Фрезерная обработка металла: технология процесса, классификация фрезеровочных работ

Фрезерная обработка металла: классификация, особенности технологии

Механическая обработка металла — технологически сложный процесс. Эта необходимая часть работы с деталями, которые впоследствии будут использованы в различных сферах. Наиболее распространенной является фрезеровка металла. Заготовка подвергается обработке специальным инструментом — фрезой. Она представляет собой сверло, заточенное под определенным углом, или дисковую пилу нестандартной формы. Многозубчатый прибор, двигаясь на большой скорости за счет работы станка, удаляет слой металла необходимой толщины на заготовке. Фрезеровка — востребованный способ обработки деталей.

• Развитие технологии фрезеровки металла
• Классификация фрезеровочных работ
• Фрезерная обработка металла
• Технологические этапы процесса

Развитие технологии фрезеровки металла

На протяжении длительного периода времени фрезерная обработка осуществлялась в ручном режиме. Человеческий фактор влиял на большое количество брака, неточных срезов. Даже опытные токари не справлялись с криволинейными поверхностями, что затрудняло изготовление многих металлических деталей.

Впоследствии все автоматизировалось. Появление станков с возможностью программирования дало новый толчок к развитию сложной обработки металла. Это упростило работу фрезеровщиков, за все отвечал станок ЧПУ, в который загружали определенную программу.

На современном этапе во фрезеровочных станках используется луч лазера. Высокоточное оборудование позволяет работать быстро. Но и станки стоят гораздо дороже. Такие станки являются прототипом 3D-принтера. Возможность одновременной работы в трех плоскостях сокращает затраченное время. Работа на этом оборудовании, кроме непосредственной обработки заготовки, подразумевает и верное написание программы.

Классификация фрезеровочных работ

Однозначной классификации этого типа работ по металлу не существует, слишком много особенностей и нюансов, разнообразия деталей. Но основные критерии можно выделить. По методу фиксации заготовки на станине:

• горизонтальная;
• вертикальная;
• угловая.

Последняя используется реже, но этот метод позволяет работать с деталями сложной конструкции.

Сама фреза также разделяется на виды:

• торцевая;
• концевая;
• периферийная;
• фасонная.

Торцевая фреза используется при необходимости сделать канавку на детали, просверлить «колодец», подсечку, окошко. Концевой тип фрезы предназначен для работы с крупными деталями. С помощью фасонной фрезеруются металлические профили. Если зубья фрезы периферийные, отличительной чертой станет оставшаяся стружка в виде знака запятой.

Направление вращения режущего элемента имеет следующие градации:

• встречное (на зубья фрезы);
• попутное (под зубья).

Для этого пункта характерно совмещение способов обработки. К примеру, для массивных деталей предварительная обработка выполняется встречным методом, а окончательные работы — попутным. Поверхность детали при встречной фрезеровке получается более шершавой, но такой метод позволяет существенно снизить процент брака.

Преимуществом этого метода обработки металла является не только высокаю функциональность, но и возможность изготовления множества деталей. Фрезеровка применяется в автомобиле и авиа-проектировании, строительстве различных масштабов. С помощью станков ЧПУ или лазерных установок создают окна и работают даже с ювелирными изделиями. Фрезеровочным работам поддаются разные виды металла: закаленная сталь, чугун, медь, бронза, алюминий, латунь и даже титан.

Фрезерная обработка металла

Технологические этапы процесса

Работа фрезеровщика начинается с анализа детали и вида работ. В соответствии с полученными данными подбирается тип фрезы. Режущий элемент надежно фиксируется на шпинделе станка. После этого происходят следующие технологические этапы:

• на станину закрепляется металлическая заготовка;
• шпиндель фрезеровочного станка включается на небольшой скорости вращения;
• деталь на станине подводится к фрезе до минимального соприкосновения для проверки перед началом работы;
• станина отодвигается, шпиндель останавливают;
• выставляются необходимые параметры резки (глубина, скорость вращения шпинделя);
• после включения станка заготовка вновь подводится под фрезу, начинается процесс обработки.

Если речь идет о лазерном станке ЧПУ, процесс может проходить в двух вариациях:

• в обозначенном месте луч лазера выжигает необходимую форму, после чего каемка шлифуется;
• лазер снимает слои металла с заготовки, проходя по одному и тому же месту несколько раз.

Финансовые и временные затраты на фрезерование металлических заготовок зависит от сложности геометрии будущей детали. Необходимо также всегда учитывать опыт мастера и наличие необходимого оборудования. Только прошедшие специальное обучение работники имеют доступ к данным станкам.

Фрезерная обработка металла — назначение, классификация, этапы

Фрезерование – это вид обработки деталей с помощью фрез вручную или на станке.

В наше время фрезеровка имеет такое же распространение, как токарная обработка детали либо сверление.

Процесс фрезерования заготовки, выполненной из различного материала, заключается в обработке заготовки с помощью фрезы.

Фреза – это режущий инструмент, выполненный в виде зубчатого колеса, имеющего множество лезвий, который зажимается во фрезерном станке и, вращаясь с большой скоростью, снимает слои поверхности заготовки в нужном вам месте.

Обработка заготовки на станке

Раньше сам фрезерный станок работал лишь вручную, поэтому велик был процент брака.

С применением новых технологий и программирования появились новые фрезерные станки – с программным числовым управлением, использование которых облегчило и упростило работу фрезеровщиков.

Сейчас стал доступен и применен новый вид обработки – с помощью лазера, так на новых станках рабочий орган (фреза) полностью заменили на лазер. Лазер дает более точную обработку заготовки и соответственно меньший процент брака.

Лазерная обработка поверхности заготовки позволила совместить в один процесс обработку на токарном и фрезерном станках, и теперь появился новый термин «фрезерно-токарная обработка материала».

Материалы и виды фрез

Фрезеровка на специальном оборудовании проводится при помощи фрез. Это насадки, которые закрепляются в патроне. На него передаётся вращательное усилие с помощью шпинделя, и фреза начинает крутиться. Существуют различные виды применяемых фрез:

1. Дисковые. Используются для разрезания деталей, выборки, обработки фасок.
2. Торцевые. С их помощью обрабатываются торцевые зоны.
3. Цилиндрические. Используются при обработке узких плоскостей.
4. Угловые. Применяется для создания угловых пазов и наклонных поверхностей.
5. Концевые. С их помощью изготавливаются пазы на поверхности заготовок.

Также можно выделить фасонные, червячные и кольцевые фрезы. Их выбор зависит от запланированных работ.

К материалам заготовок, подвергающихся обработке, относятся различные виды металлов, мягкие и твердые породы дерева, а также прочный пластик.

Обзор фрезы по металлу. Чем фрезеровать каленую сталь

Классификация фрезеровочных работ

Однозначной классификации этого типа работ по металлу не существует, слишком много особенностей и нюансов, разнообразия деталей. Но основные критерии можно выделить. По методу фиксации заготовки на станине:

• горизонтальная;
• вертикальная;
• угловая.

Последняя используется реже, но этот метод позволяет работать с деталями сложной конструкции.

Сама фреза также разделяется на виды:

• торцевая;
• концевая;
• периферийная;
• фасонная.

Торцевая фреза используется при необходимости сделать канавку на детали, просверлить «колодец», подсечку, окошко. Концевой тип фрезы предназначен для работы с крупными деталями. С помощью фасонной фрезеруются металлические профили. Если зубья фрезы периферийные, отличительной чертой станет оставшаяся стружка в виде знака запятой.

Направление вращения режущего элемента имеет следующие градации:

• встречное (на зубья фрезы);
• попутное (под зубья).

Для этого пункта характерно совмещение способов обработки. К примеру, для массивных деталей предварительная обработка выполняется встречным методом, а окончательные работы — попутным. Поверхность детали при встречной фрезеровке получается более шершавой, но такой метод позволяет существенно снизить процент брака.

Преимуществом этого метода обработки металла является не только высокаю функциональность, но и возможность изготовления множества деталей. Фрезеровка применяется в автомобиле и авиа-проектировании, строительстве различных масштабов. С помощью станков ЧПУ или лазерных установок создают окна и работают даже с ювелирными изделиями. Фрезеровочным работам поддаются разные виды металла: закаленная сталь, чугун, медь, бронза, алюминий, латунь и даже титан.

Технология фрезеровки

Фрезерная обработка металла может производиться на разных станках с разными материалами и фрезами. От этого изменяется технология, которой следует придерживаться в рабочем процессе.

Технология фрезеровки на обычном станке

Механические станки до сих пор считаются наиболее популярными в производстве. Их используют на предприятиях и в личных мастерских. Этапы работы:

1. В первую очередь требуется провести подготовку. Для этого заготовка закрепляется на рабочем столе. Запускается вращение режущей части станка.
2. Фреза слегка соприкасается с заготовкой и отводится в изначальное положение.
3. Выставляется глубина обработки. Снова запускается электродвигатель.

По мере продвижения работы изменяется размер фрез. Таким образом достигается высокая скорость обработки.

Технология фрезеровки на станке с ЧПУ

Фрезерная металлообработка на станках с ЧПУ достаточно популярна на сегодняшний день. Постепенно оборудование, программируемое оператором заранее, вытесняет механические станки. Связано это с тем, что механизмы с ЧПУ обладают большей точностью при работе и ускоряют производственный процесс.

Технология работы на оборудовании с ЧПУ заключается в том, что оператор должен настроить программу, проверить подвижные механизмы, натянуть ремни, закрепить заготовку на рабочем столе и включить двигатели. Дальше человеку нужно только наблюдать за процессом работы механизмов. Двигатели работают за счёт программы и выполняют заданный алгоритм действий. После создания требуемой формы из заготовки оператор должен выключить оборудование, снять готовую деталь и повторить процесс. Если нужно изготовить деталь другой формы, оборудование следует перенастроить.

Технология фрезеровки ГБЦ

Владельцы автомобилей, работающих на бензине, часто сталкиваются с необходимостью в использовании фрезерного оборудования. Со временем изнашиваются головки блока цилиндров (ГБЦ). Связано это с тем, что при работе двигателя возникают постоянные изменения температурного режима. Из-за этого детали мотора изнашиваются и выходят из строя.

Если не исправить проблему, связанную с головками блока цилиндров, вовремя, они могут прогореть. Это приведёт к смешиванию охлаждающей жидкости со смазывающей. Выхлопные газы, в свою очередь, будут попадать в систему охлаждения.

Фрезеровку головок блока цилиндров производят при отказе двигателя и отклонениях головок от плоскости на 0.05 мм. Эту работу лучше доверить автослесарю, который имеет опыт фрезеровочных работ.

Чтобы измерить величину отклонения, используют большую линейку и набор щупов.

Фрезерная обработка металла

Фрезерование титановых деталей

Работа фрезеровщика начинается с анализа детали и вида работ. В соответствии с полученными данными подбирается тип фрезы. Режущий элемент надежно фиксируется на шпинделе станка. После этого происходят следующие технологические этапы:

• на станину закрепляется металлическая заготовка;
• шпиндель фрезеровочного станка включается на небольшой скорости вращения;
• деталь на станине подводится к фрезе до минимального соприкосновения для проверки перед началом работы;
• станина отодвигается, шпиндель останавливают;
• выставляются необходимые параметры резки (глубина, скорость вращения шпинделя);
• после включения станка заготовка вновь подводится под фрезу, начинается процесс обработки.

Если речь идет о лазерном станке ЧПУ, процесс может проходить в двух вариациях:

• в обозначенном месте луч лазера выжигает необходимую форму, после чего каемка шлифуется;
• лазер снимает слои металла с заготовки, проходя по одному и тому же месту несколько раз.

Финансовые и временные затраты на фрезерование металлических заготовок зависит от сложности геометрии будущей детали. Необходимо также всегда учитывать опыт мастера и наличие необходимого оборудования. Только прошедшие специальное обучение работники имеют доступ к данным станкам.

Фрезеровка титановых изделий

При обработке титана с помощью фрезерного оборудования, необходимо учитывать тот факт, что этот металл обладает низкой теплопроводностью. Из-за этого процесс его обработки осложняется.

Чтобы было проще работать с титаном и иметь на выходе качественные детали, необходимо учитывать мнение опытных мастеров металлообработки:

1. При обработке титана используют высокоскоростные фрезы.
2. Сначала снимают большой слой, плавно переходя к тонкому.
3. Фрезы должны обладать большим количеством зубьев.
4. Во время работы наблюдают за изменением заточки режущей части.
5. После каждого прохода, делают фаску под углом в 45 градусов.
6. Начинать обработку титана нужно по дуге.
7. Диаметр фрезы должен быть на 30% меньше диаметра паза.

Перед началом работы с титаном необходимо убедиться в том, что мощности двигателя достаточно для обработки прочных видов металла. Нужно заранее осмотреть фрезу на наличие дефектов и проверить натяжение ремней на двигателе.

Фрезерование и расточка сложных изделий из титана

Фрезерная обработка металлов является одним из известнейших процессов в металлообработке. Её можно производить на механических станках и оборудовании с ЧПУ. Однако при работе с программируемыми машинами требуется выбирать опытного оператора. В противном случае, оборудование не будет функционировать в нормальном режиме.

Обработка заготовок на фрезерных станках

Фрезерование – высокопроизводительная обработка поверхностей многолезвийным инструментом – фрезой. Фрезерованием обрабатывают горизонтальные, вертикальные и наклонные плоскости, фасонные и винтовые поверхности, нарезают шлицы и зубчатые колеса, получают винтовые канавки и пазы. При фрезеровании главное движение вращения совершает инструмент; поступательное движение подачи придается заготовке в направлении любой из координатных осей.

1. Схемы обработки поверхностей на станках фрезерной группы

Рассмотрим схемы обработки поверхностей на универсальных горизонтально-фрезерном (ГФС; имеет горизонтальную ось вращения фрезы) и вертикально-фрезерном (ВФС; имеет вертикальную ось вращения фрезы) станках.

Горизонтальные плоскости фрезеруют цилиндрическими фрезами на ГФС (рис. 24, а) или торцевыми фрезами на ВФС (рис. 25, а). Горизонтальные плоскости чаще обрабатывают торцевыми насадными фрезами, так как они имеют более жесткое закрепление и обеспечивают плавное, безвибрационное резание. При большой ширине обрабатываемой плоскости используют торцевые фрезы и обработку ведут в несколько последовательных рабочих ходов. Узкие горизонтальные плоскости удобно обрабатывать концевыми фрезами.

Вертикальные плоскости на ГФС обрабатывают торцевыми насадными фрезами (рис. 24, б) или фрезерными головками, а на ВФС – концевыми фрезами (рис. 25, б). Большие по высоте вертикальные плоскости удобнее обрабатывать на ГФС с использованием вертикальной подачи. Обработку небольших по высоте вертикальных плоскостей можно производить на ГФС с помощью концевых или дисковых фрез. Наклонные плоскости небольшой ширины обрабатывают на ГФС одноугловой фрезой.

Широкие наклонные плоскости обрабатывают на ВФС с поворотом шпиндельной головки (рис. 25, в) торцевой насадной или концевыми фрезами. Одновременную обработку нескольких поверхностей (вертикальных, горизонтальных и наклонных) ведут на ГФС (рис. 24, г), установив на оправку набор фрез.

Рис. 24. Обработка плоскостей на ГФС: а – горизонтальных; б – вертикальных; в – наклонных; г – нескольких плоскостей одновременно; д – уступов; D_r – движение резания; D_s – движение подачи

Рис. 25. Обработка на ВФС плоскостей: а – горизонтальных; б – вертикальных; в – наклонных; г – уступов

Рис. 26. Фрезерование пазов: а, б – прямоугольных; в – полукруглых; г – типа «ласточкин хвост»; д – Т-образных; е, ж – шпоночных

Горизонтальные уступы и пазы обрабатывают дисковыми односторонними (рис. 24, д) и трехсторонними (рис. 26, а) фрезами на ГФС или концевыми фрезами (рис. 25, г; 26, б) на ВФС.

Фасонные пазы с криволинейной образующей обрабатывают на ГФС фасонными дисковыми фрезами (рис. 26, в). Пазы типа «ласточкин хвост» или Т-образные обрабатывают на ВФС (рис. 26, г, д). Вначале концевой фрезой получают прямоугольный паз, затем используют концевую одноугловую фрезу или специальную концевую фрезу для Т-образных пазов.

Шпоночные пазы для сегментных шпонок фрезеруют на ГФС дисковой трехсторонней фрезой (рис. 26, е), для прямоугольных шпонок – на ВФС концевой фрезой (рис. 26, ж).

2. Схемы фрезерования

Цилиндрическое и торцевое фрезерование в зависимости от направления движений резания и подачи можно осуществить двумя способами: попутным фрезерованием, когда совпадают направления главного движения и движения подачи, и встречным фрезерованием, когда направления главного движения и движения подачи не совпадают.

При попутном фрезеровании (рис. 27, а) толщина срезаемого слоя изменяется от максимальной до нуля, зуб врезается в заготовку с ударом. Горизонтальная составляющая силы резания направлена по подаче, а вертикальная – вниз, на заготовку. При встречном фрезеровании (рис. 27, б) толщина срезаемого слоя изменяется от нуля до максимальной (зуб плавно врезается в заготовку). Горизонтальная составляющая силы резания направлена против подачи, а вертикальная – вверх.

Рис. 27. Фрезерование: а – попутное; б – встречное; D_r – движение резания; D_{S пр} – движение продольной подачи; Р_г, Р_в – соответственно горизонтальная и вертикальная составляющие силы резания; S_z – подача на зуб; v – скорость резания

Рациональность использования какой-либо схемы обусловлена требованием к качеству обработки, условиями обработки заготовки и состоянием фрезерного станка. При черновой обработке литых заготовок (особенно литья в песчано-глинистые формы), имеющих твердую поверхностную корку, использование попутного фрезерования нерационально, так как удар зуба фрезы об эту корку приводит к его выкрашиванию или поломке.

Лучше использовать встречное фрезерование. Зуб начинает работу в мягком материале сердцевины заготовки, подходя к корке, он взламывает ее. При чистовом фрезеровании, наоборот, рациональнее использовать попутное фрезерование. Теоретически при встречном фрезеровании резание начинается с нулевой толщины срезаемого слоя, которая постепенно увеличивается. Однако режущая кромка зуба фрезы имеет радиус округления, равный 0,03–0,05 мм. При чистовом фрезеровании толщина резания невелика. В начале резания зуб не режет, а скользит по обрабатываемой поверхности без снятия стружки. При этом создаются значительные напряжения сжатия в поверхностных слоях заготовки, приводящие к значительному наклепу, повышенному истиранию режущей кромки зуба, вибрациям в системе СПИД и плохому качеству обработанной поверхности. При попутном фрезеровании толщина срезаемого слоя невелика, поэтому ударное вхождение зуба в материал заготовки не вызывает существенных колебаний в системе СПИД, что способствует стабильной работе фрезы, а шероховатость обработанной поверхности улучшается на один класс. Особенно эффективно попутное фрезерование при обработке вязких материалов, склонных к наклепу и налипанию.

При обработке встречным фрезерованием горизонтальных плоско стей нежестких заготовок или заготовок относительно небольшой толщины (до 30 мм) вертикальная составляющая силы резания будет отрывать заготовку от стола, это может привести к неравномерности глубины срезаемого слоя (большая погрешность обработки по толщине заготовки) или к большим усилиям на закрепление заготовки (возможны деформации заготовки). Лучше использовать попутное фрезерование, когда вертикальная составляющая силы резания прижимает заготовку к столу.

3. Особенности процесса и режимы резания при фрезеровании

Особенностями процесса фрезерования является прерывистый характер процесса резания каждым зубом фрезы и переменность толщины срезаемого слоя. Каждый зуб фрезы участвует в резании только на определенной части оборота фрезы, остальную часть проходит по воздуху, вхолостую, что обеспечивает охлаждение зуба и дробление стружки.

При цилиндрическом фрезеровании плоскостей работу резания осуществляют зубья, расположенные на цилиндрической поверхности фрезы. При торцевом фрезеровании плоскостей работу резания осуществляют зубья, расположенные на цилиндрической и торцевой поверхностях фрезы. К режимам резания при фрезеровании относят скорость резания, подачу (минутную, на оборот и на зуб), глубину резания и ширину фрезерования В. Скорость резания, мм/мин, рассчитывается как окружная скорость вращения фрезы:

где D_ф – наружный диаметр фрезы, мм; n – частота вращения шпинделя станка, мм/об.

Зависимости между подачами: минутной S_м, на оборот S_o и на зуб S_z:

где z – число зубьев инструмента.

Влияние диаметра фрезы на производительность обработки неоднозначно. С увеличением диаметра фрезы повышается расчетная скорость резания при постоянной стойкости; это объясняется тем, что уменьшается средняя толщина срезаемого слоя, улучшаются условия охлаждения зуба фрезы, так как удлиняется время нахождения зуба вне зоны резания.

С целью повышения производительности лучше выбирать фрезы большего диаметра, поскольку с увеличением скорости резания пропорционально увеличиваются частота вращения фрезы и минутная подача (при пропорциональном увеличении числа зубьев фрезы). Возможности увеличения диаметра фрез ограничиваются мощностью и жесткостью станка, размерами инструментального отверстия в шпинделе станка.

4. Виды фрез, их элементы и геометрия

Фреза – многолезвийный инструмент, у которого по окружности или на торце расположены режущие зубья, представляющие собой простейшие резцы. На рис. 28 показаны основные типы фрез, применяемых в машиностроении.

Фрезы подразделяют по типам: цилиндрические (рис. 28, а, б) и торцевые (рис. 28, е), предназначенные для обработки плоских поверхностей; дисковые (рис. 28, в–д), концевые (рис. 28, ж) и угловые – для обработки пазов, канавок и шлицов; фасонные – для обработки фасонных поверхностей; модульные (рис. 28, з) – для нарезания зубьев; червячные (рис. 28, и) – для нарезания зубьев цилиндрических и червячных колес.

Зуб 4 цилиндрической фрезы (рис. 28, а) имеет режущую кромку 2; переднюю 1, заднюю 3 и затылочную 5 поверхности. Между зубьями фрезы находится канавка 6. В сечении фрезы рассматриваются следующие углы: передний γ, задний α, заострения β и резания δ.

Передний угол γ служит для облегчения схода срезаемых элементов стружки и уменьшения их усадки.

При обработке стали γ = 10–20°, чугуна – γ = 10–15°. Для твердых материалов угол γ принимают меньшим, чем для мягких.

Задний угол α выбирают с таким расчетом, чтобы снизить трение между затылочной поверхностью зуба и поверхностью резания. Для различных фрез угол α = 12–25°.

Зубья цилиндрических фрез могут быть прямыми и винтовыми под углом наклона ω к оси фрезы (см. рис. 28, б). У цилиндрических фрез угол ω = 30–40°, у дисковых и торцевых ω = 10–25°.

Фреза изготавливают цельными из инструментальных сталей и сборными, у которых зубья выполняют из быстрорежущих сталей или оснащают пластинками из твердых сплавов и закрепляют в корпусе фрезы пайкой или механически (ГОСТ Р 53413–2009).

Рис. 28. Основные типы фрез: а – цилиндрическая прямозубая, где 1, 3, 5 – соответственно передняя, задняя и затылочная поверхности; 2 – режущая кромка; 4 – зуб; 6 – канавка; α – задний угол; β – угол заострения; γ – передний угол; δ – угол резания; ω – угол наклона зубьев к оси фрезы; б – цилиндрическая с винтовыми зубьями; в – дисковая пазовая; г – дисковая двухсторонняя; д – дисковая трехсторонняя; е – торцевая; ж – концевая; з – пальцевая модульная; и – червячная

Фреза с прямыми зубьями врезается в обрабатываемую поверхность сразу по всей длине зуба, что приводит к переменной (толчковой) нагрузке на станок и некоторому ухудшению качества обработанной поверхности. Фрезы с винтовыми зубьями работают более плавно, так как зубья фрезы врезаются в деталь постепенно, при этом станок нагружен равномернее.

5. Станки фрезерной группы

В условиях единичного и мелкосерийного производства широко используются универсальные консольно-фрезерные станки: горизонтальнофрезерные без поворотного стола; горизонтально-фрезерные с поворотным столом; вертикально-фрезерные.

Рис. 29. Универсальные фрезерные станки: а – горизонтально-фрезерный; б – вертикально-фрезерный; 1 – фундаментная плита; 2 – станина; 3 – коробка скоростей; 4 – хобот; 5 – шпиндельный узел; 6 – поперечные салазки; 7 – стол; 8 – серьга; 9 – поворотные салазки; 10 – продольные салазки; 11 – консоль; 12 – поворотная планшайба; 13 – шпиндель; в – ГФС MMF-125PD

На рис. 29, а показаны основные узлы горизонтально-фрезерного станка с поворотным столом. На фундаментной плите 1 установлена чугунная станина 2, внутри которой расположены отсек для электрооборудования, коробка скоростей 3 и шпиндельный узел 5. По верхним направляющим станины перемещается хобот 4. Хобот может устанавливаться относительно станины с различным вылетом.

Серьга 8, совместно с хоботом обеспечивающая жесткость фрезерной оправки, перемещается по его направляющим и закрепляется гайкой. С помощью винтового домкрата по вертикальным направляющим станины перемещается консоль 11.

По горизонтальным направляющим консоли перемещаются продольные салазки 10, по верхним направляющим которых перемещаются поперечные салазки 6, а на них установлены поворотные салазки 9 и стол 7. Вертикальное, продольное и поперечное движения подачи стола могут осуществляться вручную или коробкой подач, размещенной в консоли. Вращательное движение выходного вала коробки подач преобразуется в поступательное перемещение стола с помощью механизмов «ходовой винт – гайка». На верхней части стола выполнены поперечные Т-образные пазы для установки заготовки или рабочих приспособлений.

На рис. 29, б показаны основные узлы вертикально-фрезерного станка. Эти станки имеют много общих унифицированных узлов и деталей с горизонтально-фрезерными станками, но отличаются от них вертикальным расположением шпинделя 13, который можно поворачивать под углом до 45° в обе стороны с помощью поворотной планшайбы 12. На фундаментной плите 1 установлена чугунная станина 2. Внутри станины расположены отсек для электрооборудования, коробка скоростей. В верхней части станины установ лена поворотная планшайба 12 с фрезерной головкой и шпинделем 13. С помощью винтового домкрата по вертикальным направляющим станины перемещается консоль 11 с продольными 10, поперечными 6 салазками и столом.

Фрезерная обработка металлов: назначение, классификация, этапы

Среди различных методик обработки металлов, наибольшую популярность получило фрезерование. Фрезеровка может применяться для работы с заготовками из материалов любой прочности и предусматривает срезание слоев металла с помощью вращающейся фрезы. Фрезерная обработка металла может выполняться как на обычных станках, так и на оборудовании, оснащенном ЧПУ, позволяющим в сжатые сроки получать изделия с минимальной погрешностью размеров.

Преимущества технологии

Ключевой плюс этой методики – универсальность, так как с помощью разных фрез и технологий срезания на одном фрезерном станке можно выполнять множество процедур и работать с металлом, пластиком, деревом, капролоном и пр.

В зависимости от формы заготовки, используемой режущей оснастки и способа фрезерования, станки позволяют выполнять следующие виды манипуляций:

гравировку и нанесение узоров любой сложности;

распил металлических деталей на несколько элементов;

шлифовку поверхностей с применением специальных насадок с абразивом;

сверление отверстий и пазов;

формирование модульных поверхностей и пр.

Этапы фрезеровки металла

Качество изделий из металла или других материалов, произведенных в процессе фрезерования, зависит не только от заготовки, но и соблюдения технологии, включающей определенные этапы:

Подготовка к работе, во время которой устанавливают режущий инструмент на шпинделе и фиксируют заготовку на рабочем столе станочного устройства.

Настройка рабочих параметров – глубины срезания материала за один проход, скорости вращения режущей оснастки, направления движения заготовки и степени плавности ее подачи.

Запуск вращения режущей части на небольшой скорости для незначительного прикасания фрезы с обрабатываемым материалом. Это позволяет проверить правильность глубины реза и безопасности процесса, после чего шпиндель отводится в изначальное положение и, при необходимости корректируются рабочие характеристики.

Повторное включение электродвигателя, запуск подачи заготовки и осуществление процесса фрезерования с постоянным контролем критериев формируемой детали.

Тип обработки

В зависимости от характера обработки, осуществляемой в процессе изготовления деталей, технологический процесс делят на несколько шагов:

Черновая обработка материала – представляет собой первоначальное удаление объемной стружки, чтобы сформировать общий профиль детали. Этот этап отделки имеет низкий класс точности с припусками в зависимости от материала 3–7 мм.

Получистовая – последующий тип зачистки с отводом болеем мелкой стружки и точностью производимых работ от 4 до 6 класса.

Чистовая – детальная отделка высокой точности 6 или 8 класса. В данном случае максимальный припуск составляет от 0.5 до 1 мм, что позволяет обеспечить высокое качество формируемой поверхности.

Плюсы применения станков с ЧПУ

Работа на обычном фрезерном станке требует повышенной внимательности и аккуратности, от которых будет зависеть не только безопасность оператора, но и результат выполняемой работы. Именно поэтому все действия должны выполняться согласно инструкции, а рабочие параметры выставляться на основе таблицы, расположенной на оборудовании. Но, даже в этом случае, качество изготовленной детали может не соответствовать требованиям, так как при работе на классических фрезерных станках, всегда существует вероятность воздействия человеческого фактора.

Именно поэтому, все большую популярность набирают станки для фрезеровки с числовым программным управлением, которые позволяют производить детали высокого качества с минимальной погрешностью размеров. Технология работы на станках с ЧПУ схожа с процессом, проводимым на обычном оборудовании. Но, в данном случае, глубина реза, конфигурация и размеры задаются в программе, которая автоматически выполняет всю работу.

Активное вытеснение обычных станков оборудованием с ЧПУ обусловлено тем, что для создания изделия, оператору достаточно проверить все подвижные механизмы, сменить режущую оснастку, закрепить заготовку на фрезерном столе, настроить программу и запустить двигатель. Далее ему нужно только наблюдать за рабочим процессом и снять изготовленную деталь со стола. Кроме простоты работы для человека, станки с ЧПУ имеют и другие преимущества:

высокая скорость изготовления деталей, которая превышает производственный процесс, осуществляемый на агрегатах без программного управления;

значительное сокращение времени смены режущей оснастки за счет оснащения оборудования револьверной рабочей головкой, которая в зависимости от модели, может фиксировать до 12 фрез;

точность обработки материалов с погрешностью не больше 0.01 мм;

чистота обработки, так как движение оснастки и подача заготовки очень плавное, что в итоге позволяет получать изделия с поверхностью, выглядящей как полированная;

возможность изготовления деталей с конфигурацией любой сложности;

простота обслуживания, позволяющая одному оператору одновременно работать сразу на 2–4 станках, в зависимости от сложности детали и длительности ее обработки.

Технология фрезерных работ по металлу: попутное и встречное фрезерование

Для обработки материалов применяют методы фрезерования, отличающиеся направлением подачи используемого материала. Как правило, при обдирочной первичной отделке металла или заготовок из твердых сплавов, чаще всего применяют встречную фрезеровку. С мягкими металлами и при получистовой или чистовой обработке, лучше работать попутной методикой. Кроме особенностей применения, данные способы работы имеют свои преимущества и недостатки, определяющие их востребованность.

Попутная технология

В процессе применение попутного фрезерования, режущая оснастка вращается в том же направлении, в котором поступает заготовка, что определяет ряд преимуществ этого метода:

под действием инерционных сил заготовка прочно удерживается на станине, поэтому отсутствует необходимость ее сильной фиксации к столу, что снижает вероятность деформации материала;

снятие припуска осуществляется с максимальной плавностью, за счет чего на поверхности образуется лишь незначительная шероховатость;

режущая кромка фрезы имеем незначительный износ, так как при попутном движении они затупляются с меньшей скоростью;

быстрое отведение стружки без применения дополнительных инструментов или приспособлений.

Но, кроме достоинств, данная технология имеет и ряд недостатков. Попутная фрезеровка не подходит для работы с металлами с множеством твердых включений, требует предварительной подготовки грубых поверхностей и сопровождается сильными вибрациями, от которых можно избавиться, только привлекая для работы станок с высокой жесткостью.

Встречное фрезерование

В отличие от попутной, встречный тип фрезерования предусматривает направление режущего инструмента на встречу движению заготовки. Благодаря этому удается не только повысить производительность, но и получить другие плюсы:

минимальная нагрузка на механизм, за счет чего продлевается его рабочий ресурс;

мягкое и равномерное воздействие на металл в процессе реза, позволяющее постепенно увеличивать глубину реза без отклонения от допустимых размеров;

отсутствие вибраций, даже при обработке металла с шероховатой грубой поверхностью.

К минусам встречного фрезерования относится то, что заготовка нуждается в надежной фиксации, так как сила резки частично направлена на отрыв шаблона от станины. Кроме того, недостатком является быстрый износ фрезы и то, что стружка плохо отводится и может попадать в зону резки.

Типы фрез для обработки

Фрезерные работы классифицируют по типу используемой режущей оснастки, по которым выделяют следующие способы и основные виды фрезерования:

Торцевое, которое производится с помощью торцевой фрезы, схожей со сверлом небольшой длины и увеличенного диаметра, на торце которого по всей окружности закреплены с разным шагом и одинаковой глубиной посадки 5 и более резцов. Такая оснастка применяется для формирования канавок, подсечек, окошек, колодцев, а также обратной фрезеровки, срезания торцов, формирования более точных габаритов заготовки.

Цилиндрическое, необходимое для корректировки высоты длинных и коротких граней, например, высоту ребер швеллера. В данном случае работа осуществляется винтовой фрезой универсального назначения в виде горизонтального валика, либо оснасткой с прямыми зубьями для работы по прямым поверхностям.

Дисковое, осуществляемое для формирования обычных продольных канавок с помощью фрезы, напоминающей режущую часть дисковой пилы.

Угловое, выполняемое инструментом в форме двух усеченных конусов, соединенных вместе, угол которого соответствует углу наклона канавки на изделие. Оснастка может быть выполнена целиком из быстрорежущей стали, либо дополняться вставными резцами из победитового сплава для резки металла повышенной твердости.

Концевое, предназначенное для создания уступов определенного размера как в горизонтальной, так и вертикальной плоскости.

Фасонное, без которого невозможно создать изделия нестандартной формы. Для этого используют остроконечные фрезы со сложным профилем и с наличием острого края по внутренней стороне, либо оснастку с затылованными зубьями.

Кроме этого, существуют и другие типы: корончатые фрезы для получения крупных отверстий, червячные для обработки материала сразу несколькими режущими кромками и т. д.

Вертикальное и горизонтальное фрезерование

Для фрезерования используют разное оборудование, которое в зависимости от характера проведения манипуляций делят на два вида вертикальное и горизонтальное. Каждый из них имеет свои особенности применения, преимущества и минусы.

Вертикальная фрезеровка

Для выполнения данного вида фрезерных работ применяют специализированные вертикально-фрезерные станки, возможности которых позволяет работать в горизонтальной и вертикальной плоскости, и проводить:

Их используют для обработки не только металла, но и других материалов, как в единичном, так и поточном производстве. Данное оборудование легко работает даже с чугуном и сталью, позволяя выпускать высококачественные спиральные изделия, рамки, зубчатые колеса, штампы и другое. В зависимости от исполнения, они могут иметь ручное управление, ЧПУ или полностью автоматизированное.

Свое название оборудование получило, благодаря вертикально расположенному шпинделю. Здесь основное движение осуществляет фреза, а заготовку вращают только в соответствии с интенсивностью ее обрабатывания или по мере необходимости. При этом движение непосредственно заготовки на фрезерном столе может быть не только прямолинейным, но и криволинейным. Шпиндельная головка имеет возможность установочного передвижения по специальным вертикально расположенным направляющим и сдвигается совместно с гильзой в осевом направлении.

В зависимости от конструктивных особенностей вертикальные станки для фрезеровки разделяют на две категории:

Консольные – крупногабаритные агрегаты с массивной консолью, позволяющей производить сверление и осуществлять работу с помощью концевых, цилиндрических, торцевых и фасонных фрез. Из-за ограничений положения свободного пространства, их используют для производства деталей с небольшим весом и заготовкой незначительного размера.

Бесконсольные – в них стол перемещаются по направляющим основной станины, зафиксированной на фундаменте, что позволяет обеспечить высокую жесткость, а значить и точность обработки изделий. За счет отсутствия консоли, это оборудование может оборудовать крупные заготовки и изготавливать крупногабаритные детали. Станки бесконсольного типа незаменимы для обработки не только вертикальных, но и наклонных поверхностей.

Горизонтальное фрезерование

Фрезеровочные работы в горизонтальной плоскости осуществляются на специальных горизонтально-фрезерных станках, у которых шпиндель расположен горизонтально. Такое оборудование может работать угловыми, дисковыми и цилиндровыми фрезами, а также сборной оснасткой со сменными резцами. Кроме стандартных горизонтальных станков, существуют универсальные с возможностью установки инструментов любого типа, предназначенным не только для поверхностной линейной обработки металла, но и сложного реза выемок и пазов на вращающихся заготовках. Резка осуществляется под прямым углом и лучше всего подходит для формирования канавок с быстрым отведением стружки.

Технические проблемы фрезерования и пути их решения

Несмотря на использование технологичных современных фрезерных станков, данный процесс может сопровождаться возникновением ряда проблем, имеющих разные основания появления и пути решения. Одной из возможных проблем относится травмирование оператора отлетающей металлической стружкой, которое легко решается путем организации системы ее отвода. Но для процесса фрезеровки существуют и более весомые проблемы. К ним относится активное сокращение рабочего ресурса оснастки и повреждение поверхности заготовки при обработке.

Снижение срока службы инструмента

В эту категорию важных проблем технических и технологических проблем фрезеровки входит:

Быстрый износ кромки режущей оснастки. Как правило, он возникает в результате неправильной подачи обрабатываемого материала, установки несоответствующей оснастки или скорости ее вращения.

Сильное выкрашивание кромки фрезы, спровоцированное ее неправильным выбором, установки шпинделя под другим углом или слишком высокой скоростью его вращения. Также, к причинам образования этой проблемы может привести чрезмерное давление фрезы или плохое состояние обрабатываемой поверхности, не прошедшей необходимую подготовку.

Полная поломка, к которой чаще всего приводит использование инструмента с недостаточной прочностью и термический удар. Избежать этой проблемы можно, применяя нужную оснастку и воздушное или жидкостное охлаждение для регулирования температуры и смазывания рабочей зоны. К более редким причинам поломки фрез относится отсутствие или плохой отвод стружки, что приводит к ее вторичному срезанию и передаче внушительной нагрузки на инструмент.

Формирование на режущей кромки наростов и налипание металлической стружки, возникающее при резке мягких металлов (например, алюминия) и применения фрезы с неправильно подобранным углом. Решается путем смены оснастки.

Повреждение обрабатываемой поверхности

К самым частым повреждениям материала заготовки относится:

Образование наклепа в результате повышения температуры в области резания с увеличением прочности и уменьшением пластичности. Избежать ситуации можно, используя своевременное охлаждение детали.

Отклонение от вертикальности, которое обычно происходит при сильном износе кромки режущей оснастки или при неправильно подобранном режиме резки.

Несоблюдение размеров, возникающее в результате плохой фиксации, недостаточной жесткостью инструмента, недопустимого уровня его вибрации или увеличения интервала замены. Исправляется проблема сменой фрезы, более жестким усилием крепления заготовки и применением виброгасителей.

Выкрашивание и образование неровностей, которые являются результатом неправильной установки скорости и глубины, а также отсутствием равномерности подачи заготовки.

Предварительное изучение возможных сопровождающих негативных явлений, их причин и решений, позволит правильно подобрать оснастку и режим работы, что в целом скажется на качестве и производительности рабочего процесса.

Оставить заявку на услуги

Предлагаем Вам воспользоваться услугой по изготовлению Ваших деталей на нашем предприятии!

Для отправки чертежей Вы можете воспользоваться формой.

Наш сотрудник свяжется с Вами в течение дня.

Фрезерная обработка металла: основные принципы и сведения

Фрезерная обработка в последнее время набирает большую популярность, поэтому столь же востребована, как сверление деталей и токарная обработка. Суть её заключается в срезании слоя металла при помощи вращающейся, зубчатой фрезы. Фрезерование можно выполнять на заготовках из разных материалов, причем проделывается это как на специальных станках, так и вручную.

Назначение фрезерной обработки

При помощи различного вида фрез, можно более точно и качественно выполнять фрезеровку деталей. Это могут быть различные материалы, но наиболее распространенная обработка на металлах. А при помощи современных станков, оборудованных системами ЧПУ, есть возможность уменьшить количество брака, а также управлять при помощи не сложных числовых программ. Сейчас фреза заменена на лезвие в качестве рабочего инструмента, что и позволило уменьшить вероятность брака, делая заготовки максимально точно.

Для чего же нужна в обработке фрезеровка? При её помощи можно проводить отрезку в металлах, шлифовать, наносить специальные узоры, гравировать, а также делать токарные и другие работы в разных видах деятельности. В набор входит несколько многозубчатых, режущих фрез, а их крепление в станках определяет горизонтальный или вертикальный тип работы. В производстве также может использоваться фрезерование под некоторым углом, для чего предварительно устанавливают фрезу в необходимом направлении. В зависимости от вида обрабатываемой продукции, такое фрезерование имеет несколько способов. Но стоит отметить, что используется немалое количество разнообразных фрез, в частности это цилиндрические, торцевые, концевые, зубчатые, фасонные, а также более сложные.

Сферы применения фрезеровки довольно разнообразны, она может использоваться в металлообработке, машиностроении, в ювелирном производстве, деревообработке и даже в дизайне и архитектуре.

Обработка металла фрезерованием производится вне зависимости от его прочности. Фрезы выбирают, исходя из того, какая нужна обработка, для плоскостей используют цилиндрические или торцевые типы фрез, в последних подбирают несимметрические схемы резания. То есть если детали правильной прямоугольной, квадратной и подобной формы, то чаще всего применяется два эти способа. Одинаковую профильную деталь можно сделать цилиндрической фрезой или с торца.

Фрезерная резка алюминия считается в наше время довольно популярной, так как алюминий широко используется в эксклюзивном дизайне, интерьере, для рекламных элементов, операторской техники и пр. Благодаря его легкости, прочности и низкой температуре плавления, он широко используется и с него не сложно вырезать различные изделия. На деталях сувенирных изделий, маркетинговой и кухонной продукции на современных высокотехнологических станках можно делать надписи, узоры, рельефность и пр. При этом они получаются без заусенцев, правильного габарита и формы, а также с идеальными краями.

Не малую популярность в наше время набрала объемная фрезеровка пластика, в особенности в 3D виде. Это довольно востребованные услуги, которые применяются для промышленных изделий, корпусов. Причем детали быстро делаются, так как довольно быстро работает станок фрезерно-гравировального типа, а цена за выполненные работы невысокая. Обрабатываются как шлицевые, так и фасонные и зубчатые детали, а также проделывают обработку отверстий, торцов, пазы. Из пластика в 3Д виде можно фрезеровать декоративные и пр. детали, формы для литья, полимерные корпуса и многое другое, создавая оригинальные и нужные формы изделий.

Классификация фрезерных работ

Как уже упоминалось, в зависимости от используемой фрезы, различают несколько видов фрезерования, а именно:

• Торцевое фрезерование, суть которого состоит в получении определенной формы деталей при помощи торцевой фрезы. Это необходимо в большинстве случаев для вырезания в изделиях подсечек, канавок, окошка, а также “колодец”, канавку и т. д. С её помощью также производят обратное фрезерование торца из внутренней части разного плана изделий. Фрезеровка торца нужна для получения деталей более точных габаритов, простоты монтажа и, по сути, срезанные торцы служат для передачи сжимающих усилий.
• Концевые, которые нужны для образований уступов в плоскостях вертикальной или горизонтальной формы.
• Цилиндрические, отличающиеся получением изделий в плоскостях соответствующей фрезой в обратном положении.
• Зубчатое.
• Фасонное, заключающееся в создании фасонных (сферы, эллипсы и пр.) деталей неправильной формы. Это фрезерование при помощи специальных фрез, в результате чего получаются фасонные изделия.

Также распространены в разных направлениях деятельности много других видов фрез, которые отличаются многофункциональностью, большими возможностями и точностью в выполнении работ. Используются винтовые канавки для создания зенкер, сверл и другого, отрезной фрезой нарезают различного габарита бруски, к тому же можно получить сложную форму детали криволинейным типом фрезы. Стоит отметить отличие фрезерования двойными дисками, шлицевую лезвию для создания пазов в деталях, а также более сложные формы их. Также можно создать определенную форму при недолгом применении видов фрезерования.

Кроме классификации фрезерования по видам фрез, также существует распределение их на вертикальное расположение в станке, горизонтальное и под углом.

Станки для таких работ, в свою очередь, разделяют на механические и лазерные. Существует направление режущего, движущего элемента совместно с изделием, что принять называть попутным типом обработки. Если же навстречу резцу движется изделие, тогда это считается встречная фрезеровка.

Стоит также отметить профильное фрезерование деталей как деревянных, так и металлических и пр. Это отличается в изделиях, которые идут выпуклой либо вогнутой формы. В этом случае необходимо более тщательно подходить к выбору технологического типа, что зависит в основном от габарита детали и сложности профилирования. Данный вид процесса проходит в три этапа: предварительная грубая и частично чистая фрезеровка, получистая и напоследок окончательная чистая. Часто для получения деталей высокого качества финишную обработку производят с большими подачами, а предыдущие операции выполняют отдельно на разных станках.

Так как для фрезеровки деталей цилиндрическим способом производится при не столь хорошем креплении, то чаще всего профильное фрезерование изделий делается торцевым способом. В основном это универсальный способ для многосерийного промышленного изготовления. В этом случае есть возможность воспользоваться несколькими способами фрезерования разных плоских поверхностей. Это использование двух зубил, фрез большого диаметра и нескольких зубил одновременно.

Работа в таком режиме может происходит значительно быстрее и спокойно, в особенности при использовании нескольких фрез сразу, расположенных с разных сторон от изделия. По этой причине фрезерование плоскостей при помощи торцевых фрез, более применяемое в производстве.

Осуществляется фрезерование, помимо этого, также при помощи ионного луча. Это относительно новый и высокотехнологический процесс, позволяющий удалить максимально точный слой металла. Ионное фрезерование производится под воздействием атома гелия на поверхность, главным условием является контроль напряжения и энергии. Другими словами, сегодня не обязательно полировать или шлифовать детали, это можно сделать на атомном уровне, а на раскаленный металл можно вставлять дополнительные детали.

Технологические этапы процесса

Что касается технологического процесса фрезеровки, то она состоит из несколько последовательностей, которым необходимо следовать:

• Изделие осторожно подводят со стороны поверхности, необходимой для обработки, к фрезеру, который в это время вращается.
• Отведя стол, отключают шпиндель, чтобы он не вращался.
• После этого нужно задать требуемую глубину прорезания.
• Запускают шпиндель.
• Изделие, расположенное на столе, вместе с ним подводят к стыковке с фрезой.

Обработку металлических деталей цилиндрической фрезой производят при длине фрезы на 10-15 мм более, чем есть изделие, а диаметр её подбирается, исходя из толщины разрезания и ширины. При выборе торцевых фрез работа будет делаться не так шумно, поскольку детали надежнее прикрепляются. Производительность предприятия будет высокой при использовании набора фрез, так как во многом упрощается задача. Все зависит от применяемых фрез, а это: совместные фрезы, зубила, двумя дисками одновременно, набора фрез, расположенных с разных боков заготовки и пр. Фрезерование плоскостей несколькими торцевыми фрезами делает сразу несколько обрезаний, а также исключает удары при работе.

Современные технологии позволяют проводить безопасную и с меньшим процентом брака обработку на токарно-фрезерных станках, оборудованных системами ЧПУ. В некоторых случаях, как при обработке деталей повышенной твердости, можно на них делать шлифовку. Они гарантируют получение изделий по максимуму точной геометрической формы, а также производительность. Бывают как специального назначения, так и общего использования, но небольшие детали дома можно обрабатывать ручным электрическим фрезером. Управление на компьютере позволяет задать все параметры и выполнять максимально точно, к тому же есть возможность рассчитывать и создавать 3D модели непосредственно на станке.

Благодаря современным технологиям, фрезерная обработка приобретает большую популярность в разных отраслях производств. Что касается металла, то можно на станках делать как алюминиевые, так и стальные, титановые изделия. Вне зависимости от материала, фрезерованием можно делать детали специального назначения, эксклюзивные, ювелирные и др. И только на станках, оборудованных системами ЧПУ, можно выполнять лазерную фрезеровку деталей сложной формы. Это дорогостоящая, но качественная обработка возможна без предварительной шлифовки.

Фрезерная обработка металлов: что такое встречное и попутное направление – виды и схемы

Одной из наиболее распространенных и незаменимых процедур по стали является фрезерная обработка металлов – что это, расскажем в статье. Поговорим об истории и особенностях способа металлообработки, разновидностях.

Развитие технологии

Способ механического резания заготовки с помощью вращения металлических фрез был открыт в 1668 году в Китае. Правда, вместо станины из крепкого материала был оборудован каменный фундамент типа плиты, а электродвигатель заменяли мулы, которые осуществляли движение механизма.

К началу 19 века данный принцип, уже усовершенствованный и оснащенный электрическим приводом, был впервые применен в промышленных целях. Эли Уитни (англ. Eli Whitney) установил станок на оружейной фабрике в Америке. Это оборудование было довольно грубым, массивным и деревянным, но прослужило очень долго – два поколения. Только внуки предпринимателя приняли меры по совершенствованию агрегата.

Конструкция, которая больше всего напоминает настоящий современный вариант, была создана компанией «Гай, Сильвестер и Ко» в США в 1835 году. Именно тогда начали применять плоский ремень для передачи основного вращательного движения. Рядом со шкивом находилось зубчатое колесо, которое было посажено на оправку. На ней уже фиксировался резец. Таким образом можно было обрабатывать только плоские заготовки. Оборудование имело устройство передвижения фрезы по вертикали.

Когда изготовление оружия показало эффективность фрезерования, способ начали применять и для гражданской промышленности. Первыми деталями производства были гайки – подобным образом делали их грани, а также внутреннее отверстие – станок был создан в Америке.

Спустя еще 20 лет фирма Линкольн впервые создала механизм, который был изготовлен из стали, а не из дерева. Многие запчасти получилось уменьшить в размерах, а также это позволило увеличить долговечность, снизить износ деталей и дало возможность работать с более прочными сплавами и массивными изделиями. Приятное дополнение – появление в конструкции ходового винта с маховиком.

С тех пор мы имеем дело с современным методом фрезерования – вручную, когда механик (фрезеровщик) выполняет основные действия по креплению, выбору сверла, наладке, перемещению и пр. Но ручной режим характерен частыми ошибками, ведь это и есть человеческий фактор, а также сбоями, поломками, простоями, браком и дефектами. Главную сложность составляли криволинейные поверхности, которые нужно было вытачивать с особенной тщательностью.

Увеличение автоматизации процесса проходило вместе с появлением пультов цифрового и, более совершенного, числового управления. Оборудование, оснащенное ЧПУ, имеет очень высокую точность резания, потому что программное обеспечение самостоятельно закладывает основные параметры, в том числе, режимы, скорость, перемещение фрезы во всех возможных плоскостях.

Сейчас есть лазерные виды фрезерования. Установка оснащена лучом лазера, который быстро и с повышенной точностью производит иссечение металла.

Современные станки с ЧПУ для фрезеровки можно приобрести в интернет-магазине по адресу https://stanokcnc.ru/. Здесь представлен широкий ассортимент моделей, которые предназначены для профессионального создания металлических изделий. Они отличаются высокой производительностью, длительностью и удобством эксплуатации.

Назначение фрезерной обработки

Преимущество этого метода отделки в том, что с помощью разных инструментов и технологий (схем резания) можно выполнять множество процедур. Универсальность, помимо этого, заключается в том, что большинство современных станков с ЧПУ предназначены не только для металлообработки, но и для работы по дереву, пластмассе, стеклу и прочим материалам.

Основная задача фрезеровки – механическое снятие с поверхности верхнего слоя посредством фрезы или более современных лезвий. Что можно сделать с помощью разных схем фрезерования:

• распил детали на два и более элемента;
• шлифовка – применяются специальные насадки с мелким абразивным веществом;
• наносить специальную гравировку, узоры;
• просверлить отверстие с последующим нанесением внутренней и внешней резьбы, и многое другое.

У фрезеровщика всегда есть большой набор фрез (они могут быть многозубчатые, режущие). В зависимости от того, как оснастка установлена в оборудовании (горизонтально, вертикально), будет производиться обработка. Помимо этого, если режущая кромка будет установлена в определенном направлении, то можно говорить про угол резания. Среди классических можно выделить цилиндрические, торцевые, концевые, зубчатые, фасонные, а остальные – более сложные.

Перечислять сферы применения фрезеровки бессмысленно, поскольку аппарат применяется при изготовлении как крупных, так и мельчайших изделий, которые, в свою очередь, могут использоваться в абсолютно разных производственных процессах, как то: автомобилестроение, станкостроение, металлообработка и даже ювелирные мастерские.

Основным преимуществом использования фрезерования является то, что обрабатывать можно любой материал вне зависимости от его прочности. В зависимости от заготовки, а именно ее формы и стройматериала, подбирают фрезу.

Сейчас считается популярной фигурная резка алюминия, потому что этот металл очень легкий, он используется в архитектуре, дизайне помещений. Он отличается достаточной прочностью, но при этом прост в металлообработке, имеет малый вес и низкую температуру плавления. Алюминий не только можно вырезать фигурным способом, но и делать гравировку, узор, не оставляя на поверхности заусенцев.

Стоит отметить, что большинство станков ЧПУ легко перенастроить к другим материалам. Набирает популярность трехмерная фрезеровка пластика. Из него делаются элементы для салона автомобиля, различные корпусы.

К преимуществам следует отнести:

• Высокую скорость обработки.
• Небольшую себестоимость работ.
• Большое многообразие схем и процедур.

Попутное и встречное фрезерование металла: что это такое

Это два самых распространенных вида, которые уже своим названием характеризуют основное отличие. По пути, то есть по подаче, как говорят многие фрезеровщики, – это способ отделки, в ходе которого фреза вращается в ту же сторону, в которую направлен ход заготовки. У метода есть преимущества:

• Естественным образом происходит прикрепление обрабатываемой стали к станине, поэтому нет необходимости очень сильно закреплять изделие к столу.
• Износ зубьев у режущей кромки незначительный, потому что вдоль движения они затупляются намного меньше.
• Припуск снимается очень плавно, поэтому на покрытии поддерживается оптимальный уровень шероховатости.
• Легкое стружкоотведение – стружки не лезут под нож.

К недостаткам следует отнести:

• Не подходит для металлообработки грубых, неподготовленных поверхностей, то есть для обдирочных работ.
• Твердые включения могут затупить лезвие.
• Необходима высокая жесткость станка, чтобы не было сильных вибраций.
• Минимальное количество зазоров.

Встречное фрезерование металла – это направление фрезы на встречу движения заготовки. Основные характеристики: производительность повышается, а вместе с тем увеличивается и износ оснастки.

• Мягкий процесс резания с небольшой нагрузкой на механизм.
• Сырье в ходе работы подвергается небольшой деформации, что упрочняет материал.

• Сила резки уходит частично на отрыв шаблона от стола, поэтому нужна надежная фиксация.
• Нельзя использовать высокий режим с большой скоростью, потому что быстро происходит износ фрезы.
• Стружка сходит в неудобную сторону – она может попасть в зону резания.

Когда какой тип применяется

Способ применяется в зависимости от материала и от степени металлообработке. При первичной (обдирочной) обработке стали лучше применять встречный вариант, в то время как при последующем движении рекомендовано использовать метод «по пути».

Когда вы работаете с мягким типом металла, лучше работать попутной технологией, а если есть твердые включения – идти навстречу заготовке.

Классификация и виды фрезерных работ

В основном специалисты классифицируют деятельность по выбранной фрезе. Можно различать фрезерование:

• Торцовое. В этом случае с помощью лезвий создаются канавки, подсечки и прочие боковые элементы вырезки стали. Также срезаются торцы.
• Концевое. Для вырезания уступов по вертикали и по горизонтали.
• Цилиндрическое. Для обработки прямых или фигурных поверхностей.
• Зубчатое – создание зубцов на колесах и иных деталях.
• Фасонное. С помощью соответствующего инструмента делаются фаски (сферы, эллипсы и пр.).

Это неполный перечень видов работ. В зависимости от типа оснастки может быть произведена отделка сверлом, зенкер, отрезными фрезами, криволинейными типами, двойными дисками и другими.

Кроме того, существует классификация по способу установки инструмента – горизонтальное, вертикальное или по диагонали, то есть под углом.

Сложные и простые станки для фрезерной обработки металла

В зависимости от того, как устроено производство на заводе (крупные или мелкие серии, разновидность процедур), закупается одно универсальное оборудование с возможностью его быстро перенастраивать или несколько узкоспециализированных, которые отличаются своей определенной задачей.

В первом случае рекомендуем устанавливать устройства с ЧПУ от https://stanokcnc.ru/. Так вы сможете быстро переустанавливать оснастку, крепить заготовку, а программу и режим, скорость резания выберет сам аппарат, исходя из параметров исходного сырья и схемы металлообработки.

Во второй представленной ситуации, когда видов установок несколько, дополнительно создается конвейерная лента.

Основные виды фрез

Есть три признака, по которым проходит классификация:

• По форме, например, цилиндрические, конусные, сферические, дисковые.
• По назначению: торцевые, отрезные, прорезные, пазовые.
• По материалу, который они обрабатывают. Нас, в данном случае, интересуют те, которые предназначены для обработки металла.

Конструкционные отличия

Конструктивно они различаются на следующие типы:

• Кольцевые, или корончатые сверла. Они нужны для получения отверстий с более высокой точностью и увеличенной в 4 раза скоростью, относительно обычного сверления.
• Червячные – касаются стали одновременно несколькими режущими краями.
• Фасонные с остроконечными или затылованными зубьями. Имеют два ряда лезвий, а второй подвид отличается наличием острых краев с внутренней торцевой стороны.
• Концевые – для создания пазов, уступов.
• Угловые – отлично обрабатывают кривые поверхности и углы.
• Цилиндрические с винтовыми или прямыми зубьями. Первые универсальны, вторые – только для прямых покрытий.
• Торцевые – монолитные или со сменными пластинами.
• Дисковые – предназначены, как правило, для отрезки стального листа и прорезки канавок.

Влияние режимов резания на результаты работ

Если установлен станок старого типа, то его наладка происходит вручную перед каждой новой процедурой. От верности движений мастера зависит:

• Снятие определенной толщины слоя за один проход.
• Скорость вращения инструмента (обороты шпинделя).
• Плавность и направление подачи заготовки.

В основном все параметры занесены в таблицы, но они имеют свои погрешности, особенно если взята некачественная сталь, оборудование обладает недопустимым уровнем вибрации, то есть плохим креплением, а также выбран старое приспособление.

Чтобы не допускать таких ошибок, выгоднее приобрести станок с ЧПУ.

Технологические этапы процесса

В целом действия являются одинаковыми, но чем современнее механизм, тем меньше действий нужно делать оператору.

На обычной установке

• Заготовку фиксируют на столе.
• В шпиндель вставляют необходимую фрезу, выбирая при этом угол и направление.
• Ручками задают глубину резания.
• Выставляют скорость, она определяется в оборотах в минуту.
• Включают аппаратуру, регулируя движение бабки и держателя инструмента.

С ЧПУ

• Фиксация изделия.
• Проектирование будущей детали на компьютерной программе.
• Установка схемы на пульт управления.
• Монтаж.
• Запуск.

Как мы видим, исключаются одни из важнейших этапов – изначальный выбор режимов и последующее управление приспособлением

Лазерная обработка

Не будем приводить алгоритм, скажем только, что он отличается от последнего отсутствием необходимости выбора и крепежа резца. Ведь в установке основное воздействие не механическое, а тепловое – под воздействием луча лазера происходит испарение металла.

Сопровождающие явления

Есть процессы, которые могут повлиять на качество результата:

• Стружка. Если она попадает в зону резания, то может сделать деталь дефектной или повредить саму режущую кромку.
• Наклеп. Из-за увеличения температуры в зоне резки происходит повышение твердости края при снижении его прочности.
• Трение и вибрации – они естественным образом приводят к более медленному процессу.

Защита обрабатываемых изделий и инструмента

• Использовать вещества и жидкости для смазывания и охлаждения рабочей зоны.
• Заранее предусмотреть отвод стружки.
• Использовать виброгасители.

Все это вместе с правильным подбором режима поможет избежать основных сопровождающих явлений.

Возможности процедуры

В статье мы рассказали про фрезеровку – что это такое и какие обширные сферы применения она имеет. Теперь мы предлагаем каждому читателю опробовать все возможные функции на своем универсальном станке.

Технология фрезерных работ по металлу

Фрезерные работы по металлу являются одним из самых сложных видов металлообработки. В отличие от токарных работ, в процессе которых инструмент перемещается всего лишь по двум осям, фрезерная обработка является многокоординатной: перемещения инструмента происходят по трем, четырем и даже 5 осям. Если точением обрабатываются, как правило, тела вращения, то фрезерование позволяет обрабатывать практически любые поверхности. Принцип фрезеровки начали использовать еще в XVI веке в Европе благодаря Леонардо да Винчи. Именно он изобразил цилиндрический напильник, который вращался вокруг своей оси – данная схема и легла в основу фрезы. Создание станка с вращающимися напильниками осуществили в Китае в 1665 году. Технология фрезерных работ в то время существенно отличалась от современной. Но уже в XIX веке появились качественные прототипы современных фрезерных станков и в ХХ веке технология фрезерных работ приобрела современный вид. Конечно же, эта технология постоянно развивается, однако в основе её лежит все тот же принцип гениального Леонардо.

Появление обрабатывающих центров с ЧПУ для фрезерных работ и современных CAM– программ существенно упростило работу технолога по созданию техпроцессов фрезерных работ. Отпала необходимость «ручного» расчета режимов по формулам и использования большого количества разнообразных таблиц.

Но для правильного выбора предлагаемых программой параметров и создания эффективной управляющей программы для станка с ЧПУ, технологу по-прежнему необходимо иметь глубокое понимание процессов, происходящих при фрезерной обработке. Он должен ясно представлять как изменение параметров резания или схемы обработки отразится на скорости фрезерования и качестве изготавливаемой детали.

Основные понятия.

Фрезерование (фрезеровка) – это способ обработки плоскостей, пазов, фасонных поверхностей, шлицев, а также любых других поверхностей, отличных от тел вращения, позволяющий получить чистоту поверхности 4—6-го и 3—4-го классов точности.

Процесс резания при фрезеровке характеризуется следующими особенностями:

1. Фрезеровка является способом многолезвийной обработки: при этом в процессе резания находится несколько зубьев одновременно. Чем больше число зубьев, тем меньше интенсивность переменных нагрузок, выше плавность резания.

2. Периодически повторяющимся процессом резания режущими кромками по циклу – нагрузка с последующей паузой.

3. Периодически повторяющимся процессом врезании зуба в металл, что приводит к ударной нагрузке на режущую кромку, а также при наличии радиуса скругления к определенному периоду скольжения зуба без процесса резания. В схемах фрезеровки, где удельный вес такого явления велик, это ведет к ухудшению условий работы инструмента и вызывает его повышенный износ.

4. Переменностью нагрузки на режущую кромку за одни цикл резания, обусловленной переменной величиной площади срезаемого слоя: у прямозубых фрез переменной является только толщина среза, а у фрез с винтовым зубом – переменными являются и толщина среза и длина контакта режущей кромки с заготовкой.

Схемы фрезеровки.

При работе цилиндрическими, коническими, дисковыми и фасонными фрезами различают следующие схемы фрезерной работы по металлу:

1. Фрезеровка против подачи – встречная фрезеровка (фиг. 1, а), когда движение работающих зубьев фрезы при ее вращении направлено против направления подачи. При фрезеровке по этой схеме зуб работает из-под корки, что облегчает процесс обработки заготовок с упрочненным поверхностным слоем. Вместе с тем резание сопровождается повышенными вибрациями, так как сила резания стремится оторвать заготовку от стола, создавая переменную нагрузку определенной частоты (фиг. 1, б).

2. Фрезеровка по направлению подачи – попутное фрезерование, когда направление движения работающих зубьев совпадает с направлением подачи. При работе по этой схеме зуб сразу подвергается максимальной нагрузке. Однако при обработке заготовки, не имеющей на поверхности твердого поверхностного слоя, эта схема дает повышение стойкости инструмента, чистоты и точности обработки.

При работе торцовыми и концевыми фрезами необходимо различать симметричную (фиг. 2, а и 6) и несимметричную (фиг. 2, в и г) фрезеровку.

Симметричную фрезеровку разделяют на симметричную полную (фиг. 2, а), когда t = D, и симметричную неполную, когда t Основные элементы срезаемого слоя при фрезеровании (фиг. 1, 2).

Угол контакта фрезы ψ в град – центральный угол, равный дуге соприкосновения с деталью.

Глубина резания t в мм – величина срезаемого слоя материала, соответствующая длине дуги резания ψ и измеренная в направлении перпендикулярном к обрабатываемой поверхности.

Ширина фрезерования В в мм – ширина обрабатываемой поверхности, измеренная в направлении, параллельном оси фрезы. Для цилиндрических фрез эта величина равна величине зоны контакта фрезы с деталью в направлении, параллельном оси фрезы, а для дисковых – равна ширине фрезеруемого паза.

Ширина среза в мм – длина соприкосновения режущей кромки зуба с обрабатываемой деталью. Для цилиндрической прямозубой фрезы b = В, для цилиндрической с винтовым зубом b ≠ В и является переменной величиной.

Толщина среза a в мм – расстояние, измеренное в радиальном направлении, перпендикулярном к поверхности резания, образованное двумя последовательными положениями режущих кромок фрезы. Это величина переменная, максимальное значение которой расположено на угле контакта ψ.

Режимы фрезерования.

Глубина резания t в мм при фрезеровке зависит от припуска на детали, а также от жесткости и мощности станка.

Подача при фрезеровании определяется тремя параметрами:

sz мм/зуб – подачей на один зуб, определяющей величину нагрузки каждого зуба фрезы
в процессе резания;

s = sz• z мм/об – подачей на один оборот фрезы;

sm= s • n = sz • z • n мм/мин – минутной подачей, определяющей основное технологическое время.

При чистовом фрезеровании, исходя из заданного диаметра фрезы D в мм и глубине резания t в мм, допустимая величина подачи определяется заданной чистотой поверхности:

Значения коэффициентов и показателей степени выбираются из таблиц в зависимости от типа инструмента и свойств материала.

При грубом фрезеровании подача зависит от жесткости и мощности станка и прочности режущей кромки.

Скорость резания при фрезеровании определяют по формуле:

где T – стойкость фрезы, которая является табличным значением.

Значения коэффициентов также являются табличными значениями и зависят от схемы обработки, типа инструмента и обрабатываемого материала.

Сила резания при фрезеровании R раскладывается на две составляющие (фиг. 1, б):

окружную Р в направлении, касательном к траектории движения режущей кромки, и радиальную Р г, направленную по радиусу. Помимо этого ее можно разложить на горизонтальную Рн и вертикальную составляющие Pw, у фрез с винтовыми зубьями имеется еще осевая составляющая Р0; фреза на оправке устанавливается таким образом, чтобы эта сила действовала на шпиндель.

Окружная составляющая наиболее значительна. Ее величину определяют по формуле:

Значение коэффициента Ср, показателей степени хр ур rpqpявляются табличными.
Величина силы Р зависит от величины переднего угла и скорости резания, вида обрабатываемого материала, величины износа инструмента. Это учитывается поправочными коэффициентами, которые также приведены в справочных таблицах.

Основное технологическое время Т при цилиндрическом и торцовом фрезеровании с продольной и поперечной подачами определяют по формуле:

где sM— минутная подача в мм/мин;

l– длина фрезерования в мм;

l1 – величина врезания в мм

l2 – величина выхода инструмента в мм.