Фрезерование металла на станках с чпу - это резание материала инструментом на станке с чпу, имеющим главное движение вращение и хотя бы одно движение подачи. Фрезы обычно являются многолезвийным инструментом. В целом, фрезерование на чпу - это эффективный метод обработки, при котором каждая из режущих кромок фрезы снимает одинаковое количество материала. Наиболее часто фрезерование применяется для обработки плоских поверхностей (рис. 1).
Но также быстро растет роль фрез в обработке сложных криволинейных поверхностей на обрабатывающих центрах, портальных фрезерных станках и станках многоцелевого назначения.
Фреза обычно совершает резание в одном или нескольких направлениях: радиальном (рис. 2, а); периферийном (рис. 2, б); осевом (рис. 2, в). Каждый способ фрезерования можно разложить на эти три основные перемещения в сочетании с вращением фрезы.
При торцевом фрезеровании металла в работе участвует как периферия, так и торец инструмента. Фреза вращается вокруг вертикальной оси в плоскости, перпендикулярной направлению подачи стола.
Рис. 1. Типы фрезерования с точки зрения формы обрабатываемой поверхности и способа перемещения инструмента: 1-торцевое фрезерование; 2 - фрезерование уступов; 3 - профильное фрезерование; 4 - фрезерование карманов; 5 - фрезерование пазов; 6 - фрезерование поверхностей вращения; 7 - резьбофрезерование; 8 - отрезка; 9 - фрезерование с большими подачами; 10 - плунжерное фрезерование; 11 - фрезерование с врезанием; 12 - винтовая интерполяция; 13 - круговая интерполяция; 14 - трохоидальное фрезерование
Фрезы, в основном, работают периферийной частью режущих кромок. При этом фреза вращается вокруг оси, параллельной плоскости детали.
При плунжерном фрезеровании металла на станке с чпу в работе участвует торцевая часть режущей кромки или торец концевого инструмента. Подача направлена вдоль оси фрезы, обработка имеет сходство с процессом сверления.
Рис. 2. Направления движения фрезы: а - радиальное, б - периферийное, в - осевое
При подготовке фрезерной операции необходимо иметь в виду следующие параметры фрезы. Номинальный диаметр фрезы (Dc), максимальный диаметр (Dc2 или D3), эффективный диаметр (De), используемый для определения скорости резания (рис. 3).
Скорость фрезерования (vc, м/мин) - это окружная скорость перемещения режущих кромок фрезы. Эта величина определяет эффективность обработки и лежит в рекомендованных для каждого инструментального материала пределах.
Частота вращения шпинделя станка с чпу (n, мм/об), равняется числу оборотов фрезы в минуту. Вычисляется в соответствии с рекомендованной для данного типа обработки скоростью резания.
Рис. 3. Геометрические параметры фрезы
Подача на зуб (fz, мм/зуб), используется для расчета минутной подачи. Это расстояние между траекториями движения двух смежных зубьев, измеренное в направлении подачи. Так как фрезы являются многозубым инструментом, необходимо знать толщину срезаемого слоя, приходящуюся на каждый зуб. Подача на зуб (рис. 4) рассчитывается исходя из максимально рекомендуемой толщины стружки.
Число зубьев фрезы (zn) может быть различно и влияет на величину минутной подачи. Выбор числа зубьев определяется обрабатываемым материалом, шириной фрезерования, условиями обработки, мощностью оборудования и требуемым качеством поверхности. Также при выборе числа зубьев необходимо рассчитывать эффективное число зубьев zc, т.е. число зубьев, одновременно находящихся в резании.
Подача на оборот (fn, мм/об), зачастую является определяющим ограничивающим параметром в отношении чистовой обработки при фрезеровании металла на станках с чпу. Она равна относительному смещению фрезы и заготовки за один оборот фрезы (рис. 4).
Глубина резания (αp, мм) - это расстояние между обработанной и еще необработанной поверхностями, измеряемое вдоль оси фрезы (рис. 4).
Ширина фрезерования (αe, мм) - это величина срезаемого припуска, измеренная в радиальном направлении или ширина контакта заготовки и инструмента (рис. 4).
Рис. 4. Геометрические параметры фрезерования
Основным геометрическим параметром фрез является главный угол в плане kr. Он измеряется между периферийной режущей кромкой и плоскостью торца фрезы и определяет направление сил резания и толщину срезаемой стружки. Выбор геометрии пластин условно упрощен до трех областей, различающихся характером фрезерования на станке с чпу:
- легкая геометрия L - острая режущая кромка с положительными углами, стабильный процесс резания, малые подачи, низкая потребляемая мощность, низкие усилия резания;
- средняя геометрия М - универсальная положительная геометрия, средние величины подач;
- тяжелая геометрия H - наибольшая надежность режущей кромки, большие подачи (рис. 5).
Рис. 5. Типы геометрии пластин (по классификации фирмы «Сандвик»): легкая геометрия - L, средняя геометрия - M, тяжелая геометрия - H
Фрезерование - процесс механической обработки, при котором многозубый инструмент - фреза - имеет вращательное движение (со скоростью резания), а обрабатываемая заготовка - поступательное (со скоростью подачи). Характерным для фрезерования является прерывистое резание, что связано с конструктивными особенностями фрезы. Обработка бруска цилиндрической фрезой диаметром Dф показана на рис. 6. Зубья фрезы цилиндрического типа срезают дугообразный сегмент, толщина которого зависит от подачи Sz на зуб фрезы, а длина - от длины линии контакта инструмента с деталью. Глубина t резания зависит от припуска заготовки: t≤(Dф-dо)/2, где dо - диаметр оправки, на которой закреплена фреза. Ширина обрабатываемой детали Вд ≤ 0,8 Вф, где Вф - ширина фрезы.
Рис. 6. Встречное фрезерование цилиндрической фрезой
Цилиндрические фрезы можно использовать при встречном фрезеровании (см. рис. 6), когда направление вращения фрезы противоположно направлению подачи детали, или попутным (рис. 7), когда направление вращения фрезы совпадает с направлением подачи детали. Попутное фрезерование по сравнению с встречным имеет следующие преимущества: короче длина стружки и равномернее толщина среза; на 5-15% меньше мощность фрезерования; резание начинается наибольшей толщины срезаемого c слоя и заканчивается на минимальной толщине; в 2-3 раза повышается стойкость фрез, что позволяет увеличить скорость резания при фрезеровании на 20-25%.
Рис. 7. Попутное фрезерование цилиндрической фрезой
Как видно из рис. 6, стружка имеет переменную толщину с наибольшим сечением в конце среза. Срезанный металл завивается и располагается во впадине зуба, из которой выпадает после окончания процесса резания. Объем стружечной канавки всегда должен быть больше объема снимаемой стружки.
Геометрия фрез (режущая часть) цилиндрического типа во многом зависят от обрабатываемого материала и условий резания. Чем больше глубина t фрезерования и более пластичен материал заготовки, тем больше должна быть стружечная канавка; в первом случае большая канавка необходима для размещения всего объема металла, удаляемого одним зубом, а во втором для исключения возможности застревания стружки между зубьями. Большое влияние на величину переднего γ и заднего углов α зуба оказывают материал инструмента и заготовки. При обработке стали цилиндрические фрезы с винтовыми твердосплавными пластинами имеют γ=5° и α=20°, при обработке чугуна - γ=0° и α=15° Фрезы из быстрорежущей стали при обработке стали имеют γ=10÷15° и α=12÷16°, а при обработке чугуна γ=5÷15° и α=12÷14°.
Цилиндрические фрезы для улучшения условий резания изготовляют, как правило, с наклонными зубьями (угол наклона 20-40°), что позволяет снизить вибрации при резании; увеличить стойкость фрезы; повысить качество обработки поверхности деталей.
Фрезерованием можно обрабатывать не только плоские, но и криволинейные поверхности различного профиля. Например, деталь, показанная на рис. 8, обрабатывается фрезами пяти типов: плоскости (1) - цилиндрической фрезой; технологический паз (2) - трехсторонней фрезой; фасонный паз (3) - фрезой типа «ласточкин хвост»; прорезь (4) - дисковой фрезой; два уступа (6) - набором двусторонних дисковых фрез; профильный кулачок (5) - цилиндрической фрезой.
Рис. 8. Методы фрезерования элементов кулачка
Деталь, показанная на рис. 9, также обрабатывается фрезами пяти типов: плоскости (1) - торцовыми фрезами; профильные направляющие (2) - набором из трех фрез; профильный паз (3) и отверстие (4) - концевыми фрезами; пазы под уплотнение (5) - прорезными фрезами.
Рис. 9. Методы фрезерования элементов корпусной детали
