У сучасній виробничій промисловості,Фрезерні верстати з ЧПУшироко використовуються завдяки своїм значним перевагам, таким як висока точність, висока ефективність та високий ступінь автоматизації. Однак, щоб повною мірою використовувати продуктивність фрезерних верстатів з ЧПК та досягти високоякісної та ефективної обробки, вибір ріжучих інструментів має вирішальне значення. Як ключовий компонент, безпосередньо задіяний у різанні, розумний вибір ріжучих інструментів безпосередньо впливатиме на якість та ефективність виробництва кінцевого продукту. Виходячи з цього, у цій статті будуть розглянуті відповідні моменти вибору інструменту в...Фрезерні верстати з ЧПУ.

1. Вимоги до ріжучих інструментів для обробки на фрезерних верстатах з ЧПУ
Завдяки високій точності, високій швидкості та високому ступеню автоматизації,Фрезерні верстати з ЧПУвисунули суворіші вимоги до використовуваних інструментів. Для забезпечення якості обробки та підвищення ефективності виробництва фрезерні верстати з ЧПК повинні мати такі характеристики:
(1) Надійність та довговічність
По-перше, ріжучі інструменти повинні мати високу надійність та довговічність. У процесі безперервної обробкиФрезерні верстати з ЧПУІнструмент повинен витримувати високі сили різання та термічні навантаження протягом тривалого часу. Якщо надійність інструменту недостатня або його довговічність низька, легко зіткнутися з такими проблемами, як передчасний знос та руйнування кромки, що не тільки впливає на якість обробки, але й призводить до частої заміни інструменту, збільшує час простою та знижує ефективність виробництва. Тому вибір інструментальних матеріалів з хорошою зносостійкістю, ударостійкістю та термостійкістю, а також розумна конструкція інструменту є ключем до підвищення надійності та довговічності інструменту.
(2) Жорсткість та міцність
Щоб відповідати вимогам великої глибини різання та швидкої подачі під час чорнової обробки, інструмент повинен мати добру жорсткість та міцність. Велика глибина різання та швидка подача можуть призвести до того, що інструмент витримуватиме величезні сили різання. Якщо жорсткість інструменту недостатня, він схильний до деформації, що впливає на точність обробки; недостатня міцність може призвести до поломки інструменту та спричинити нещасні випадки. Тому в процесі проектування та виготовлення інструменту слід вживати таких заходів, як оптимізація геометричної форми інструменту та вибір високоміцних матеріалів, щоб забезпечити достатню жорсткість та міцність інструменту.
(3) Продуктивність ламання та видалення стружки
Гарна продуктивність дроблення та видалення стружки є важливою умовою для забезпечення нормальної роботи верстатів. У процесіФрезерування з ЧПК, безперервне утворення та накопичення стружки. Якщо інструмент не може ефективно розбивати та видаляти стружку, це призведе до її намотування на інструмент або заготовку, що вплине на стабільність процесу різання та навіть пошкодить інструмент і верстат. Для досягнення хорошого видалення стружки слід ретельно підібрати параметри форми ріжучої кромки, переднього та заднього кутів інструменту. Водночас, розумний вибір параметрів різання та використання рідини для різання також можуть допомогти покращити ефект видалення стружки.
(4) Легке встановлення та налаштування
Зручність встановлення та регулювання інструменту має велике значення для підвищення ефективності виробництва та забезпечення точності обробки. На фрезерних верстатах з ЧПК, через часту заміну інструменту та регулювання його положення, якщо процес встановлення та регулювання інструменту є складним та громіздким, це призведе до великих втрат часу. Тому, щоб скоротити час заміни та регулювання інструменту, а також підвищити коефіцієнт використання верстата, слід вибирати різальні інструменти та тримачі інструменту з простою конструкцією, надійним встановленням та позиціонуванням, а також зручним регулюванням.
(5) Високоякісні матеріали ріжучого інструменту
Вибір високоякісних інструментальних матеріалів є основою для покращення продуктивності інструменту. Наразі широко використовувані інструментальні матеріали дляФрезерні верстати з ЧПУвключають швидкорізальну сталь, тверді сплави, сплави з покриттям, кераміку, кубічний нітрид бору та алмаз. Різні інструментальні матеріали мають різні експлуатаційні характеристики, і відповідні інструментальні матеріали слід вибирати на основі таких факторів, як матеріал заготовки, технологія обробки та умови різання. Наприклад, ріжучі інструменти з швидкорізальної сталі мають добру в'язкість та шліфуваність, що робить їх придатними для обробки деталей складної форми та низькошвидкісного різання; ріжучі інструменти з твердих сплавів мають високу твердість та добру зносостійкість, що робить їх придатними для високошвидкісного різання та чорнової обробки; ріжучі інструменти з покриттям додатково покращують свою продуктивність, покриваючи свою поверхню зносостійким та стійким до високих температур покриттям, що робить їх придатними для різних умов різання.

2. Класифікація фрезерних верстатів з ЧПК
Існують різні типиФрезерний верстат з ЧПУінструменти, які можна класифікувати на різні типи відповідно до різних стандартів класифікації. Нижче наведено поширені методи класифікації:
(1) Класифіковано за структурою інструменту
Інтегровані ріжучі інструменти
Інтегровані різальні інструменти – це інструменти, робоча частина та хвостовик яких виготовлені як єдине ціле, такі як кінцеві фрези, свердла тощо. Інтегральний різальний інструмент має просту конструкцію та високу міцність, але його важко виготовити та він має високу вартість. Він підходить для обробки деталей простої форми та з високими вимогами до точності.
Інкрустовані ріжучі інструменти
Інкрустовані різальні інструменти – це інструменти, які вбудовують лезо або зубці в ріжучий корпус, такі як інкрустовані кінцеві фрези, токарні інструменти тощо. Леза або зубці вбудовуваних різальних інструментів можуть бути виготовлені з різних матеріалів та геометричних форм для задоволення різних вимог обробки, а також мають хорошу універсальність та економічність.
Спеціальний тип ріжучих інструментів
Різальні інструменти спеціального типу – це інструменти, призначені для задоволення певних спеціальних вимог до обробки, такі як формовальні інструменти, композитні інструменти тощо. Формовані різальні інструменти можуть обробляти поверхню деталей певної форми, таких як зубчасті фрези, шліцьові фрези тощо; композитні різальні інструменти можуть виконувати кілька етапів обробки за один процес різання, такі як свердління та фрезерування композитних різальних інструментів, розточувальні та фрезерні композитні різальні інструменти тощо.
(2) Класифікація за матеріалом інструменту
Ріжучі інструменти для швидкорізальної сталі
Швидкорізальна сталь — це тип високолегованої сталі, що містить значну кількість легуючих елементів, таких як вольфрам, хром і ванадій. Різальні інструменти зі швидкорізальної сталі мають добру в'язкість і шліфуваність, а також можуть витримувати великі ударні навантаження. Вони зазвичай використовуються для обробки деталей складної форми та з високими вимогами до точності, таких як свердла, мітчики, фрези тощо. Залежно від різних характеристик, різальні інструменти зі швидкорізальної сталі можна розділити на швидкорізальну сталь загального призначення та високопродуктивну швидкорізальну сталь.
Універсальна швидкорізальна сталь: її твердість коливається від 62 до 69HRC, вона має певну зносостійкість, високу міцність і в'язкість, а швидкість різання зазвичай не перевищує 45-60 м/хв, що не підходить для високошвидкісного різання.
Високоефективна швидкорізальна сталь: це марка сталі з підвищеною жаростійкістю та зносостійкістю, отримана шляхом збільшення вмісту вуглецю та ванадію на основі швидкорізальної сталі. Високоефективна швидкорізальна сталь має добру червону твердість і може підтримувати твердість 60HRC при 620-660 ℃. Її міцність у 2-3,5 рази вища, ніж у швидкорізальної сталі загального призначення. Високоефективна швидкорізальна сталь зазвичай використовується для обробки важкооброблюваних матеріалів, таких як жароміцні сплави та титанові сплави.
Інструменти для різання твердих сплавів
Тверді сплави виготовляються методом порошкової металургії з використанням порошку карбідів металів високої твердості з високою температурою плавлення (таких як карбід вольфраму, карбід титану тощо) та зв'язуючих речовин (таких як кобальт, нікель тощо). Різальні інструменти з твердих сплавів мають характеристики високої твердості, доброї зносостійкості та високої термостійкості, зі швидкістю різання 100-300 м/хв, що підходить для високошвидкісного різання та чорнової обробки. Різальні інструменти з твердих сплавів можна класифікувати на вольфрам-кобальт (YG), вольфрам-титан-кобальт (YT) та вольфрам-титан-тантал (ніобій-кобальт) (YW) залежно від їхнього складу та характеристик.
Тверді сплави на основі вольфраму та кобальту (YG): тверді сплави на основі YG мають високий вміст кобальту та добру в'язкість, що робить їх придатними для обробки крихких матеріалів, таких як чавун та кольорові метали.
Тверді сплави вольфраму та титану, кобальту (YT): тверді сплави YT мають високий вміст титану, хорошу твердість та зносостійкість, і підходять для обробки пластикових матеріалів, таких як сталь.
Твердий сплав вольфраму, титану, танталу (ніобію) та кобальту (YW): твердий сплав YW поєднує переваги твердих сплавів YG та YT, з високою твердістю, зносостійкістю, жаростійкістю та в'язкістю, що підходить для обробки різних матеріалів, особливо важкооброблюваних матеріалів, таких як нержавіюча сталь та жароміцна сталь.
Ріжучі інструменти з покриттям
Ріжучі інструменти з покриттям покриваються шаром зносостійких та високотемпературних покривних матеріалів, таких як TiC, TiN, Al2O3 тощо, на поверхні ріжучих інструментів з твердих сплавів або швидкорізальної сталі. Ріжучі інструменти з покриттям можуть значно покращити твердість поверхні, зносостійкість та термостійкість ріжучих інструментів, а також подовжити термін їх служби. Ріжучі інструменти з покриттям підходять для різних умов різання, особливо для високошвидкісного різання та сухого різання.
Керамічні ріжучі інструменти
Керамічні ріжучі інструменти в основному складаються з керамічних матеріалів, таких як глинозем (Al2O3) та нітрид кремнію (Si3N4), які спікаються за високих температур. Керамічні ріжучі інструменти мають такі переваги, як висока твердість, добра зносостійкість, висока термостійкість та добра хімічна стабільність. Швидкість різання може досягати 500-1000 м/хв, що робить їх придатними для високошвидкісного різання та прецизійної обробки. Однак керамічні ріжучі інструменти мають високу крихкість та низьку ударостійкість. Під час їх використання слід звертати увагу на уникнення ударних навантажень.
Ріжучі інструменти з кубічного нітриду бору
Кубічний нітрид бору (CBN) – це штучно синтезований надтвердий матеріал, твердість якого поступається лише алмазу. Ріжучі інструменти з кубічного нітриду бору мають такі переваги, як висока твердість, добра зносостійкість, висока термостійкість та добра хімічна стабільність. Швидкість різання може досягати 1000-2000 м/хв, що робить їх придатними для високошвидкісного різання та прецизійної обробки високотвердих матеріалів, таких як загартована сталь та загартований чавун.
Алмазні ріжучі інструменти
Алмаз – найтвердіша речовина в природі, а алмазні різальні інструменти мають надзвичайно високу твердість, зносостійкість і теплопровідність. Швидкість різання може досягати 2000-5000 м/хв, що робить їх придатними для високошвидкісного різання та прецизійної обробки кольорових та неметалевих матеріалів. Однак алмазні різальні інструменти є дорогими та не підходять для обробки металевих матеріалів на основі заліза, оскільки алмази вступають в хімічні реакції із залізом за високих температур.

3. Вибір матеріалів ріжучого інструменту для фрезерних верстатів з ЧПК
Для обробки на верстатах з ЧПК використовуються різні типи інструментальних матеріалів, кожен з яких має свої унікальні експлуатаційні характеристики та застосування. Під час вибору інструментальних матеріалів необхідно всебічно враховувати такі фактори, як матеріал заготовки, технологія обробки, умови різання тощо, щоб вибрати найбільш підходящий інструментальний матеріал.
(1) Показники ефективності матеріалів ріжучого інструменту для різання металу
Ріжучий інструмент для різання металу зазвичай повинен мати ряд експлуатаційних показників, серед яких важливішими є твердість, міцність, твердість за червоного кольору, теплопровідність тощо.
Твердість – це здатність інструментальних матеріалів чинити опір зносу, і чим вища твердість, тим зносостійкіший інструмент. Міцність – це здатність інструментальних матеріалів чинити опір руйнуванню та деформації, а високоміцні інструменти можуть витримувати значні сили різання. Червона твердість стосується здатності інструментальних матеріалів зберігати твердість за високих температур, а інструменти з хорошою червоною твердістю підходять для високошвидкісного різання. Теплопровідність впливає на ефект розсіювання тепла ріжучими інструментами. Інструменти з хорошою теплопровідністю можуть швидко передавати тепло різання та зменшувати термічний знос інструментів.
(2) Ідеальний матеріал для інструменту
Ідеальний інструментальний матеріал повинен мати як твердість, так і міцність, а також добру червону твердість, теплопровідність, зносостійкість та в'язкість. Однак на практиці важко знайти інструментальний матеріал, який повністю відповідає всім вимогам, тому необхідно зважувати та вибирати його відповідно до конкретних умов обробки.
(3) Матеріали різального інструменту, що зазвичай використовуються в практичному застосуванні
У практичній обробці найбільш широко використовуються ріжучі інструменти з твердих сплавів та твердих сплавів з покриттям завдяки їхній чудовій комплексній продуктивності.
Ріжучі інструменти з твердих сплавів мають високу твердість та зносостійкість, що дозволяє їм адаптуватися до вимог високошвидкісного різання та чорнової обробки. Ріжучі інструменти з твердих сплавів з покриттям, розроблені на основі ріжучих інструментів з твердих сплавів, додатково покращують свою продуктивність та подовжують термін служби завдяки шару зносостійкого та стійкого до високих температур покриття.
Для деяких важкооброблюваних матеріалів, таких як жароміцні сплави, титанові сплави тощо, ріжучі інструменти з кубічного нітриду бору та алмазні ріжучі інструменти мають унікальні переваги. Ріжучі інструменти з кубічного нітриду бору мають високу твердість та добру червону твердість, що дозволяє ефективно різати високотверді матеріали; Алмазні ріжучі інструменти мають надзвичайно високу твердість та теплопровідність, що робить їх придатними для прецизійної обробки кольорових та неметалевих матеріалів.
Хоча ріжучі інструменти зі швидкорізальної сталі не такі тверді та зносостійкі, як ріжучі інструменти зі твердих сплавів, вони все ж мають певне застосування в обробці деталей складної форми та низькошвидкісному різанні завдяки своїй добрій в'язкості та шліфуваності.
Керамічні ріжучі інструменти мають високу твердість і добру зносостійкість, але вони крихкі та підходять для високошвидкісного різання та прецизійної обробки.
4. Фактори, що впливають на вибір інструменту для фрезерних верстатів з ЧПК
При виборі фрезерних верстатів з ЧПУ необхідно всебічно враховувати такі фактори:
(1) Продуктивність верстата
Різні типи та характеристики фрезерних верстатів з ЧПК мають різні продуктивні характеристики, такі як швидкість шпинделя, швидкість подачі, потужність, крутний момент тощо. Вибір ріжучих інструментів повинен відповідати продуктивності верстата, щоб повністю розкрити його потенціал. Наприклад, для високошвидкісних фрезерних верстатів слід вибирати відповідні ріжучі інструменти для високошвидкісного різання, такі як інструменти з твердих сплавів з покриттям, керамічні інструменти тощо; для високопотужних фрезерних верстатів можна вибирати ріжучі інструменти з підвищеною міцністю та жорсткістю, такі як інтегральні ріжучі інструменти з твердих сплавів.
(2) Матеріал заготовки
Характеристики матеріалів заготовок суттєво впливають на вибір інструменту. Різні матеріали заготовок мають різну твердість, міцність, ударну в'язкість, теплопровідність тощо. Наприклад, під час обробки крихких матеріалів, таких як чавун, можна вибрати ріжучі інструменти з твердих сплавів типу YG; під час обробки пластикових матеріалів, таких як сталь, доцільно вибрати ріжучі інструменти з твердих сплавів типу YT або ріжучі інструменти з покриттям; під час обробки важкооброблюваних матеріалів, таких як жароміцні сплави та титанові сплави, необхідно вибрати ріжучі інструменти з кубічного нітриду бору або алмазні ріжучі інструменти.
(3) Програма обробки
Тип програми обробки (наприклад, чорнова обробка, напівпрецизійна обробка, прецизійна обробка) та параметри різання (такі як швидкість різання, швидкість подачі, глибина різання) також впливають на вибір різальних інструментів. При чорновій обробці слід вибирати різальні інструменти з високою міцністю та жорсткістю, які можуть витримувати великі сили різання, такі як інструменти з твердих сплавів; при прецизійній обробці слід вибирати інструменти з високою точністю та гарною якістю поверхні, такі як інструменти з твердих сплавів з покриттям або керамічні інструменти.
(4) Кількість різання
Величина різання безпосередньо визначає силу різання та тепло, яке переноситься інструментом. Під час обробки великих об'ємів різання слід вибирати різальні інструменти з високою міцністю та хорошою термостійкістю; під час обробки малих об'ємів різання можна вибирати різальні інструменти з високою твердістю та хорошою зносостійкістю.
5. Етапи та методи вибору різальних інструментів для фрезерних верстатів з ЧПК
Вибираючи фрезерні верстати з ЧПУ, можна виконати такі дії:
(1) Визначення вимог до обробки
По-перше, необхідно уточнити форму, розмір, вимоги до точності, вимоги до якості поверхні та методи обробки (такі як чорнова обробка, напівпрецизійна обробка та прецизійна обробка) оброблюваних деталей.
(2) Проаналізуйте матеріал заготовки
Проаналізуйте характеристики матеріалу заготовки, включаючи твердість, міцність, ударну в'язкість, теплопровідність тощо, щоб визначити відповідний матеріал інструменту.
(3) Виберіть тип інструменту
Відповідно до вимог до обробки та матеріалів заготовки, виберіть відповідний тип інструменту, такий як кінцеві фрези, свердла, розточувальні фрези тощо.
(4) Визначення параметрів інструменту
Визначте діаметр, довжину, кількість ребер, кут нахилу спіралі, передній кут, задній кут та інші параметри ріжучого інструменту на основі параметрів різання та продуктивності верстата.
(5) Виберіть бренди та постачальників ріжучих інструментів
Після визначення типу та параметрів ріжучих інструментів, оберіть відомі бренди та надійних постачальників, щоб забезпечити якість інструментів та післяпродажне обслуговування.

6. Використання та обслуговування фрезерних верстатів з ЧПК
Вибір відповідного інструменту – це лише перший крок, а правильне використання та обслуговування інструменту не менш важливі для забезпечення якості обробки та продовження терміну служби інструменту.
(1) Встановлення ріжучих інструментів
Під час встановлення інструменту важливо забезпечити точність прилягання між інструментом та тримачем інструменту, гарантуючи його надійне та точне встановлення. Водночас слід звертати увагу на напрямок встановлення та положення інструментів, щоб уникнути помилок під час встановлення, які можуть призвести до помилок обробки або пошкодження інструменту.
(2) Вибір параметрів різання для ріжучих інструментів
Розумний вибір параметрів різання є ключем до забезпечення нормального різання та збільшення терміну служби інструменту. Параметри різання включають швидкість різання, швидкість подачі, глибину різання тощо, і їх слід всебічно враховувати на основі таких факторів, як матеріал інструмента, матеріал заготовки та процес обробки. Загалом, у межах допустимого діапазону різальних інструментів, для підвищення ефективності обробки та якості поверхні слід вибирати вищі швидкості різання та менші швидкості подачі.
(3) Охолодження та змащування ріжучих інструментів
Під час процесу різання слід використовувати відповідні методи охолодження та змащування для зниження температури різання, зменшення зносу інструменту та покращення якості обробленої поверхні. Звичайні методи охолодження та змащування включають охолодження рідиною для різання, повітряне охолодження, змащування масляним туманом тощо.
(4) Технічне обслуговування та утримання ріжучих інструментів
Після обробки слід своєчасно очищати ріжучі інструменти від сколів та масляних плям, а також перевіряти їх ступінь зносу. Якщо є ознаки зносу, їх слід своєчасно заточити або замінити. Водночас слід регулярно проводити технічне обслуговування ріжучих інструментів, наприклад, наносити антикорозійну оливу, перевіряти точність ручки інструменту тощо, щоб забезпечити їхню продуктивність та термін служби.

7. Висновок
Вибір ріжучих інструментів для фрезерних верстатів з ЧПК – це складне та важливе завдання, яке вимагає всебічного врахування багатьох факторів, таких як продуктивність верстата, матеріали заготовок, програми обробки та обсяги різання. Правильний вибір та використання ріжучих інструментів може не тільки покращити якість обробки та ефективність виробництва, але й знизити виробничі витрати та подовжити термін служби верстатів. Тому в реальному виробництві слід вибирати найбільш підходящий інструмент на основі конкретних умов обробки та його експлуатаційних характеристик, а також посилити управління використанням та технічним обслуговуванням інструменту, щоб повною мірою використати переваги фрезерних верстатів з ЧПК та забезпечити значну підтримку розвитку обробної промисловості.