1. Czynniki obrabianego przedmiotu wpływają na wybór oprawki narzędziowej
Czynniki wpływające na wybór oprawki narzędziowej obejmują obrabialność materiału przedmiotu obrabianego w każdym zadaniu oraz konfigurację końcowej części, która może określić rozmiar oprawki narzędziowej niezbędny do uzyskania określonego profilu lub cechy. Uchwyt narzędzia powinien być tak prosty i łatwy w użyciu, jak to tylko możliwe, aby zminimalizować możliwość błędu operatora.
Kluczową rolę odgrywają podstawowe elementy konstrukcyjne obrabiarki – szybka maszyna z prowadnicami liniowymi wykorzysta oprawkę narzędziową przeznaczoną do zastosowań wymagających dużych prędkości, natomiast maszyna z rowkiem skrzynkowym wspiera obróbkę z dużymi obciążeniami. Maszyny wielozadaniowe mogą jednocześnie wykonywać operacje toczenia i frezowania/wiercenia.
Uchwyt narzędziowy można również wybrać zgodnie ze strategią obróbki. Na przykład warsztaty używają różnych narzędzi, aby zmaksymalizować produktywność w operacjach cięcia z dużą prędkością (HSC), które obejmują płytkie głębokości skrawania (HHS), lub w zastosowaniach cięcia o wysokiej wydajności (HPC), które skupiają się na cięciu z dużą mocą. Jednakże obrabiarki o ograniczonej prędkości zapewniają wysoką wydajność usuwania metalu.
Niskie powtarzalne bicie pomaga zapewnić stałą wielkość zagłębienia narzędzia, redukując wibracje i maksymalizując trwałość narzędzia. Równowaga ma kluczowe znaczenie, a wysokiej jakości oprawki narzędziowe powinny być precyzyjnie wyważane dynamicznie przy masie G2,5-25000 obr./min (1 g.mm). Warsztaty mogą określić system oprawek narzędziowych, który będzie w stanie ekonomicznie zaspokoić ich potrzeby produkcyjne w oparciu o rzeczywiste warunki lub po konsultacji z dostawcami narzędzi.
2. Każdy uchwyt narzędziowy powinien spełniać określone wymagania procesowe.
Niezależnie od tego, czy są to proste mocowane z boku, płaszczowe, termokurczliwe, mechaniczne czy hydrauliczne, oprawki narzędziowe powinny spełniać określone wymagania procesowe.
Tulejki sprężynowe i tuleje wymienne to najczęściej stosowane technologie okrągłych oprawek narzędziowych. Ekonomiczna wersja ER jest dostępna w różnych rozmiarach i zapewnia wystarczającą siłę mocowania do niezawodnych lekkich operacji frezowania i wiercenia. Precyzyjne oprawki narzędziowe z tulejką ER charakteryzują się niskim biciem (< 5µm at the tool tip) and a symmetrical design balanced for high-speed operations, while reinforced versions are available for heavy-duty machining. ER toolholders allow for quick changeovers to accommodate a variety of tool diameters.
Oprawki termokurczliwe zapewniają dużą siłę mocowania, koncentryczność 3 μm przy 3xD i doskonałe właściwości wyważające. Kompaktowa konstrukcja uchwytu zapewnia doskonały dostęp do skomplikowanych części.
Wzmocnione oprawki narzędziowe umożliwiają frezowanie od średnich do ciężkich, ale siła mocowania zależy od tolerancji średnicy wewnętrznej oprawki i oprawki narzędziowej. Narzędzia termokurczliwe wymagają zakupu specjalnego urządzenia grzewczego, a proces nagrzewania/chłodzenia wymaga więcej czasu na konfigurację niż zwykła wymiana tulei zaciskowej. Mechaniczny uchwyt frezujący zapewnia dużą siłę mocowania i wysoką sztywność promieniową dzięki wielu rzędom łożysk igiełkowych. Taka konstrukcja umożliwia frezowanie przy dużych obciążeniach i szybką wymianę narzędzi, ale bicie może być większe niż w przypadku systemu tulei zaciskowych. Uchwyty mechaniczne są często większe niż inne typy oprawek narzędziowych, co może ograniczać zasięg narzędzia w przypadku niektórych elementów części.
W porównaniu do uchwytów mechanicznych, uchwyty hydrauliczne, które wykorzystują ciśnienie oleju do generowania siły mocowania, mają mniej elementów wewnętrznych i dlatego mają stosunkowo węższy profil. Uchwyty hydrauliczne charakteryzują się niskim biciem promieniowym i są skuteczne przy rozwiercaniu, wierceniu i lekkim frezowaniu przy dużych prędkościach wrzeciona, ale są wrażliwe na duże obciążenia promieniowe.
3. Wrzeciono lub stożkowy koniec określa zdolność przenoszenia momentu obrotowego i dokładność ustawienia narzędzia
Równie ważny, jak sposób mocowania narzędzia skrawającego przez uchwyt narzędziowy, jest sposób mocowania uchwytu do wrzeciona obrabiarki. Tradycyjne stożki oprawek BT, DIN i CAT nadają się do mniejszych obrabiarek, ale mogą mieć ograniczenia w obróbce z dużymi prędkościami. Wersje z dwustronnym stykiem na stożku i powierzchni czołowej oprawki narzędziowej zapewniają większą sztywność i dokładność, zwłaszcza przy dużych wysięgach. Niezawodne przenoszenie większego momentu obrotowego wymaga większych rozmiarów stożka.
Wybór wzoru stożka oprawki narzędziowej często różni się w zależności od regionu. HSK zaczęło pojawiać się w Niemczech w połowie-1990XX wieku, kiedy 5-obrabiarki osiowe stawały się coraz bardziej popularne. Oprawki CAT są używane głównie w Stanach Zjednoczonych, natomiast w Azji oprawki narzędziowe BT są bardzo popularne i często są dostępne w wersjach z podwójnym kontaktem/kontaktem.
HSK jest powszechnie używany do obróbki 5-osi. Połączenia PSC (Polygonal Clamping System: Capto) i KM są stosowane głównie w obrabiarkach wielozadaniowych i opierają się na normach ISO. Zarówno KM, jak i Capto to systemy modułowe, które pozwalają na montaż narzędzi o określonej długości poprzez połączenie prętów przedłużających lub redukcyjnych. Ponieważ wielozadaniowe obrabiarki stają się coraz bardziej powszechne, coraz większą popularnością cieszą się oprawki narzędziowe, które mogą wykonywać toczenie, frezowanie, wiercenie i inne rodzaje obróbki w jednym ustawieniu.
4. Podsumowanie
Warsztaty muszą doceniać znaczenie oprawek narzędziowych w swoich systemach obróbki i rozumieć, jak prawidłowo dopasować odpowiednią oprawkę narzędziową do konkretnej obrabiarki, strategii obróbki i przedmiotu obrabianego, aby zwiększyć produktywność i obniżyć koszty.
Przyszłe udoskonalenia technologiczne nie będą już ograniczać się do samego uchwytu narzędzia. Zarządzanie narzędziami za pomocą oprogramowania i znaczników RFID jest elementem produkcji opartej na danych i staje się coraz bardziej powszechne. Postępy w technologii oprawek narzędziowych obejmują oprawki wyposażone w czujniki monitorujące siły działające na oprawkę w czasie rzeczywistym. Zebrane dane umożliwiają operatorom dostosowywanie parametrów obróbki podczas obróbki, nawet automatycznie, za pośrednictwem sztucznej inteligencji (AI) podłączonej do jednostki sterującej maszyny. Te i inne nowe technologie jeszcze bardziej zwiększą udział produkcyjny oprawek narzędziowych w procesie obróbki.
