Aby poradzić sobie z ograniczeniami technologii, często należy wyjść poza dotychczasowe ramy i szablony. Czasem wystarczy inne ułożenie kilku popularnych i ogólnie dostępnych puzzli, które stworzy nowy obrazek-rozwiązanie. Ta nowatorska układanka nie jest lekarstwem na wszystkie problemy, ale może okazać się bardzo przydatnym narzędziem w pokonywaniu ograniczeń – w naszym konkretnym przypadku – obróbki skrawaniem.

Wojciech Garus

Wiórową obróbkę skrawaniem można sklasyfikować w następujących zabiegach: wiercenie, powiercanie, rozwiercanie, toczenie, wytaczanie, frezowanie, przeciąganie i przepychanie, struganie i dłutowanie.
Zabiegi te można rozdzielić na dwie grupy ze względu na charakter obróbki:

• Ciągły – wiercenie, powiercanie, rozwiercanie, toczenie, wytaczanie, przeciąganie i przepychanie, struganie i dłutowanie.
• Nieciągły – frezowanie.

Obróbka ciągła charakteryzuje się tym, że do wykonania żądanej powierzchni, ostrze, raz zagłębione w materiał, porusza się po trajektorii cięcia do samego końca, uzyskując w ten sposób kształt powierzchni wg kształtu krawędzi tnącej lub sposobu wierszowania ścieżek na powierzchni. W obecnych obrabiarkach są to trajektorie proste, spiralne lub śrubowe. Ogranicza to uzyskane powierzchni metodą ciągłą do powierzchni płaskich, cylindrycznych, śrubowych, lub o jakichkolwiek kształtach profilowych (dowolny przekrój przeciągnięty najczęściej po linii prostej). Dowolne kształty, jak np. powierzchnie krzywokreślne, uzyskuje się obecnie w obróbce skrawaniem na frezarkach (najczęściej numerycznych). Metoda takiej obróbki również prowadzi narzędzie po zadanej trajektorii, ale jest to narzędzie obrotowe, którego ostrza nieustannie zagłębiają się w materiał i z niego wychodzą, kształtując powierzchnię w sposób nieciągły (Rys. 1).

Rys. 1    Porównanie metody ciągłej i nieciągłej w obróbce skrawaniem

Ta nieciągłość znacznie pogarsza chropowatość możliwą do uzyskania w procesie skrawania. Można ją poprawić tylko poprzez zmniejszanie posuwu f narzędzia, co wydłuża czas obróbki, oraz przez zwiększanie prędkości obrotowej n narzędzia, co ma ograniczenia w postaci maksymalnej prędkości obrotowej wrzeciona obrabiarki lub dopuszczalnej prędkości skrawania Vc, po przekroczeniu której ostrze narzędzia ulega szybkiemu zużyciu.

Obecne możliwości cięcia ciągłego na frezarkach
Frezarki w początkowych założeniach były obrabiarkami używającymi narzędzi obrotowych – czyli bazujących na obróbce nieciągłej. Z czasem powstawały najróżniejsze konstrukcje i specjalne oprawki narzędziowe, które umożliwiły mocowanie na frezarkach narzędzi nieobrotowych, jak np. nóż tokarski lub dłuto, co umożliwiło wykonywanie na tych obrabiarkach zabiegów z obróbki ciągłej, takich jak toczenie, dłutowanie, struganie. Obrabiane w ten sposób powierzchnie mogły być tylko prostymi powierzchniami, jak np. płaszczyzna lub cylinder, bo jest to niejako aplikowanie na frezarkę istniejących zabiegów obróbki skrawaniem, jak toczenie czy dłutowanie. Głównym ograniczeniem wprowadzenia na frezarkę ciągłego cięcia dowolnych powierzchni krzywokreślnych jest geometria ostrza i jego orientacja względem materiału obrabianego (Rys. 2).

Rys. 2    Ciągła obróbka powierzchni: a) prostej, b) zakrzywionej

Aby zapewnić najlepsze warunki skrawania dla dowolnie zaprojektowanego ostrza należy je utrzymywać jak najbliżej nominalnej wielkości kąta przyłożenia A (Rys. 2a). Dlatego do ciągłej obróbki powierzchni krzywokreślnych kąt ten musi zmieniać się płynnie w czasie obróbki (Rys. 2b).
Przy zastosowaniu dynamicznych obrabiarek 5-cio osiowych pojawia się szeroki przedział powierzchni możliwych do wykonania standardowymi narzędziami np. tokarskimi. Są to głównie powierzchnie otwarte, ze względu na konieczność rozpędzenia i wyhamowania narzędzia, związane z minimalną prędkością skrawania Vc. Metodę ciągłego cięcia powierzchni krzywokreślnych w najprostszych wariantach uruchomić można stosując standardowe techniki programowania w systemie CAM plus drobne korekcje kodu. Przykład takiej obróbki ze stałym kątem przyłożenia do obrabianej powierzchni przedstawia rysunek 3.

Rys. 3    Kształtowanie powierzchni metodą ciągłego cięcia ze stałym kątem przyłożenia

Na rysunkach 4 i 5 przedstawiono przykładową strategię obróbki z ruchami powrotnymi, ze względu na nieosiowy charakter ostrza narzędzia względem osi wrzeciona.

Rys. 4 i Rys. 5 (obok)    Przykładowa strategia obróbki z użyciem standardowego wytaczadła tokarskiego

Zakres strategii obróbki można dodatkowo powiększyć używając specjalnych trzonków narzędziowych z wykorzystaniem istniejących na rynku płytek skrawających – zarówno tokarskich, jak i frezerskich. Przykład takich narzędzi przedstawiono na rysunku 6.

Rys. 6    Przykłady narzędzi specjalnych z krawędzią tnącą usytuowaną odpowiednio względem osi oprawki narzędziowej: a) centralnie – np. do zastosowania w ścieżkach z CAM, jako odpowiednik freza kulistego pracującego prostopadle do powierzchni obrabianej, b) centrycznie – np. do zastosowania w ścieżkach z CAM jako odpowiednik freza palcowego pracującego narożem (nie wymaga pozycjonowania osi S), c) kilkukrawędziowe – przykład narzędzia z centrycznie umieszczoną prostokątną krawędzią tnącą do wykorzystania w obróbce detalu z czterech stron, bez konieczności indeksacji osi S;