По какой причине ваши отверстия, просверленные с ЧПУ, не проходят проверку качества?

Вы закончили крупносерийное производство, но инспектор по качеству забраковал партию. Отверстия овальные, неровные или немного неправильно расположены. Вы теряете драгоценное время и деньги, пытаясь найти первопричину.

Распространенные причины неудачных отверстий включают, но не ограничиваются ими: начальное гуляние сверла, биение шпинделя (приводящее к овальности), чрезмерные выходные заусенцы и внутренние следы от болтанки. Эти проблемы можно решить, стабилизировав начальный контакт, минимизировав биение до уровня менее 0,02 мм и оптимизировав подачу и скорость для конкретного материала.

Некоторые операторы часто винят G-код или контроллер станка, но цикл сверления - будь то G81 или G73 - следует только по заданному пути. Настоящие проблемы почти всегда механические или связаны с настройкой. Позвольте мне объяснить физические причины неудачных операций сверления и то, как я их устраняю, чтобы каждая деталь прошла контроль.

Почему Drill Walk происходит в начале цикла?

Вы наблюдаете, как сверло приближается к детали. Оно касается поверхности и скользит в сторону, прежде чем вгрызается в металл. Теперь ваше отверстие смещено от центра, и деталь испорчена.

Ход сверла происходит, когда вершина инструмента скользит по поверхности заготовки из-за отсутствия пилотного отверстия, геометрических дефектов вершины сверла или плохого зажима. Использование точечного сверла или высококачественного твердосплавного сверла с раздвоенным острием обеспечивает немедленное центрирование инструмента, предотвращая его первоначальное отклонение.

Смещение сверла в начале цикла редко является ошибкой программы. Это проблема стабильности. Когда стандартное сверло, особенно с углом острия 118°, касается гладкой или твердой поверхности, оно с трудом находит опору. Кромка долота - самый кончик сверла - не режет, а выдавливает. Если вы не используете центровочное сверло или точечное сверление¹ для создания направляющей, вращательные силы будут толкать сверло вбок по материалу. Этот "занос" продолжается до тех пор, пока сверло не забурится, в результате чего образуется отверстие, значительно смещенное от запрограммированных координат.

Эта проблема усугубляется, если ваш инструмент имеет геометрические дефекты. Если две главные режущие кромки не совсем одинаковы по длине или высоте, силы резания становятся несбалансированными. Сверло эффективно отталкивается от более сильной стороны.
Чтобы исправить это, я всегда рекомендую использовать "пробное бурение²" на низкой скорости подачи, если вы не уверены. Однако лучшее решение - механическое: используйте точечное сверло для создания точного центрального отверстия. Если точечное сверление невозможно, используйте сверло из твердого сплава высокой прочности с геометрией split-point, которое самоцентрируется. Также проверьте зажим заготовки. Если деталь вибрирует или даже немного смещается при контакте, сверло будет ходить.

Коренная причина	Механизм	Практическое решение
Пропавший пилот	Наконечник сверла скользит по гладкой поверхности	Всегда используйте сначала центровочное/точечное сверло
Геометрия инструмента	Неровные края создают боковую силу	Проверьте симметрию сверла; используйте точку разделения
Машина/Установка	Вибрация обеспечивает движение	Надежный зажим; Проверьте жесткость шпинделя
Материал	Твердые участки отклоняют наконечник	Уменьшите подачу на входе; используйте более жесткие твердосплавные инструменты

Как биение шпинделя влияет на округлость и размер отверстий?

Вы измеряете диаметр отверстия с помощью штифтового калибра. Он подходит в одном направлении, но не в другом, потому что отверстие имеет форму яйца или треугольника.

Биение шпинделя приводит к тому, что сверло вращается по орбите, а не по вертикали, создавая отверстия больших размеров, лопастные или эллиптические. Биение более 0,02 мм заставляет центр резания отклоняться от теоретического центра, что приводит к низкой точности размеров и неравномерному износу инструмента.

Биение шпинделя - главный враг круглости отверстий. В идеальном мире ваша дрель идеально вращается вокруг своей оси. В реальности изношенные подшипники или ослабленные патроны вызывают радиальное биение³. Когда это происходит, сверло не просто вращается, оно движется по орбите. Оно действует скорее как сверло, чем как бур, вырезая отверстие, диаметр которого фактически больше диаметра сверла.
Этот процесс разрушает круглость. Из-за колебаний инструмента траектория резания отклоняется от идеальной окружности. В итоге получаются эллиптические, многоугольные или "лопастные" (часто треугольные) отверстия.

Воздействие распространяется на допуски⁴. Вы можете обнаружить, что диаметр отверстия изменяется на разной глубине или не совпадает у разных деталей. Если радиальное биение превышает 0,02 мм, выдержать жесткие допуски практически невозможно.
Биение также вредит вашим инструментам. Оно заставляет одну сторону сверла выполнять больший объем работы, что приводит к неравномерному износу кромок. Это создает вибрацию, которая еще больше ухудшает качество обработки поверхности. Я всегда проверяю биение с помощью циферблатного индикатора. Если оно велико, перейдите на высокоточные гидравлические или термоусадочные патроны, чтобы стабилизировать инструмент.

Выпуск	Причина	Последствия
Отверстия увеличенного размера	Инструмент "вращается" из-за биения	Фактический диаметр реза > диаметр сверла
Плохая округлость	Периодическое радиальное смещение	Эллиптические или лопастные (треугольные) отверстия
Неравномерный износ	Одна губа разрезает больше материала	Сокращение срока службы инструмента и повышенная вибрация

Почему на выходных отверстиях образуется много заусенцев?

На верхней поверхности отверстие выглядит идеально. Но когда вы переворачиваете деталь, вы видите зазубренный металлический колпачок или "корону", свисающую с нижней части, которая требует ручной зачистки.

Чрезмерные заусенцы на выходе возникают из-за того, что сверло выталкивает материал, а не режет его при прохождении. Это происходит из-за затупленного инструмента, агрессивной подачи на выходе или отсутствия опоры. Острые инструменты и уменьшенная подача на выходе предотвращают эту пластическую деформацию.

Выходные заусенцы почти всегда более серьезны, чем входные. Это объясняется механикой прорыва. Когда сверло достигает дна заготовки, оставшийся материал становится очень тонким. Он теряет свою структурную прочность. Если параметры резания слишком агрессивны, сверло перестает "резать" металл и начинает его "выдавливать" или толкать. Материал рвется и пластически деформируется, образуя большой заусенец или "шапочку", которая держится на выходе.

Это особенно часто встречается в ковкие материалы⁵ например, алюминиевые сплавы или нержавеющая сталь, где металл растягивается, прежде чем сломаться. Это также происходит, когда инструменты затуплены. Изношенная режущая кромка увеличивает осевое усилие, необходимое для проникновения, в результате чего инструмент действует как перфоратор, а не как лезвие.
Чтобы устранить это, я сосредоточился на "стратегии выхода". Во-первых, убедитесь, что геометрия инструмента соответствует материалу - стандартные острия могут оказаться недостаточно острыми. Во-вторых, уменьшите скорость подачи примерно на 50% в тот момент, когда сверло уже готово прорваться. Это снижает силу резания и позволяет кромке чисто срезать последний слой. Для критических деталей подложите под заготовку жертвенную опорную пластину, которая обеспечит поддержку и практически исключит выходные заусенцы⁶.

Фактор	Причина Берра	Решение
Режущее действие	Вдавливание/выдавливание в сравнении со стрижкой	Используйте острые инструменты с положительной геометрией
Скорость подачи	Высокая осевая сила прорывает	Уменьшите подачу на 50% на выходе из отверстия
Материальная поддержка	Тонкий материал легко деформируется	Используйте жертвенную опорную пластину
Износ инструмента	Тупые края действуют как удар	Регулярно проверяйте и заменяйте буры

Как устранить следы болтанки в просверленном отверстии?

Загляните в отверстие с фонариком и увидите неровные спиралевидные линии или узор, похожий на виниловую пластинку. Скорее всего, дрель издавала звук удара молотком во время резки.

Следы от болтанки возникают в результате самовозбуждающихся вибраций, вызванных длинными свесами инструмента, недостаточной жесткостью или плохим отводом стружки. Устранить эти следы можно, укоротив сверло, избегая резонансных скоростей шпинделя и используя циклы сверления "пек" для удаления стружки и охлаждения зоны резания.

Дребезг - это видимый признак нестабильности. Внутри просверленного отверстия оно обычно проявляется в виде вибраций или спиралей на неровной поверхности. Наиболее распространенным виновником является выступ инструмента⁷. Чем дальше сверло отходит от держателя, тем менее жестким оно становится. Оно действует как вибрирующая вилка. Когда силы резания колеблются, сверло вибрирует, вгрызаясь в стенки отверстия и создавая эти уродливые следы.

Другой важной причиной является засорение стружкой⁸. Если стружка не может удаляться, она скапливается в желобках и трется о стенки отверстия, создавая трение и вибрацию.
Чтобы решить эту проблему, начните с укорачивания свеса сверла. Используйте самый короткий инструмент, соответствующий глубине. При глубоком сверлении используйте держатели с высокой жесткостью.
Затем посмотрите на свои параметры. Часто дребезг возникает в определенной "резонансной зоне". Простое изменение скорости вращения шпинделя - в сторону увеличения или уменьшения - может мгновенно остановить вибрацию. И наконец, используйте цикл сверления с шарошкой (например, G83). Это разбивает стружку и вытягивает ее из отверстия, одновременно обеспечивая доступ охлаждающей жидкости к наконечнику. Эта смазка уменьшает трение и тепловую деформацию, обеспечивая гладкую и чистую поверхность отверстия.

Стратегия	Действие	Выгода
Повышение жесткости	Укоротите свесы сверл	Уменьшает отклонение и эффект "вилки"
Нарушить резонанс	Регулировка числа оборотов шпинделя	Перемещение операции из зоны вибрации
Чистые чипсы	Используйте бурение Пек (G83)	Предотвращает засорение и натирание стен
Усиление охлаждения	Внутренняя охлаждающая жидкость высокого давления	Смазывает трение и смывает стружку

Заключение

Вы можете решить проблему неудач при сверлении, стабилизировав старт для предотвращения гуляния, минимизировав биение для обеспечения круглости, регулируя скорость выхода для предотвращения образования заусенцев и увеличив жесткость для устранения болтанки.

---