Изучите все операции фрезерования:полное руководство по типам фрезерования

Как работает фрезерование на станке с ЧПУ?

Фрезерование — это процесс механической обработки, при котором из цельных блоков материала создаются сложные геометрические формы с использованием фрезерного станка с ЧПУ и фрез. Процесс фрезерования включает в себя неподвижную заготовку и вращающийся режущий инструмент. Кроме того, фрезерный станок с ЧПУ имеет линейные и вращательные движения по осям для создания сложных траекторий движения инструмента между заготовкой и фрезой.

Технология фрезерования с ЧПУ является автоматической и, следовательно, очень точной. Движение инструмента по заготовке (траектория инструмента) программируется с помощью программного обеспечения CAD/CAM. В типичной программной среде CAM инженеры могут выбирать из множества типов операций фрезерования, каждый из которых имеет свое функциональное применение.

Начнем с некоторых основных и наиболее распространенных типов фрезерных операций, распространенных в механическом цехе.

Обычно эти операции фрезерования также характеризуются геометрией детали, поскольку каждый процесс позволяет добиться определенных геометрических характеристик на заготовке.

Простое фрезерование

Плоское фрезерование, или фрезерование слябов, представляет собой процесс фрезерования сердцевины, при котором горизонтальная фреза обрабатывает плоские поверхности заготовки. Направление вращения фрезы совпадает с направлением подачи при простом фрезеровании. Другими словами, ось инструмента параллельна поверхности резания.

Обычно плоское фрезерование весьма полезно для черновых циклов в начале производственного плана. Он эффективен при преобразовании черновых материалов в мелкие призматические, квадратные геометрические формы с точными размерами и гладкой поверхностью, готовые к дальнейшим фрезерным операциям.

Кроме того, фрезерование слябов обеспечивает хорошую скорость съема материала и высокую стабильность процесса благодаря горизонтальной ориентации режущего инструмента.

Торцевое фрезерование

Торцевое фрезерование, как и простое фрезерование, позволяет получить плоские и гладкие поверхности заготовки. Разница заключается в ориентации инструмента. Режущий инструмент при торцевом фрезеровании расположен перпендикулярно режущей поверхности, а это означает, что основная часть режущего действия происходит на торцевой поверхности режущего инструмента, а не на его боковых кромках.

Это делает торцевое фрезерование идеальной операцией для достижения идеального качества поверхности и высокой точности размеров. Благодаря тому, что ось инструмента перпендикулярна плоскости резания, он менее подвержен геометрическим отклонениям и вибрациям инструмента, что приводит к высокой параллельности заготовки.

Боковое фрезерование

Боковое фрезерование является одним из распространенных типов процессов фрезерования, используемых для резки сторон заготовки. Для удаления материала в основном используется периферия или боковые кромки фрезы. Обычно боковое фрезерование полезно для вырезания профилей, пазов и вертикальных стенок в заготовке.

Из-за того, что силы резания действуют перпендикулярно оси инструмента, станочникам необходимо проявлять осторожность при управлении режущей нагрузкой на инструмент. Чрезмерные силы резания или очень глубокие порезы могут привести к отклонению инструмента и даже поломке.

Фрезерование уступов

Фрезерование уступов — это процесс фрезерования, в результате которого получаются вертикальные стенки и плоские полы/днища с точными перпендикулярными уступами между ними. При этом используются как торцевые, так и периферийные кромки фрезы, обычно концевой фрезы. Этот вид резки позволяет одновременно резать пол и стену, позволяя срезать острые углы в геометрии уступов.

Полезность фрезерования уступов при производстве высокоточных деталей с призматическими характеристиками, таких как пресс-формы и штампы, где острые углы необходимы для обеспечения жесткости сборок.

Угловое фрезерование

Угловые фрезерные станки выполняют угловые резы и неровности на заготовке. Чаще всего такие угловые элементы включают фаски или канавки по краю заготовки.

Машинисты могут использовать несколько методов фрезерования для выполнения операций углового фрезерования. Например, они могут использовать угловое приспособление для удержания заготовки под нужным углом или использовать специальные фрезы с наклонными режущими кромками или даже многоосные станки.

Как правило, угловое фрезерование — это чистовая операция, позволяющая удалить острые края или придать эстетичный вид. Для высокоточных деталей, таких как пресс-формы и штампы, это весьма полезно для точного создания правильных углов уклона заготовок.

Фрезерование формы

Формовое фрезерование — это процесс фрезерования, в котором используются фрезы определенной формы для создания деталей особой геометрии. Инструменты формового фрезерования могут создавать сложные контуры, такие как кривые, дуги и другие нетрадиционные формы. На рисунке ниже, например, показана формовочная фреза с круглым контуром, способная создавать дугообразную полость внутри заготовки.

Распространенным применением формового фрезерования является изготовление пресс-форм и оснастки, где инженеры разрабатывают собственные формовые фрезы для резки нестандартных геометрических профилей в заготовках форм и штампов.

Фрезерование профиля

Профильное фрезерование — это усовершенствованный процесс фрезерования, при котором на заготовке создаются сложные контуры. Эти контуры обычно представляют собой комбинацию кривых, дуг и линий. Фрезерование профиля обычно выполняется на фрезерном станке с ЧПУ, поскольку вручную невозможно создать сложные профили.

Существует несколько применений профильного фрезерования в промышленном производстве деталей сложной геометрической формы. Например, профили лопаток аэрокосмических турбин и экстерьеры автомобилей требуют обширных операций фрезерования профилей.

Групповая обработка

Групповое фрезерование — это процесс фрезерования, который максимизирует производительность за счет одновременного использования нескольких режущих инструментов. Эти инструменты особым образом монтируются на одной оправке. Затем эта единственная оправка вращает все фрезы, каждая из которых обрабатывает различную часть поверхности заготовки. На рисунке ниже это показано.

Многократное фрезерование очень распространено для деталей с несколькими резами в одной ориентации. Это сокращает общее время обработки и повышает производительность.

Зубофрезерование

Зубофрезерование, как следует из названия, представляет собой эксклюзивный процесс фрезерования зубчатых колес. Шестерни имеют очень сложные геометрические профили, которые сложно получить с помощью стандартных фрез.

Поэтому производители зубчатых колес используют специальные зубофрезы именно того профиля, который им необходим. Такой подход помогает максимизировать точность и производительность.

Резьбофрезерование

Резьбофрезерование, как и зубофрезерование, относится к числу исключительных видов фрезерных операций. Он используется для нарезания резьбы внутри отверстия в заготовке. При резьбофрезеровании используются специальные фрезы с профилем резьбы определенной формы.

Более того, резьбофрезерование представляет собой высокоточный процесс фрезерования, поскольку для нарезания резьбы с правильным шагом требуется винтовая траектория. Обычно станочники выполняют фрезерование резьбы на фрезерном станке с ЧПУ, используя специальные циклы создания траекторий.

Изготовление резьбы с использованием методов фрезерования вместо традиционных методов, таких как нарезание метчиков, обеспечивает большую гибкость, поскольку процесс легко адаптируется к любому размеру, шагу и профилю отверстия.

Фрезерование пазов

Фрезерование пазов — это обычный процесс фрезерования, используемый для изготовления пазов в заготовках. Он может работать с различными типами фрез, включая фрезы с Т-образными пазами, концевые фрезы или дисковые фрезы, в зависимости от геометрии паза.

Некоторые распространенные применения фрезерования пазов включают обработку шпоночных пазов, карманов и канавок в конструктивных элементах.

Специальные виды фрезерных операций

Операции фрезерования не ограничиваются стандартными процессами, рассмотренными выше. Благодаря последним достижениям в области технологий и инструментов ЧПУ фрезерование значительно изменилось. Современный фрезерный станок с ЧПУ может обрабатывать детали очень сложной геометрии и сложных функций.

В этом разделе будут обсуждаться некоторые передовые методы фрезерования.

Многоосевое фрезерование с ЧПУ

Многоосевое фрезерование с ЧПУ — это усовершенствованная технология фрезерования, в которой используется многоосный фрезерный станок с ЧПУ. 5-осевые фрезерные центры с ЧПУ являются наиболее популярным выбором для передовых производственных механических цехов, которые обычно состоят из трех линейных осей (X, Y, Z) и двух поворотных осей (любые две из A, B, C), которыми машинист может манипулировать одновременно. На рисунке ниже показана эта конфигурация.

Многоосное фрезерование с ЧПУ позволяет обрабатывать высокоточные детали с геометрическими особенностями, такими как шлицевые кривые, профили, поверхности и подрезы. Это решающая роль в таких требовательных отраслях, как аэрокосмическая, автомобильная и медицинская промышленность, где широко распространены непризматические детали и жесткие допуски.

Токарно-фрезерная обработка

Токарно-фрезерная обработка — это гибридный метод обработки, который сочетает в себе функции токарной и фрезерной обработки на одном и том же станке, известном как токарно-фрезерный станок. Токарно-фрезерные центры обычно имеют патрон и хвостовую бабку для установки и вращения заготовки, как на токарном станке. В дополнение к этому у них также есть специализированные приспособления для удержания инструментов с вращающимися режущими инструментами, как при фрезеровании.

Фреза в токарно-фрезерных центрах маневренна в нескольких направлениях, в том числе как параллельно, так и перпендикулярно оси заготовки (см. рисунок ниже).

Этот тип двойной функциональности позволяет токарно-фрезерным центрам производить детали как с цилиндрическими, так и с призматическими характеристиками на одной и той же установке. Это повышает производительность, точность и экономит затраты.

Тонкостенное фрезерование

Фрезерование тонкостенных деталей — это особый раздел передовых технологий фрезерования. Некоторые детали, такие как лопатки турбин и корпуса изделий, имеют тонкостенные элементы. Тонкие стены характеризуются низким соотношением высоты к ширине.

Изящная геометрия этих тонкостенных элементов делает их восприимчивыми к таким проблемам, как вибрации, постоянные деформации и вибрация при механической обработке. Чтобы избежать этих проблем, станки используют специальные методы фрезерования, такие как динамическое фрезерование, адаптивные скорости подачи и переменные траектории зацепления, для максимальной точности и качества поверхности.

Две типичные операции фрезерования:традиционное и попутное фрезерование

Обычное и попутное фрезерование — это два типа операций фрезерования, которые определяют, как фреза взаимодействует с заготовкой. Основное различие между ними заключается в том, как направление подачи заготовки зависит от вращения режущего инструмента.

При обычном фрезеровании или встречном фрезеровании направление подачи противоположно вращению фрезы. Это приводит к тому, что режущая кромка начинает резку как трение, а затем медленно переходит в чистый сдвиг. В зависимости от направления резания ширина стружки начинается с нуля и становится максимальной при выходе фрезы из заготовки. Как правило, традиционное фрезерование более стабильно с точки зрения вибрации и люфта станка.

При попутном или попутном фрезеровании, наоборот, направление подачи совпадает с вращением фрезы. Ширина стружки начинается с максимальной и постепенно снижается до нуля, что приводит к плавной тенденции нагрузки при резании. Попутное фрезерование является предпочтительным методом фрезерования, поскольку оно обеспечивает лучшую стойкость инструмента, качество поверхности и низкие нагрузки при резании.

Ключевые факторы при выборе правильного типа фрезерования

При таком большом выборе типов фрезерных операций сделать оптимальный выбор может оказаться непростой задачей. Как правило, существует несколько факторов, которые инженеры должны учитывать при выборе операций фрезерования для своих производственных планов.

Геометрия детали

Геометрические особенности детали – это первое, на что следует обратить внимание при выборе процессов фрезерования детали. Специальные функции, такие как наклонные поверхности, кривизна и резьба, могут помочь сократить процесс фрезерования до приемлемого количества.

Например, автомобильная панель из-за ее сложной кривизны наверняка потребует передовых методов фрезерования, таких как профильное фрезерование на фрезерном станке с ЧПУ.

Возможности станков

Разные фрезерные станки имеют разные возможности обработки. Ручной фрезерный 3-осевой станок идеально подходит для простых работ, таких как выравнивание заготовок, резка угловых поверхностей или изготовление плоских поверхностей. Однако более сложная операция, такая как профильное фрезерование, может быть невозможна без многокоординатного фрезерного станка с ЧПУ.

Точно так же токарно-фрезерный центр — это специализированный станок, который может эффективно производить преимущественно цилиндрические детали с призматическими характеристиками.

Требования к качеству

Требования к качеству, такие как качество поверхности и допуски, также определяют выбор процесса фрезерования. Например, попутное фрезерование будет более подходящим, если требуется высококачественное производство. Фрезерный станок с ЧПУ является предпочтительным выбором, если требуются жесткие допуски.

Параметры резания при различных операциях фрезерования

Процесс фрезерования определяется параметрами фрезерования, которые инженеры используют для управления такими факторами, как силы резания, качество поверхности и производственные допуски. Три основных параметра резания при фрезеровании следующие:

Фид

Скорость подачи определяет скорость, с которой режущий инструмент и заготовка движутся относительно друг друга. Инженеры используют различные способы его представления. Обычными единицами измерения являются расстояние/время (мм/мин), расстояние/оборот (мм/оборот) и расстояние/зубья (мм/зубья). Более высокие подачи при фрезеровании обеспечивают высокую производительность, но снижают срок службы инструмента и качество поверхности.

Скорость

Скорость резания определяет, насколько быстро инструмент вращается по поверхности заготовки. Типичные единицы измерения — мм/мин или об/мин. Более высокая скорость резания при фрезеровании повышает производительность и качество поверхности, но может привести к чрезмерному износу инструмента и термическим проблемам.

Глубина резания

Глубина резания определяет, насколько глубоко режущий инструмент входит в поверхность заготовки. В процессе фрезерования, поскольку фреза часто режет как в радиальном, так и в осевом направлении, существует два параметра глубины резания, а именно радиальная глубина резания (RDOC) и осевая глубина резания (ADOC). Большая глубина резания увеличивает силы резания, вибрацию и тепловыделение, но также приводит к повышению производительности.

WayKen предлагает услуги точного фрезерования с ЧПУ с использованием современных 3-, 4- и 5-осевых обрабатывающих центров. Наша команда специализируется на производстве деталей с высокими допусками из металлов и пластмасс, эффективно обрабатывая детали сложной геометрии. Будь то прототипы или мелкосерийное производство, мы обеспечиваем быстрые сроки выполнения заказов, превосходную обработку поверхности и стабильное качество в таких отраслях, как автомобилестроение, аэрокосмическая и медицинская промышленность.

Фрезерование с ЧПУ, несомненно, является очень универсальным производственным процессом с огромными возможностями. Благодаря широкому выбору операций фрезерования он предлагает инженерам большую гибкость с точки зрения дизайна и технологичности.