. Теперь всегда вручную проверяю последовательность в УП, особенно при сложных, комбинированных операциях. Машина не чувствует физику процесса, не знает массы и жёсткости конкретного инструмента в нашем конкретном станке.

Это же касается и выбора стратегий. Для грубого съёма материала отлично работает trochoidal milling (трохоидальное фрезерование). Но при программировании под конкретную деталь пресс-формы, с её сложными криволинейными поверхностями, иногда эффективнее оказывается старый добрый parallel finishing, просто потому что так легче потом считать и доводить поверхность. CAM советует одно, а практика — другое. И это нормально.

Интеграция в процесс: не станок, а звено цепи

В нашем случае, на предприятии ООО Чэнду Шуанлю Синьхаосы Прецизионные Пресс-формы, станок с чпу — не изолированный остров. Это звено между конструктором, литейщиком и сборщиком пресс-форм. И здесь кроется масса нюансов. Например, конструктор, проектируя форму, может заложить радиус в 0.5 мм в глубоком узком канале. Технологически обработать это можно шарошкой малого диаметра, но ресурс инструмента — 3-4 детали, потом перегревается и ломается. Гораздо надёжнее убедить конструктора увеличить радиус до 0.8 или 1 мм. Прочность формы почти не пострадает, а надёжность изготовления и срок службы электрода для последующей электроэрозии вырастут в разы.

Или другой аспект — подготовка заготовок. Мы сами занимаемся литьём под давлением и обработкой металлокомпонентов. Поэтому можем отлить заготовку матрицы с уже приближённой к конечной геометрией (near-net-shape). Это резко сокращает время механической обработки на чпу, потому что снимать нужно не 20 мм припуска, а всего 2-3. Но для этого нужно точно рассчитать усадку материала, спрогнозировать расположение возможных раковин. Если ошибся — весь выигрыш теряется, приходится снимать больше, чем с цельного блока. Опыт таких провалов научил нас теснее связывать данные из литейного цеха с настройками CAM: вносить поправки на основе реальных замеров отлитых болванок, а не теоретических расчётов.

Сборка тоже вносит коррективы. Иногда, чтобы компенсировать возможные микронесоосности при сборке половин формы, на этапе чистовой обработки пуансона сознательно делаешь небольшой, в пределах допуска, перекос. Так, чтобы при запрессовке направляющих штифтов всё встало в ноль. Этому не учат в инструкциях к станкам, это понимание приходит, когда видишь всю цепочку — от модели до работающей формы на ТПА.

Вместо заключения: мысль вслух

Так что, если резюмировать, механическая обработка на станке с чпу в контексте изготовления оснастки — это постоянный баланс. Баланс между скоростью и надёжностью, между идеальной программой и адаптацией к материалу, между возможностями софта и здравым смыслом оператора-технолога. Самые дорогие ошибки случаются не тогда, когда сломался инструмент (это мелочь), а когда слишком уверенно положился на цифры и не предусмотрел ?человеческий? или ?материальный? фактор.

Универсальных рецептов нет. То, что сработало для стальной матрицы, может провалиться для медного электрода. Параметры, идеальные для нашего Haas, будут неоптимальны для DMG Mori. Поэтому главный навык — не столько умение нажать кнопки в интерфейсе, сколько способность ?слышать? процесс: по звуку реза, по виду стружки, по поведению системы СОЖ. И вовремя остановиться, передумать, пересчитать. Именно это превращает оператора в специалиста, а набор операций — в реальное производство высокоточных форм.

И да, сайт наш, cdxhsmj.ru, правильно отражает суть: интеграция. Потому что без этой связки этапов любая, даже самая продвинутая обработка на чпу, рискует стать просто дорогой и точной, но бесполезной работой по металлу. А нам нужен работающий конечный продукт — качественная пресс-форма. Вот вокруг этой цели всё и крутится.