Все операции фрезерования: полное руководство по типам фрезеровки

Как работает ЧПУ-фрезеровка?

Фрезеровка — процесс обработки, производящий сложные геометрические формы из твердых блоков материала с использованием ЧПУ-фрезерного станка и фрезерных резаков. Процесс включает неподвижную заготовку и вращающийся режущий инструмент. Дополнительно ЧПУ-фрезерный станок имеет линейные и вращательные осевые движения для генерации сложных траекторий между заготовкой и фрезой.

ЧПУ-фрезеровка автоматна и поэтому высокоточна. Движение инструмента по заготовке (траектория инструмента) программируется через CAD/CAM-ПО. В типичной CAM-среде инженеры имеют множество типов фрезеровочных операций для выбора, каждый со своим функциональным применением.

Начнем с некоторых базовых и наиболее распространенных типов фрезеровочных операций, преобладающих в цеху.

Обычно эти операции также характеризуются геометрией детали, так как каждый процесс достигает специфических геометрических особенностей на заготовке.

Цилиндрическая фрезеровка

Цилиндрическая фрезеровка, или фрезеровка пластин, — базовый процесс, где горизонтальная фреза обрабатывает плоские поверхности на заготовке. Направление вращения фрезы совпадает с направлением подачи. Иными словами, ось инструмента параллельна резаемой поверхности.

Обычно цилиндрическая фрезеровка довольно полезна для черновых циклов в начале производственного плана. Эффективна в преобразовании грубых заготовок в тонкие призматические, квадратные геометрии с точными размерами и гладкими отделочками, готовыми для дальнейших операций.

Кроме того, фрезеровка пластин дает хорошую интенсивность удаления материала и высокую стабильность процесса из-за горизонтальной ориентации режущего инструмента.

Лицевая фрезеровка

Лицевая фрезеровка, как и цилиндрическая, производит плоские и гладкие поверхности на заготовке. Разница в ориентации инструмента. Режущий инструмент в лицевой фрезеровке перпендикулярен резаемой поверхности, значит, основное резающее действие происходит на лице режущего инструмента, а не на его боковых кромках.

Это делает лицевую фрезеровку идеальной операцией для достижения тонких качеств поверхности и высокой размерной точности. Из-за перпендикулярности оси инструмента режущей плоскости она менее восприимчива к геометрическим отклонениям и вибрациям инструмента, ведущей к высокому параллелизму заготовки.

Периферийная фрезеровка

Периферийная фрезеровка — среди распространенных типов процессов фрезеровки для резания сторон заготовки. В основном использует периферию, или боковые кромки фрезы для удаления материала. Обычно периферийная фрезеровка полезна для резки профилей, пазов и вертикальных стенок в заготовке.

Из-за режущих сил, действующих перпендикулярно оси инструмента, технологи должны заботиться об управлении режущей нагрузкой на инструменте. Чрезмерные режущие силы или очень глубокие срезы могут вызывать дефлекцию инструмента и даже ломание.

Фрезеровка уступов

Фрезеровка уступов — процесс фрезеровки, производящий вертикальные стенки и плоские дна/дно с точными перпендикулярными уступами между ними. Использует и лицевые, и периферийные кромки фрезы, обычно торцевую фрезу. Такой тип резанья позволяет одновременное резанье дна и стенки, позволяя резать острые углы в геометрии уступа.

Полезность фрезеровки уступов в производстве высокоточных деталей с призматическими особенностями вроде пресс-форм и штампов, где острые углы критичны для поддержания жестких сборок.

Угловая фрезеровка

Угловая фрезеровка делает угловые срезы и особенности в заготовке. Чаще всего такие угловые элементы включают фаски или канавки по краю заготовки.

Технологи могут использовать множественные фрезеровочные техники для выполнения угловых операций. Например, могут использовать угловую оснастку для удержания заготовки под нужным углом, или целевые фрезы с наклонными режущими кромками, или даже многоосевые станки.

Обычно угловая фрезеровка — чистовая операция для снятия острых краев или производства эстетических элементов. Для высокоточных деталей вроде пресс-форм и штампов она довольно полезна в точном производстве правильных уклонов в заготовках.

Формовая фрезеровка

Формовая фрезеровка — процесс, включающий специально сформированные фрезы для производства элементов со специальными геометриями. Формовые фрезы могут производить сложные контуры вроде кривых, дуг и других неконвенциональных форм. На рисунке ниже, например, показана формовая фреза с круглым контуром, способная производить дуговую полость внутри заготовки.

Частое применение формовой фрезеровки — в изготовлении пресс-форм и инструментов, где инженеры проектируют свои формовые фрезы для резки кастомных геометрических профилей в заготовках форм и штампов.

Контурная фрезеровка

Контурная фрезеровка — продвинутый процесс фрезеровки, производящий сложные контуры на заготовке. Эти контуры обычно состоят из комбинации кривых, дуг и линий. Контурная фрезеровка обычно операция ЧПУ-фрезерного станка, так как невозможно достичь сложных профилей вручную.

Есть несколько применений контурной фрезеровки в промышленном производстве геометрически сложных деталей. Например, профили лопаток авиатурбин и автоэкстерьеры требуют обширных контурных операций.

Групповая фрезеровка

Групповая фрезеровка — процесс, максимизирующий продуктивность за счет использования нескольких режущих инструментов одновременно. Эти инструменты монтируются на одной арборе специфическим образом. Эта одна арбор вращает все фрезы, каждая из которых обрабатывает разный участок поверхности заготовки. На рисунке ниже это проиллюстрировано.

Групповая фрезеровка очень распространена для деталей с множественными срезами в одной ориентации. Она снижает общее время обработки, повышая пропускную способность.

Шестеренная фрезеровка

Шестеренная фрезеровка, как следует из названия, — эксклюзивный процесс для производства шестерен. Шестерни имеют высокоинтрикате геометрические профили, трудные для достижения стандартными фрезами.

Таким образом, производители шестерен используют специальные шестеренные фрезы с точным требуемым профилем. Этот подход помогает максимизировать точность и продуктивность.

Резьбовая фрезеровка

Резьбовая фрезеровка, как и шестеренная, среди эксклюзивных типов операций фрезеровки. Используется для нарезания резьбы внутри отверстия в заготовке. Операции резьбовой фрезеровки используют специальные фрезы в форме профиля резьбы.

Кроме того, резьбовая фрезеровка — высокоточный процесс, так как требует винтовую траекторию для нарезания резьбы с правильным шагом. Обычно технологи выполняют резьбовую фрезеровку на ЧПУ-фрезерном станке с использованием специализированных циклов генерации траекторий.

Производство резьбы фрезеровочными техниками вместо традиционных методов вроде гайковертов дает большую гибкость, так как процесс удобно адаптируется к любому размеру отверстия, шагу и профилю.

Пазовая фрезеровка

Пазовая фрезеровка — распространенный процесс для производства пазов в заготовках. Может работать с разными типами фрез, включая T-образные пазовые фрезы, торцевые фрезы или дисковые фрезы, в зависимости от геометрии паза.

Частые применения пазовой фрезеровки — обработка шплинтовых пазов, карманов и канавок в структурных компонентах.

Специальные типы фрезеровочных операций

Операции фрезеровки не ограничены стандартными процессами выше. С последними достижениями ЧПУ-технологий и инструментария фрезеровка значительно эволюционировала. Современный ЧПУ-фрезерный станок может обрабатывать высокосложные геометрии деталей со сложными особенностями.

Этот раздел обсудит некоторые продвинутые типы фрезеровочных техник.

Многоосевая ЧПУ-фрезеровка

Многоосевая ЧПУ-фрезеровка — продвинутая техника, использующая многоосевой ЧПУ-фрезерный станок. 5-осевые центры — самый популярный выбор для передовых цехов, обычно состоящие из трех линейных осей (X, Y, Z) и двух вращательных (любые две из A, B, C), которые технологи могут манипулировать одновременно. На рисунке ниже проиллюстрирована эта конфигурация.

Многоосевая ЧПУ-фрезеровка способна обрабатывать высокоточные детали с геометрическими особенностями вроде сплайн-кривых, профилей, поверхностей и подрезов. Играет решающую роль в требовательных отраслях вроде авиакосмической, авто и медицинских устройств, где не призматические детали и тесные допуски обычны.

Токарно-фрезеровка

Токарно-фрезеровка — гибридная техника, сочетающая черты токарной и фрезеровочной обработки в одном станке, токарно-фрезеровке. Центры обычно имеют патрон и тыловик для закрепления и вращения заготовки, как в токарном станке. Дополнительно имеют специализированные держава инструментов с вращающимися режущими инструментами, как в фрезеровке.

Фреза в токарно-фрезерных центрах маневренна в множественных направлениях, включая параллельные и перпендикулярные оси заготовки (см. рисунок ниже).

Такой дуальный функционал позволяет токарно-фрезерным центрам производить детали с цилиндрическими и призматическими особенностями в одной установке. Это повышает продуктивность, точность и экономит затраты.

Тонкостенная фрезеровка

Тонкостенная фрезеровка — специальная ветвь продвинутых техник фрезеровки. Некоторые детали, вроде лопаток турбин и корпусов изделий, имеют тонкостенные особенности. Тонкие стенки характеризуются низким соотношением высоты к ширине.

Тонкая геометрия этих особенностей делает их восприимчивыми к проблемам вроде вибраций, постоянных деформаций и трепета при фрезеровке. Для избежания этих проблем технологи используют специальные техники фрезеровки вроде динамической фрезеровки, адаптивных подач и траекторий с переменным зацеплением для максимальной точности и качества поверхности.

Два типичных типа фрезеровки: Конвенциональная vs Восходящая

Конвенциональная и восходящая фрезеровка — два типа операций, определяющих, как фреза зацепляется с заготовкой. Главная разница — как направление подачи заготовки относится к вращению режущего инструмента.

В конвенциональной фрезеровке, или вверх-фрезеровке, направление подачи противостоит вращению фрезы. Это заставляет режущую кромку начинать резанье как натирание, затем медленно переходить к чистому сдвигу. В результате направления резанья ширина стружки начинается от нуля и максимальна при выходе фрезы из заготовки. Обычно конвенциональная фрезеровка более стабильна по вибрации и работе с люфтом станка.

В восходящей фрезеровке, напротив, направление подачи совпадает с вращением фрезы. Ширина стружки начинается на максимуме и постепенно уходит в ноль, веду к плавному тренду режущей нагрузки. Восходящая фрезеровка — предпочтительная техника, так как дает лучший ресурс инструмента, шероховатость и низкие режущие нагрузки.

Ключевые факторы выбора правильного типа фрезеровки

С таким множеством типов операций фрезеровки, сделать оптимальный выбор может быть сложной задачей. Обычно есть несколько факторов, которые инженеры должны учитывать при выборе фрезеровочных операций для производственных планов.

Геометрия детали

Геометрические особенности детали — первое, на что смотреть при подборе фрезеровочных процессов. Специфические особенности вроде наклонных поверхностей, кривизны и резьбы помогают сузить фрезеровочный процесс до управляемого числа.

Например, автопанель, из-за сложной кривизны, почти наверняка потребует продвинутые техники вроде контурной фрезеровки на ЧПУ-фрезерном станке.

Возможности станка

Разные фрезерные станки имеют разные возможности. Ручной 3-осевой фрезерный станок идеален для простых задач вроде выпрямления заготовок, резки наклонных поверхностей или производства плоских поверхностей. Более сложная операция, вроде контурной фрезеровки, может быть невозможна без многоосевого ЧПУ-фрезерного станка.

Аналогично, токарно-фрезерный центр — специализированный станок, эффективно производящий преимущественно цилиндрические детали с призматическими особенностями.

Требования к качеству

Требования к качеству вроде шероховатости и допусков также диктуют выбор фрезеровочного процесса. Восходящая фрезеровка была бы более подходящей, если желается высокое качество производства. ЧПУ-фрезерный станок — предпочтительный выбор, если нужны тесные допуски.

Режущие параметры в разных фрезеровочных операциях

Процесс фрезеровки определяется режущими параметрами фрезеровки, которые инженеры используют для контроля факторов вроде режущих сил, качества поверхности и производственных допусков. Три главных режущих параметра в фрезеровке:

Подача

Скорость подачи определяет скорость, с которой режущий инструмент и заготовка движутся относительно друг друга. Инженеры используют разные способы представления. Общие единицы: расстояние/время (мм/мин), расстояние/оборот (мм/об), расстояние/зуб (мм/зуб). Высокая подача в фрезеровке достигает высокой продуктивности, но снижает ресурс инструмента и качество поверхности.

Скорость

Скорость резания определяет, как быстро инструмент вращается по поверхности заготовки. Типичные единицы — мм/мин или об/мин. Высокая скорость резания в фрезеровочных техниках способствует продуктивности и качеству поверхности, но может вести к чрезмерному износу инструмента и термическим проблемам.

Глубина резания

Глубина резания определяет, насколько глубоко режущий инструмент входит в поверхность заготовки. В фрезеровке, так как фреза часто режет и в радиальном, и в осевом направлении, есть два параметра глубины резания: радиальная глубина (RDOC) и осевая глубина (ADOC). Высокая глубина резания увеличивает режущие силы, вибрации и тепловыделение, но также ведет к большей продуктивности.

WayKen предлагает точные услуги ЧПУ-фрезеровки с передовыми 3-, 4- и 5-осевыми центрами. Наша команда специализируется на производстве высокоточных деталей из металлов и пластиков, эффективно обрабатывая сложные геометрии. Будь то прототипы или мелкосерийное производство, мы доставляем быстрые сроки, тонкие шероховатости и стабильное качество по отраслям вроде авто, авиакосмической и медицинской.

ЧПУ-фрезеровка неоспоримо высокоуниверсальный производственный процесс с огромными возможностями. С множеством операций фрезеровки для выбора, она предлагает большую гибкость инженерам в дизайне и технологичности.