Это технологический процесс, позволяющий создавать как объемные, так и плоские металлические изделия. Мастера могут использовать как механизированные методы с различной степенью автоматизации, так и традиционные ручные подходы.
Какие работы выполняют на фрезерном станке
Фрезерование представляет собой процесс обработки металла, осуществляемый посредством резания. В этом процессе ключевую роль выполняет вращающаяся фреза, которая берет заготовку и подает её линейно. Фреза может работать как своим торцевым краем, так и боковой частью, в то время как заготовка перемещается в различных направлениях: продольно, поперечно или вертикально, – это и есть движение подачи.
На фрезерном станке возможно осуществлять различные операции обработки заготовок, такие как профилирование торцевых поверхностей, создание узоров и гравировок, сверление отверстий под резьбу, нарезка шлицов, паза и выбор канавок, а также многие другие виды работ. Каждая отдельная операция требует использования определенного типа фрезы. Возможности фрезерного оборудования расширяются за счет обработки не только металлических материалов, но и композитов, а также таких материалов, как древесина, пластик, стекло и другие твердые компоненты.
На фотографии изображен процесс производства пресс-формы на современном фрезерном станке с числовым программным управлением. Источник: https://www.123rf.com/
Обработка на фрезерных станках подразумевает прерывистый характер работы: каждый зуб фрезы погружается в металл на различную глубину и удаляет стружку разной толщины.
- Цилиндрическое фрезерование: в данном процессе участвуют периферийные зубья фрезы, позволяя обрабатывать плоские поверхности, которые расположены параллельно оси вращения инструмента;
- Торцевое фрезерование: это метод, где резка осуществляется как торцевыми, так и периферийными частями фрезы. Глубина реза увеличивается к центру и уменьшается на выходе, что позволяет создавать канавки и пазы, а также выполнять черновую обработку габаритов заготовок.
а) Цилиндрическое фрезерование, б) Торцевое фрезерование
Все виды работ, выполняемых на фрезерных станках, представляют собой сочетание указанных методов обработки.
Встречное и попутное фрезерование
Наиболее популярные методы фрезерования включают встречное и попутное фрезерование.
Встречное фрезерование (также известное как противоподача) — это процесс, при котором фреза и обрабатываемая заготовка движутся навстречу друг другу.
- Особенности включают мягкую резку с низкой нагрузкой на компоненты станка;
- минимальная деформация обрабатываемого металла;
- высокая продуктивность обработки.
- Важно уделять особое внимание надежной фиксации заготовки, так как встречное движение подачи может противодействовать силам резания, и деталь может быть «оторвана» от стола;
- При высоких режимах работы возможно быстрое изнашивание инструмента — поэтому необходимо правильно подбирать режимы резания;
- Образующаяся стружка подчас застревает в точках соприкосновения режущей кромки и снимаемого слоя металла.
Попутное фрезерование (или подача в одну сторону) характеризуется тем, что режущий инструмент вращается в том же направлении, что и заготовка.
- В условиях отсутствия противохода нет необходимости сильно крепить заготовку к столу, достаточно прижимной силы во время резания, поскольку само действие резания обеспечивает жесткость соединения;
- Режущие кромки фрезы в этом случае затупляются гораздо меньше;
- Стружка не попадает под режущую кромку;
- Съем металла происходит плавно, что позволяет достичь оптимального уровня шероховатости.
- Данный метод не подходит для грубо обработанных поверхностей, а в основном используется для чистовых операций;
- Твердые включения и неоднородные слои металла могут привести к быстрому износу режущей кромки;
- Станина станка должна быть достаточно жесткой, чтобы избежать вибраций.
Выбор метода обработки зависит от конкретных задач и типа материала, из которого изготовлено изделие на фрезерном станке. Обдирочные работы производятся исключительно при использовании метода противохода, этот же метод применяется, когда в материале присутствуют твердые включения. Мягкие сплавы более эффективно обрабатываются при попутном фрезеровании.
Что такое фрезерование с ЧПУ?
Прежде чем углубляться в детали процесса и механизмов, давайте сначала разберем, что же такое фрезерный станок с числовым программным управлением (ЧПУ) и проясним некоторые часто возникшие недоразумения относительно этого термина.
Во-первых, многие задаются вопросом, что такое механическая обработка с ЧПУ, когда ищут информацию о фрезеровании. Механическая обработка включает как фрезерование, так и токарную обработку, но эти два процесса имеют свои отличия. Механическая обработка — это технология механической резки, при которой используется физический контакт для удаления материала, используя широкий спектр инструментов.
Во-вторых, вся механическая обработка с ЧПУ использует станки с ЧПУ, но не все такие станки предназначены для механической обработки. Числовое программное управление — это то, что скрывается под аббревиатурой ЧПУ. Все станки с ЧПУ используют компьютеризированные системы для автоматизации процесса резки.
Следовательно, к станкам с ЧПУ относятся также лазерные резаки, плазменные резаки, гибочные прессы и т.д.
Таким образом, обработка с ЧПУ — это объединение этих двух терминов, что отвечает на вопрос, поставленный в заголовке. Фрезерование с ЧПУ представляет собой субстратный метод изготовления, использующий компьютерные системы числового управления для автоматизации процесса.
Процесс фрезерования
Хотя мы могли бы ограничиться только описанием процесса изготовления, рассмотрение всех этапов позволяет получить более полное представление о технологии.
Процесс фрезерования включает в себя:
- Проектирование деталей в среде автоматизированного проектирования (САПР);
- Преобразование файлов САПР в код для обработки;
- Настройка оборудования;
- Фабрикация деталей.
Проектирование файлов в САПР и их преобразование в код
Первый шаг включает в себя создание виртуального представления конечного продукта в программном обеспечении САПР. Существует множество мощных программ CAD-CAM, позволяющих пользователю генерировать необходимый G-код для обработки.
Код доступен для проверки и изменения по мере необходимости с учетом возможностей машины. Кроме того, технологи могут смоделировать весь процесс резания с использованием такого программного обеспечения. Это помогает обнаружить ошибки в дизайне и избежать создания моделей, которые невозможно будет изготовить.
G-код также может быть написан вручную, как это делалось ранее. Тем не менее, это значительно увеличивает время всего процесса, поэтому рекомендуется полностью использовать возможности современного инженерного программного обеспечения.
Настройка машины
Хотя станки с ЧПУ выполняют резку автоматически, много других аспектов процесса по-прежнему требует вмешательства оператора. Например, закрепление заготовки на рабочем столе, а также установка фрезерного инструмента на шпиндель станка.
Ручное фрезерование сильно зависит от опыта оператора, тогда как новые модели имеют более высокую степень автоматизации. Современные фрезерные центры могут иметь возможность замены инструмента в процессе работы, что минимизирует время простоя, хотя и их настойка должна быть выполнена заранее.
После завершения первоначальной настройки оператор в последний момент проверяет программу машины перед тем, как запустить её в работу.
Производственная работа:
В процессе фрезерования используется вращающийся инструмент, который контактирует с заготовкой, вырезая из нее стружку. В результате непрерывной резки формируется желаемая форма.
Существует несколько способов выполнения резки:
- Обычное фрезерование (попутное фрезерование);
- Встречное фрезерование.
Как видно из названия, обычное фрезерование было более распространённым методом, по крайней мере, в прошлом.
Технические особенности обычного фрезерования:
- Толщина стружки нарастает, что может вызвать перегрев и, как следствие, деформационное упрочнение;
- Начальный этап резки вызывает большее трение, что ускоряет износ инструмента и сокращает его срок службы;
- По мере удаления стружки зубья могут возвращаться на траекторию резания, что ухудшает качество полировки;
- Для обеспечения надежного крепления заготовки требуется плотный зажим, чтобы избежать её смещения под воздействием больших сил, направленных вверх.
Современные фрезерные станки с ЧПУ переходят на использование встречного фрезерования.
Особенности технологии
Фрезеровка позволяет придавать элементу любые желаемые геометрические параметры. Основная задача заключается в воздействии на материал фрезы (сверла). При вращении сверло с острыми зубьями медленно перемещается вдоль поверхности, удаляя верхний слой.
Эта технология имеет несколько ключевых преимуществ:
- В отличие от процессов заточки и сверления, фрезерование не создает значительного теплового воздействия из-за трения, сохраняя итоговую форму заготовки;
- Требуются сверла с зубьями, которые контактируют с деталью только в редких случаях, что исключает постоянную нагрузку на инструмент. Это способствует долговечности фрезы;
- Фрезеровка подходит для работы с различными поверхностями — вертикальными, горизонтальными, наклонными и фасонными.
Недостаток этой технологии заключается в том, что из-за многозубчатой конструкции может возникать значительная вибрация.
Виды фрезерования металла
Фрезерование с использованием ЧПУ и ручное фрезерование — это не единственные методики обработки материалов. Существуют еще два ключевых метода — попутное фрезерование и встречное фрезерование, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки.
Попутное фрезерование
Это метод, при котором режущие элементы вращаются в одном направлении со движением заготовки. К преимуществам данного метода относятся:
- естественное крепление стали к станине — не требуется чрезмерное давление для фиксации заготовки;
- незначительный износ режущих кромок — они почти не затупляются во время работы;
- плавное отведение стружки — она не попадает под нож;
- равномерное удаление припуска и поддержание оптимальной шероховатости.
Однако у этого метода есть и недостатки:
- ограниченное количество зазоров;
- для предотвращения сильных вибраций требуется надежная жесткость конструкции;
- метод не подходит для обдирочных работ, особенно с неподготовленными и грубыми поверхностями;
- затупка лезвия может происходить из-за твердых включений.
Встречное фрезерование
При этом методе фреза движется навстречу заготовке. Повышение производительности влечет за собой и больший риск износа оборудования. Преимущества включают:
- мягкий процесс резания с минимальной нагрузкой на механизм;
- незначительная деформация заготовки и упрочнение материала.
Недостатками являются:
- невозможность использования скоростных режимов, что ведет к быстрому износу;
- требуется надежная фиксация заготовки, поскольку часть силы резки направляется на отрыв;
- существует возможность попадания стружки в область реза.
Выбор метода зависит от степени подготовки и типа материала. Встречное фрезерование подходит для начальных обработок, тогда как попутное предпочтительно для более точной работы с заготовкой. Попутный метод будет более эффективен при обработке мягких металлов, тогда как твердые включения требуют встречи.
Виды фрез для обработки
- Дисковые фрезы — это универсальные инструменты, используемые для обрезки заготовок, прорезания канавок и снятия фасок. Эти фрезы могут иметь режущие кромки с одной или с обеих сторон;
- Торцевые фрезы подходят для обработки плоских или ступенчатых поверхностей, их рабочие части вращаются перпендикулярно поверхности;
- Цилиндрические фрезы бывают двух типов: с винтовыми и прямыми зубьями и используются на горизонтально-фрезерных станках для производства деталей в приборо- и машиностроении;
- Угловые фрезы требуются для формирования угловых и стружечных канавок, обработки наклонных поверхностей. Они могут иметь одноугловые или двухугловые конструкции, что означает, что режущие кромки располагаются на одном или двух конусах.
Рис. 3. Виды фрез по металлу
- Торцевые (пальцевые) фрезы используются для контурных выемок, уступов, пазов и фрезерования прямоугольных поверхностей;
- Шариковые фрезы создают полусферические углубления, а радиусные — канавки сложной конфигурации;
- Фасонные фрезы позволяют получать сложные профили, а конусовидные и остро заточенные зубья обеспечивают различные результаты обработки поверхностей;
- Червячные фрезы предназначены для обработки прямозубых, косозубых и шевронных цилиндрических колес, а также для нарезки зубьев шестерен;
- Фрезы с корончатым сверлом эффективны для создания отверстий в заготовках, значительно ускоряя процесс по сравнению со сверлением.
Способы фрезеровки металла
Фрезерование уступов: При обработке деталей с перпендикулярными поверхностями используются такие инструменты, как торцевые, дисковые и концевые фрезы. Эта методика подходит как для вертикальных, так и для горизонтальных фрезерных станков.
Торцевое фрезерование: Этот метод использует торцевые фрезы исключительно на горизонтальных фрезерных станках.
Рис. 4. Торцевое фрезерование металла
Профильная фрезеровка: Для достижения сложных вогнутых или выпуклых форм используется профильное фрезерование. Этот метод включает черновую, получистовую и чистовую обработку и подходит для изготовления сложных деталей. Для создания подобных особенностей часто применяются специальные многокоординатные станки.
Фрезерование глухих и сквозных канавок: Для создания пазов с различным сечением, включая глухие и сквозные, используются концевые и дисковые фрезы.
Выбор метода фрезерования зависит от таких факторов, как геометрические характеристики детали, свойства материала и необходимый уровень точности.
Основные фрезерные инструменты с ЧПУ
Фрезерование с ЧПУ можно разделить на различные типы с учетом конкретной поставленной задачи. Каждый тип разрабатывается для получения точных результатов в соответствии с требованиями заготовки. Несмотря на то, что виды фрезерования определяют метод или угол взаимодействия с материалом, инструменты, используемые в процессе, играют ключевую роль в достижении желаемой отделки и формы.
Фрезерные инструменты с ЧПУ
Выбор правильного фрезерного инструмента обеспечивает не только высокую эффективность, но и гарантию достижения желаемой отделки и точности конечного продукта. Рассмотрим распространенные виды фрез на столе.
Таблица: Основные инструменты ЧПУ
| Инструмент | Описание | Основное использование | Ключевая особенность |
| Торцевой фрезерный инструмент | Несколько режущих кромок для плоских поверхностей | Изготовление плоских поверхностей | Широкая поверхность резания |
| Шелл-мельница | Большая торцевая фреза с центральным отверстием | Эффективное удаление материала | Возможна установка на отдельную беседку |
| Шариковый резак | Полусферический режущий наконечник | Изготовление вогнутых форм и канавок | Закругленный профиль резания |
| Концевая фреза | Режущие кромки на торце и по бокам | Сверление, профилирование, нарезка пазов | Универсальность в задачах фрезерования |
Совершенствуйте свои методы с помощью параметров фрезерования с ЧПУ
Точность и эффективность процесса фрезерования с ЧПУ зависят не только от самого станка, но и в значительной степени от параметров, установленных оператором. Точная настройка этих параметров аналогична настройке музыкального инструмента; результат может быть гармоничным или диссонирующим в зависимости от их соблюдения.
Параметр 1: Скорость подачи
Скорость подачи определяет, с какой частотой фреза проходит через материал. Сбалансированная скорость подачи является критически важной по нескольким причинам:
- Качество отделки: Слишком медленная подача может привести к перегреву, тогда как слишком быстрая — к грубой поверхности;
- Срок службы инструмента: Неправильная скорость подачи может привести к преждевременному износу или поломке инструмента;
- Эффективность: Оптимизация скорости подачи может существенно сократить время обработки, увеличив общую производительность.
Упоминание в исследовании Международного журнала станков и производства указывает на прямую связь между скоростью подачи и шероховатостью поверхности. Результаты исследования показали, что более низкая скорость подачи обеспечивала более гладкую поверхность.
Параметр 2: Скорость шпинделя (об/мин)
Следующий по важности параметр — скорость шпинделя, измеряемая в об/мин. Этот параметр влияет на скорость вращения фрезы и определяет несколько ключевых аспектов:
- Генерация тепла: Высокие обороты могут привести к перегреву, что может негативно сказаться на как инструменте, так и на заготовке;
- Скорость удаления материала (MRR): Скорость шпинделя играет важную роль в определении MRR, который представляет собой объем материала, удаляемого за минуту;
- Износ инструмента: Неправильная скорость шпинделя может привести как к недостаточной утилизации инструмента, так и к его быстрому ухудшению.
Можно подчеркнуть, что оптимизированная скорость шпинделя может увеличить срок службы инструмента до 25%.
Параметр 3: Глубина резания
Глубина резания, как видно из названия, определяет, насколько глубоко инструмент погружен в заготовку во время фрезерования. Этот параметр требует внимательного мониторинга по следующим причинам:
- Нагрузка на инструменты: Более глубокие резы создают большую нагрузку на фрезерные инструменты, поэтому необходимы надежные инструменты, готовые к таким нагрузкам;
- Чистота поверхности: Большая глубина реза может привести к более грубой обработке, особенно если другие параметры не оптимизированы;
- Вибрации: Чрезмерная глубина резания может вызывать вибрации, что может угрожать целостности как заготовки, так и инструмента.
Попробуйте применить эти итоги в своей практике прямо сейчас!
