Боковое фрезерование:виды, параметры и основные области применения

Что такое боковое фрезерование?

Начнем с технического ответа на поставленный вопрос. Боковое фрезерование — это, по сути, процесс обработки, в частности фрезерование, при котором боковые кромки фрезы удаляют материал с заготовки. Это приводит к образованию вертикальных или угловатых поверхностей на стороне заготовки.

Это контрастирует с торцевым фрезерованием, при котором торцевые кромки выполняют резку, а боковые кромки не входят в зацепление.

Боковое фрезерование широко используется при обработке на станках с ЧПУ для создания 3D-элементов, таких как уступы, пазы, ступеньки, карманы и другие сложные геометрические детали, с высокой точностью.

Механика и производительность бокового фрезерования, как и любой операции механической обработки, определяются некоторыми параметрами обработки. Поскольку это стандартная операция фрезерования, параметры резания для бокового фрезерования довольно просты.

1. Скорость резки

Скорость резания (м/мин или фут/мин) зависит от того, насколько быстро режущая кромка движется по поверхности заготовки. Выбор скорости резания зависит от таких факторов, как материал заготовки, материал фрезы, геометрия фрезы, например угол спирали, а также требования к качеству, такие как производительность и качество поверхности.

2. Скорость подачи

Скорость подачи (мм/об) определяет, насколько быстро инструмент перемещается по заготовке. Это не следует путать со скоростью резания, которая представляет собой локальную скорость на границе раздела режущая кромка-материал, а подача — это то, как движется весь инструмент как единое целое. Более высокие подачи связаны с более высокой производительностью, но с низким качеством поверхности и термической стабильностью.

3. Осевая глубина резания

Осевая глубина резания (мм) — это то, насколько глубоко инструмент входит в заготовку в осевом направлении. Большая глубина резания увеличивает скорость съема материала, а также силу резания. Обычно прочность инструмента ограничивает осевую глубину резания, поскольку более глубокие резы могут вызвать отклонения инструмента и даже поломку.

4. Радиальная глубина резания

Радиальная глубина резания (мм) зависит от того, какая часть диаметра инструмента проникает в неразрезанную поверхность заготовки. Как и в случае с осевой глубиной резания, большая радиальная глубина резания увеличивает усилия, температуру и производительность. Он может варьироваться от 5–10 % диаметра фрезы при чистовой обработке боковых стенок до 100 % при фрезеровании пазов.

5. Шаг

Шаг — это скорее параметр планирования траектории инструмента, чем параметр прямой обработки. Это мера того, насколько инструмент въезжает в заготовку после каждого прохода резки. Меньшие шаги отнимают много времени, но обеспечивают более гладкую поверхность.

Формулы фрезерования основной стороны

Боковое фрезерование — это очень систематический процесс с фундаментальными определяющими уравнениями, которые помогают инженерам и техническим специалистам принимать решения в цехах.
Некоторые из этих формул бокового фрезерования перечислены ниже.

Скорость шпинделя

Важно определить правильную частоту вращения шпинделя в соответствии с рекомендациями по скорости резания.

n =Скорость шпинделя (об/мин)
Vc =Скорость резания (м/мин)
D =диаметр фрезы (мм)

Скорость подачи

Скорость подачи является необходимым входным параметром для программы фрезерования с ЧПУ. Таким образом, его расчет производится в соответствии с геометрией фрезы и желаемой подачей на зуб.

fz =Подача на зуб (мм/зуб)
n =Скорость шпинделя (об/мин)
z =количество канавок в фрезе

Скорость удаления материала

Производители очень обеспокоены скоростью съема материала, которая является прямым показателем производительности их производственной линии. Вычисление MRR и его оптимизация для достижения максимальных результатов — вопрос прибылей и убытков производственных предприятий.

MRR =Скорость съема материала (мм3/мин).
Ap =Осевая глубина резания (мм)
Ae =радиальная глубина резания (мм)
F =Скорость подачи (мм/мин)

Боковое фрезерование в сравнении с другими методами фрезерования

Боковое фрезерование по-разному отличается от других методов фрезерования с ЧПУ. Давайте проведем краткое сравнение бокового фрезерования с некоторыми распространенными процессами фрезерования, чтобы подчеркнуть эти различия.

Зацепление фрезыОбработка поверхностиПрименениеБоковое фрезерованиеТолько боковые кромки фрезы с частичным радиальным зацеплением.Хорошая обработка (лучше при попутном фрезеровании)Вертикальные стенки, ступеньки и уступыТорцевое фрезерованиеТолько нижние кромки фрезы.Отличная обработка.Плоские поверхности/плоскостиПрорезывание прорезейОбе стороны и нижние кромки фрезы с полным радиальным зацеплением.Требуется оптимизация и тщательное планированиеПазы полной ширины, шпоночные пазыКонец ФрезерованиеОбе стороны и нижние кромки фрезы с частичным радиальным зацеплением. Переменная, в зависимости от технологической схемы и траектории. Контуры общего назначения.

Виды операций бокового фрезерования

Боковое фрезерование – это универсальный процесс обработки. Машинисты используют его в нескольких конфигурациях для различных функций. В следующих разделах будут обсуждаться эти типы операций бокового фрезерования.

Простое фрезерование

Плоское фрезерование, также обычно называемое фрезерованием слябов, является наиболее простой формой бокового фрезерования. Для обработки плоской боковой поверхности используется боковая фреза. Обычно используется прямая траектория инструмента, а результатом является большая плоская поверхность в вертикальном направлении или угловая грань.

Угловое боковое фрезерование

Угловое боковое фрезерование позволяет получить плоскую поверхность, но при установке инструмента под углом, отличным от 90°, от базовой грани заготовки. Это весьма полезно при создании угловых элементов, таких как фаски, фаски или угловые направляющие.

Во многих случаях требуются специализированные угловые фрезы с уже заложенным в конструкцию инструмента нужным углом.

Торцевое фрезерование

Торцевое фрезерование — это тип гибридного процесса фрезерования, при котором боковые и периферийные кромки фрезы одновременно разрезают вертикальные и горизонтальные поверхности заготовки. Он весьма эффективен для вырезания пазов/пазов, поскольку имеет функции как пола, так и стены.

Контурное фрезерование

Контурное фрезерование похоже на простое фрезерование, но выполняется по сложным криволинейным траекториям. Этот метод бокового фрезерования полезен при обработке деталей с неровными контурами на вертикальных гранях, таких как полости пресс-формы.

Сдвоенное фрезерование

При двухстороннем фрезеровании используются две фрезы, установленные по обе стороны заготовки. Эта конфигурация обрабатывает две вертикальные грани одновременно, обеспечивая хорошую параллельность, симметрию и экономию времени.

Требования и настройка бокового фрезерования

Типичная операция бокового фрезерования, хотя и является базовой по своему характеру, требует определенной настройки станка для правильного выполнения. Прежде чем фрезеровать деталь на станке с ЧПУ, машинисты обычно используют пункты контрольного списка, как показано ниже.

Тип машины :Станки с ЧПУ бывают разных типов и размеров. Например, вертикальные фрезерные центры обычно обеспечивают более высокую маневренность, но не такие жесткие, как горизонтальные обрабатывающие центры. Труднообрабатываемые материалы требуют высоких скоростей шпинделя и мощности, что доступно не на каждом станочном центре.
Инструменты :Режущий инструмент и установка державки имеют решающее значение при точном боковом фрезеровании. Материал режущего инструмента (HSS, твердый сплав), геометрия (длина, диаметр, угол спирали, количество канавок) и конфигурация крепления (вылет инструмента, термозажимная посадка или цанга) являются основными факторами, влияющими на жесткость кончика инструмента и режущую способность.
Крепление :Крепление важно для жесткого удержания детали. Это может потребовать специальной фиксации и контроля смещения детали перед обработкой. Плохо смонтированные детали подвержены нежелательным прогибам и вибрациям.

Преимущества и ограничения бокового фрезерования с ЧПУ

Фрезерование боковин с ЧПУ — универсальная операция обработки. Однако это не всегда лучший выбор для создания вертикальной призматической геометрии. У этого есть свои плюсы и минусы.
Понимание этого необходимо, чтобы сопоставить их преимущества с альтернативными операциями обработки.

Преимущества

Фрезерование боковых сторон с ЧПУ предпочтительнее по следующим причинам:

Высокая точность :Это простая операция с минимальными внешними возмущениями. Он идеально подходит для точной обработки простых геометрических элементов, таких как пазы, ступеньки и уступы.
Универсальность процесса :Боковая фрезеровка достаточно универсальна. Это относится к сверхпрочным деталям с вертикальными стенками/пазами и к небольшим деталям с тонкими стенками.
Гибкость материалов :благодаря передовой технологии боковых фрез боковое фрезерование позволяет обрабатывать труднообрабатываемые материалы, такие как титановые и никелевые сплавы, на агрессивных скоростях и глубинах.
Хорошее качество поверхности :Оптимальные параметры резки, попутное фрезерование и точное управление на уровне ЧПУ обеспечивают высокоточную и тонкую отделку стенок для прецизионных применений.

Ограничения

Следующие факторы ограничивают производительность бокового фрезерования с ЧПУ:

Отклонение инструмента :Более глубокие резы увеличивают режущие силы на инструменте, который из-за своей тонкой геометрии подвержен изгибу во время резания. Это ухудшает точность размеров и формы, а также срок службы инструмента.
Вибрация болтовни :Хорошо известно, что динамическая гибкость вызывает нежелательные вибрации и вибрацию во время обработки. Эти вибрации чаще возникают при боковом фрезеровании из-за высокого контакта инструмента и глубины резания.
Сложные траектории :Траектории бокового фрезерования зачастую отнимают больше времени, их сложно планировать и выполнять. Программному обеспечению CAM требуется больше времени для обработки изменяющихся характеристик по глубине детали, которые часто более разнообразны, чем ее лицевые характеристики.

Основные аспекты бокового фрезерования

Качество операции бокового фрезерования на станке с ЧПУ зависит от нескольких факторов. Инженерам и техническим специалистам необходимо рассматривать свой технологический план под разными углами и следить за тем, чтобы не было никаких особенностей, ухудшающих качество.

1. Выбор параметра

Выбор параметров резания является первым и главным фактором, когда речь идет о процессах обработки на станках с ЧПУ. Выбор оптимального сочетания скорости резания, подачи и глубины резания необходим для обеспечения качества детали, MRR и управления сроком службы инструмента.

В производственной среде для принятия таких решений обычно используются сложные теории, программное обеспечение и технический опыт.

2. Выбор материала

Механики имеют на выбор широкий выбор материалов и покрытий для боковых фрез. Как правило, быстрорежущая сталь (HSS) подходит для легкообрабатываемых материалов, а карбид предпочтительнее для труднообрабатываемых материалов, таких как стали и титановые сплавы.

3. Выбор фрезы

Бокофрезер имеет множество характеристик. Помимо таких распространенных параметров, как длина, диаметр и канавки, большое значение имеет ультрасовременная геометрия. Сюда входят такие свойства, как угол спирали, передний угол, боковая кромка, стружколом и радиус кромки.

Эти спецификации влияют на механику резания на границе раздела фреза-заготовка, определяя величину и направление сил резания, стружки и отвода тепла, а также требования к мощности шпинделя.

4. Стратегия использования охлаждающей жидкости/смазки

Охлаждающие жидкости/смазки улучшают свойства поверхности фрезы и заготовки, уменьшая трение и выделение тепла. Они также охлаждают поверхность резки и уносят стружку.

5. Стратегия траектории

Стратегия траектории определяет, как инструмент перемещается по заготовке на протяжении всей операции. Программисты CAM контролируют это с помощью таких методов, как попутное/обычное фрезерование, несколько проходов, методы траектории движения инструмента (винтовая, зигзагообразная, трохоидальная и т. д.) и параметры резания.