I. Myötäjyrsinnän ja perinteisen jyrsinnän periaatteet ja vaikuttavat tekijät CNC-jyrsinkoneissa
(A) Jyrsintäjyrsinnän periaatteet ja niihin liittyvät vaikutukset
CNC-jyrsinkoneen työstöprosessissa nousujyrsintä on erityinen jyrsintämenetelmä. Kun jyrsimen ja työkappaleen pyörimissuunta on sama kuin työkappaleen syöttösuunta, sitä kutsutaan nousujyrsinnäksi. Tämä jyrsintämenetelmä liittyy läheisesti jyrsinkoneen mekaanisiin rakenteisiin, erityisesti mutterin ja ruuvin väliseen välykseen. Nousujyrsinnässä vaakasuoran jyrsintäkomponentin voima muuttuu ja ruuvin ja mutterin välinen välys aiheuttaa työpöydän ja ruuvin liikkumisen vasemmalle ja oikealle. Tämä jaksollinen liike on nousujyrsinnässä tärkeä ongelma, mikä tekee työpöydän liikkeestä erittäin epävakaan. Tämän epävakaan liikkeen aiheuttamat vauriot leikkaustyökalulle ovat ilmeisiä ja leikkaustyökalun hampaat voivat helposti vaurioitua.
CNC-jyrsinkoneen työstöprosessissa nousujyrsintä on erityinen jyrsintämenetelmä. Kun jyrsimen ja työkappaleen pyörimissuunta on sama kuin työkappaleen syöttösuunta, sitä kutsutaan nousujyrsinnäksi. Tämä jyrsintämenetelmä liittyy läheisesti jyrsinkoneen mekaanisiin rakenteisiin, erityisesti mutterin ja ruuvin väliseen välykseen. Nousujyrsinnässä vaakasuoran jyrsintäkomponentin voima muuttuu ja ruuvin ja mutterin välinen välys aiheuttaa työpöydän ja ruuvin liikkumisen vasemmalle ja oikealle. Tämä jaksollinen liike on nousujyrsinnässä tärkeä ongelma, mikä tekee työpöydän liikkeestä erittäin epävakaan. Tämän epävakaan liikkeen aiheuttamat vauriot leikkaustyökalulle ovat ilmeisiä ja leikkaustyökalun hampaat voivat helposti vaurioitua.
Ylhäällä jyrsinnällä on kuitenkin myös ainutlaatuisia etuja. Ylhäällä jyrsinnän aikana pystysuoran jyrsintäkomponentin voiman suunta on painaa työkappaletta työpöytää vasten. Tässä tapauksessa leikkuutyökalun hampaiden ja työstetyn pinnan välinen liuku- ja kitkavaikutus on suhteellisen pieni. Tällä on suuri merkitys työstöprosessille. Ensinnäkin on hyödyllistä vähentää leikkuutyökalun hampaiden kulumista. Leikkaustyökalun hampaiden kulumisen vähentäminen pidentää leikkuutyökalun käyttöikää, mikä vähentää työstökustannuksia. Toiseksi tämä suhteellisen pieni kitka voi vähentää muokkauslujittumista. Myötölujittuminen lisää työkappaleen materiaalin kovuutta, mikä ei ole suotuisa myöhemmille työstöprosesseille. Myötölujittuman vähentäminen auttaa varmistamaan työkappaleen työstölaadun. Lisäksi nousujyrsintä voi myös vähentää pinnan karheutta, jolloin työstetyn työkappaleen pinta on tasaisempi, mikä on erittäin hyödyllistä työskenneltäessä työkappaleita, joilla on korkeat pinnanlaatuvaatimukset.
On huomattava, että nousujyrsinnän käytöllä on tiettyjä ehdollisia rajoituksia. Kun ruuvin ja työpöydän mutterin välinen välys voidaan säätää alle 0,03 mm:iin, nousujyrsinnän edut voidaan hyödyntää paremmin, koska liikeongelmaa voidaan tehokkaasti hallita tässä vaiheessa. Lisäksi nousujyrsintä on parempi vaihtoehto ohuita ja pitkiä työkappaleita jyrsittäessä. Ohuet ja pitkät työkappaleet vaativat vakaammat työstöolosuhteet työstöprosessin aikana. Nousujyrsinnän pystysuora komponenttivoima auttaa kiinnittämään työkappaleen ja vähentämään ongelmia, kuten muodonmuutoksia, työstöprosessin aikana.
(B) Perinteisen jyrsinnän periaatteet ja niihin liittyvät vaikutukset
Perinteinen jyrsintä on vastakohta nousujyrsinnälle. Kun jyrsimen ja työkappaleen välisen osan pyörimissuunta poikkeaa työkappaleen syöttösuunnasta, sitä kutsutaan tavanomaiseksi jyrsinnäksi. Perinteisessä jyrsinnässä pystysuoran jyrsintäkomponentin voiman suunta on työkappaleen nostaminen, mikä lisää leikkuutyökalun hampaiden ja työstetyn pinnan välistä liukumatkaa ja lisää kitkaa. Tämä suhteellisen suuri kitka aiheuttaa useita ongelmia, kuten leikkuutyökalun kulumisen lisääntymisen ja työstetyn pinnan muokkauslujittumisen pahenemisen. Työstetyn pinnan muokkauslujittuminen lisää pinnan kovuutta, vähentää materiaalin sitkeyttä ja voi vaikuttaa seuraavien työstöprosessien tarkkuuteen ja pinnan laatuun.
Perinteinen jyrsintä on vastakohta nousujyrsinnälle. Kun jyrsimen ja työkappaleen välisen osan pyörimissuunta poikkeaa työkappaleen syöttösuunnasta, sitä kutsutaan tavanomaiseksi jyrsinnäksi. Perinteisessä jyrsinnässä pystysuoran jyrsintäkomponentin voiman suunta on työkappaleen nostaminen, mikä lisää leikkuutyökalun hampaiden ja työstetyn pinnan välistä liukumatkaa ja lisää kitkaa. Tämä suhteellisen suuri kitka aiheuttaa useita ongelmia, kuten leikkuutyökalun kulumisen lisääntymisen ja työstetyn pinnan muokkauslujittumisen pahenemisen. Työstetyn pinnan muokkauslujittuminen lisää pinnan kovuutta, vähentää materiaalin sitkeyttä ja voi vaikuttaa seuraavien työstöprosessien tarkkuuteen ja pinnan laatuun.
Perinteisellä jyrsinnällä on kuitenkin myös omat etunsa. Perinteisessä jyrsinnässä vaakasuoran jyrsintäkomponentin voiman suunta on vastakkainen työkappaleen syöttöliikkeen suuntaan nähden. Tämä ominaisuus auttaa ruuvia ja mutteria sopimaan tiiviisti yhteen. Tässä tapauksessa työpöydän liike on suhteellisen vakaa. Jyrsittäessä epätasaisen kovuuden omaavia työkappaleita, kuten valukappaleita ja takokappaleita, joissa pinnalla voi olla kovia pintakerroksia ja muissa monimutkaisissa tilanteissa, perinteisen jyrsinnän vakaus voi vähentää leikkaustyökalun hampaiden kulumista. Tällaisia työkappaleita työstettäessä leikkaustyökalun on kestettävä suhteellisen suuria leikkausvoimia ja monimutkaisia leikkausolosuhteita. Jos työpöydän liike on epävakaa, se pahentaa leikkaustyökalun vaurioita, ja perinteinen jyrsintä voi jossain määrin helpottaa tätä tilannetta.
II. Ylänkijyrsinnän ja perinteisen jyrsinnän ominaisuuksien yksityiskohtainen analyysi CNC-jyrsinkoneissa
(A) Jyrsintäjyrsinnän ominaisuuksien perusteellinen analyysi
- Leikkauspaksuuden ja leikkausprosessin muutokset
Ylhäällä jyrsittäessä leikkaustyökalun jokaisen hampaan leikkauspaksuus kasvaa vähitellen pienestä suurempaan. Kun leikkaustyökalun hammas juuri ja juuri koskettaa työkappaletta, leikkauspaksuus on nolla. Tämä tarkoittaa, että leikkaustyökalun hammas liukuu leikkauspinnalla, jonka edellinen leikkaustyökalun hammas on jättänyt alkuvaiheessa. Vasta kun leikkaustyökalun hammas liukuu tietyn matkan tällä leikkauspinnalla ja leikkauspaksuus saavuttaa tietyn arvon, leikkaustyökalun hammas alkaa todella leikata. Tämä leikkauspaksuuden muuttaminen eroaa merkittävästi perinteisestä jyrsinnästä. Samoissa leikkausolosuhteissa tällä ainutlaatuisella leikkausmenetelmällä on tärkeä vaikutus leikkaustyökalun kulumiseen. Koska leikkaustyökalun hammas liukuu ennen leikkauksen aloittamista, isku leikkaustyökalun leikkausreunaan on suhteellisen pieni, mikä on hyödyllistä leikkaustyökalun suojaamisen kannalta. - Leikkausreitti ja työkalun kuluminen
Verrattuna perinteiseen jyrsintään, leikkaustyökalun hampaiden matka työkappaleella on lyhyempi nousujyrsinnässä. Tämä johtuu siitä, että nousujyrsinnässä leikkausmenetelmä tekee leikkaustyökalun ja työkappaleen välisestä kosketusreitistä suoremman. Tällaisissa olosuhteissa, samoissa leikkausolosuhteissa, leikkaustyökalun kuluminen nousujyrsinnässä on suhteellisen pieni. On kuitenkin huomattava, että nousujyrsintä ei sovellu kaikille työkappaleille. Koska leikkaustyökalun hampaat alkavat aina leikata työkappaleen pinnasta, nousujyrsintä ei ole sopiva menetelmä, jos työkappaleen pinnalla on kova pintakerros, kuten joissakin käsittelemättömissä valu- tai taontatyökappaleissa. Koska kovan pintakerroksen kovuus on suhteellisen korkea, sillä on suhteellisen suuri vaikutus leikkaustyökalun hampaisiin, se nopeuttaa leikkaustyökalun kulumista ja voi jopa vahingoittaa leikkaustyökalua. - Leikkausmuodonmuutos ja tehonkulutus
Keskimääräinen leikkauspaksuus nousujyrsinnässä on suuri, mikä tekee leikkausmuodonmuutoksen suhteellisen pieneksi. Pieni leikkausmuodonmuutos tarkoittaa, että työkappaleen materiaalin jännitys- ja venymäjakauma leikkausprosessin aikana on tasaisempi, mikä vähentää paikallisen jännityskeskittymän aiheuttamia työstöongelmia. Samalla nousujyrsinnässä tehonkulutus on pienempi verrattuna perinteiseen jyrsintään. Tämä johtuu siitä, että leikkausvoiman jakautuminen leikkaustyökalun ja työkappaleen välillä nousujyrsinnässä on järkevämpi, mikä vähentää tarpeettomia energiahävikkiä ja parantaa työstötehokkuutta. Laajamittaisissa tuotanto- tai työstöympäristöissä, joissa on energiankulutusvaatimuksia, tällä nousujyrsinnän ominaisuudella on tärkeä taloudellinen merkitys.
(B) Perinteisen jyrsinnän ominaisuuksien perusteellinen analyysi
- Työpöydän liikkeen vakaus
Perinteisessä jyrsinnässä jyrsimen työkappaleeseen kohdistaman vaakasuoran leikkausvoiman suunta on vastakkainen työkappaleen syöttöliikkeen suuntaan, joten ruuvi ja työpöydän mutteri pystyvät pitämään kierteen toisen puolen tiiviisti kosketuksessa. Tämä ominaisuus varmistaa työpöydän liikkeen suhteellisen vakauden. Koneistusprosessin aikana työpöydän vakaa liike on yksi tärkeimmistä työstötarkkuuden varmistavista tekijöistä. Nousujyrsintään verrattuna nousujyrsinnässä vaakasuoran jyrsintävoiman suunta on sama kuin työkappaleen syöttöliikkeen suunta, joten työpöytä liikkuu ylös ja alas ruuvin ja työpöydän mutterin välisen välyksen vuoksi, kun leikkaustyökalun hampaiden työkappaleeseen kohdistama voima on suhteellisen suuri. Tämä liike ei ainoastaan häiritse leikkausprosessin vakautta, vaikuta työkappaleen työstölaatuun, vaan voi myös vahingoittaa leikkaustyökalua vakavasti. Siksi joissakin työstötilanteissa, joissa työstötarkkuudelle ja työkalun suojaukselle on korkeat vaatimukset, perinteisen jyrsintämenetelmän vakausetu tekee siitä sopivamman valinnan. - Koneistetun pinnan laatu
Perinteisessä jyrsinnässä leikkaustyökalun hampaiden ja työkappaleen välinen kitka on suhteellisen suuri, mikä on tavanomaisen jyrsintämenetelmän merkittävä ominaisuus. Suhteellisen suuri kitka pahentaa työstetyn pinnan muokkauslujittumista. Työstetyn pinnan muokkauslujittuminen lisää pinnan kovuutta, vähentää materiaalin sitkeyttä ja voi vaikuttaa seuraavien työstöprosessien tarkkuuteen ja pinnan laatuun. Esimerkiksi joissakin työkappaleiden työstöissä, jotka vaativat myöhempää hiontaa tai tarkkaa kokoonpanoa, tavanomaisen jyrsintämenetelmän jälkeinen kylmäkova pinta voi vaatia lisäkäsittelyprosesseja kylmäkovetuskerroksen poistamiseksi työstövaatimusten täyttämiseksi. Joissakin erityistapauksissa, kuten esimerkiksi silloin, kun työkappaleen pinnan kovuudelle on tiettyjä vaatimuksia tai myöhempi työstöprosessi ei ole herkkä pinnan kylmäkovetuskerrokselle, voidaan myös hyödyntää tätä tavanomaisen jyrsintämenetelmän ominaisuutta.
III. Myötäjyrsinnän ja perinteisen jyrsinnän valintastrategiat käytännön koneistuksessa
Todellisessa CNC-jyrsinkoneen työstössä nousujyrsinnän ja perinteisen jyrsinnän valinnassa on otettava huomioon useita tekijöitä kokonaisvaltaisesti. Ensinnäkin on otettava huomioon työkappaleen materiaalin ominaisuudet. Jos työkappaleen materiaalin kovuus on suhteellisen korkea ja pinnalla on kova pinta, kuten joissakin valuissa ja takeissa, perinteinen jyrsintä voi olla parempi valinta, koska perinteinen jyrsintä voi vähentää leikkaustyökalun kulumista jossain määrin ja varmistaa työstöprosessin vakauden. Jos työkappaleen materiaalin kovuus on kuitenkin tasainen ja pinnanlaadulle asetetaan korkeat vaatimukset, kuten joidenkin tarkkuusmekaanisten osien työstössä, nousujyrsinnällä on enemmän etuja. Se voi tehokkaasti vähentää pinnan karheutta ja parantaa työkappaleen pinnanlaatua.
Todellisessa CNC-jyrsinkoneen työstössä nousujyrsinnän ja perinteisen jyrsinnän valinnassa on otettava huomioon useita tekijöitä kokonaisvaltaisesti. Ensinnäkin on otettava huomioon työkappaleen materiaalin ominaisuudet. Jos työkappaleen materiaalin kovuus on suhteellisen korkea ja pinnalla on kova pinta, kuten joissakin valuissa ja takeissa, perinteinen jyrsintä voi olla parempi valinta, koska perinteinen jyrsintä voi vähentää leikkaustyökalun kulumista jossain määrin ja varmistaa työstöprosessin vakauden. Jos työkappaleen materiaalin kovuus on kuitenkin tasainen ja pinnanlaadulle asetetaan korkeat vaatimukset, kuten joidenkin tarkkuusmekaanisten osien työstössä, nousujyrsinnällä on enemmän etuja. Se voi tehokkaasti vähentää pinnan karheutta ja parantaa työkappaleen pinnanlaatua.
Myös työkappaleen muoto ja koko ovat tärkeitä huomioitavia seikkoja. Ohuiden ja pitkien työkappaleiden kohdalla nousujyrsintä auttaa vähentämään työkappaleen muodonmuutoksia koneistuksen aikana, koska nousujyrsinnän pystysuora komponenttivoima voi painaa työkappaletta paremmin työpöytää vasten. Joidenkin monimutkaisen muotoisten ja suurten työkappaleiden kohdalla on tarpeen ottaa kokonaisvaltaisesti huomioon työpöydän liikkeen vakaus ja leikkaustyökalun kuluminen. Jos työpöydän liikkeen vakausvaatimus koneistuksen aikana on suhteellisen korkea, perinteinen jyrsintä voi olla sopivampi vaihtoehto. Jos leikkaustyökalun kulumisen vähentämiseen ja koneistuksen tehokkuuden parantamiseen kiinnitetään enemmän huomiota ja olosuhteissa, jotka täyttävät koneistusvaatimukset, voidaan harkita nousujyrsintää.
Lisäksi jyrsinkoneen mekaaninen suorituskyky vaikuttaa myös nousujyrsinnän ja perinteisen jyrsinnän valintaan. Jos jyrsinkoneen ruuvin ja mutterin välinen välys voidaan säätää tarkasti suhteellisen pieneksi, esimerkiksi alle 0,03 mm:ksi, nousujyrsinnän edut voidaan hyödyntää paremmin. Jos jyrsinkoneen mekaaninen tarkkuus on kuitenkin rajallinen eikä välysongelmaa voida tehokkaasti hallita, perinteinen jyrsintä voi olla turvallisempi valinta, jotta vältetään työpöydän liikkeen aiheuttamat työstölaatuongelmat ja työkaluvauriot. Yhteenvetona voidaan todeta, että CNC-jyrsinkoneella työstettäessä sopiva nousujyrsintä- tai perinteinen jyrsintämenetelmä tulisi valita kohtuullisesti työstövaatimusten ja laitteiston olosuhteiden mukaan parhaan työstötuloksen saavuttamiseksi.