Какие работы выполняют на фрезерном станке

Фрезерование – это операция по обработке металла методом резания. Режущим инструментом выступает вращающаяся фреза, заготовка подается линейно. Фреза может работать торцевой стороной или периферией, заготовка перемещается продольно, поперечно или вертикально – это движение подачи.

На фрезерном станке можно производить разные виды обработки заготовок - профилировать торцевые поверхности, наносить узоры и гравировку, сверлить отверстия под резьбу, нарезать шлицы, пазы, выбирать канавки и многое другое. Для разных операций предназначены разные виды фрез. Расширяет функционал станков возможность обработки не только металлов, а также композитных материалов и даже дерева, пластика, стекла и других твердых материалов.

Процесс производства пресс-формы на современном фрезерном станке с ЧПУ. Источник https://www.123rf.com/

Принцип обработки на фрезерных станках предполагает прерывистую обработку заготовки: каждый зуб фрезы погружается в металл на разную глубину и удаляет стружку разной толщины.

Фрезерование бывает:

• цилиндрическим – в процесс резки вовлечены периферийные зубья фрезы, обрабатывается плоская поверхность, которая расположена параллельно оси вращения режущего инструмента;
• торцевым – резка производится торцевой и периферийной частями фрезы, глубина реза увеличивается к центру и уменьшается в точках выхода из взаимодействия с заготовкой, так создаются канавки, пазы, срезаются торцы, черновая обработка габаритов заготовок.

а) цилиндрическое фрезерование, б) торцевое фрезерование

Все виды работ, выполняемых на фрезерных станках, представляют собой сочетание этих двух методов обработки.

Встречное и попутное фрезерование

Самые распространенные методы фрезерования – встречное и попутное.

Встречное, или «против подачи», – когда фреза (ее режущие кромки) и обрабатываемая заготовка двигаются навстречу друг другу.

Плюсы:

• мягкая резка с невысокой нагрузкой на узлы станка;
• минимальная деформация металла;
• высокая производительность обработки.

Минусы:

• требуется обращать особое внимание на надежную фиксацию заготовки, встречное движение подачи противодействует силам резания и деталь буквально “отрывает” от стола, зоны крепления;
• при работе на высоких режимах возможен скорый износ инструмента - важно правильно подобрать режимы резания;
• образующаяся стружка нередко попадает, застревает прямо в точках соприкосновения режущей кромки и снимаемого слоя металла.

Попутное, или «по подаче», – когда режущий инструмент вращается в том же направлении, в котором двигается заготовка.

Плюсы:

• в условиях отсутствия противохода нет необходимости сильно закреплять заготовку к столу, достаточно прижимной силы в процессе резания, силы резания обеспечат жесткость сопряжения;
• режущие кромки фрезы при перемещении вдоль движения затупляются меньше;
• стружка не попадает под режущую кромку;
• съем металла производится плавно, удается добиться оптимального уровня шероховатости.

Минусы:

• метод не подходит для обработки грубых поверхностей, обдирочных операций, в основном это чистовые операции;
• твердые вкрапления, неоднородность слоя металла, заготовки после поверхностного упрочнения ( например Термообработки) может приводить к скорому износу режущей кромки;
• станина станка должна быть очень жесткая во избежание вибраций.

Выбор метода обработки зависит от поставленных задач и типа материала, из которого изготавливают изделие на фрезерном станке. Обдирочные работы выполняются исключительно против подачи, этот же метод выбирают при наличии в материале твердых включений. Мягкие сплавы лучше обрабатывать по подаче.

Виды и назначение фрез

Фреза, лезвийный инструмент, который представляет собой тело вращения, на поверхности которого расположены режущие элементы - зубья. Наибольшее распространение имеют фрезы с неперетачиваемыми пластинками (СМП) из твердосплавных материалов. Вид фрезы выбирают в зависимости от того, какие работы будут выполняться на фрезерном станке ЧПУ.

Конструктивно выделяют следующие виды фрез:

1. кольцевые, корончатые сверла – для высокоточного скоростного сверления;
2. цилиндрические – могут быть прямозубными или иметь винтовые зубья, первые используются для обработки прямых поверхностей, вторые – разных;
3. фасонные – имеют острые или затылованные зубья и используются для фасонной обработки поверхностей;
4. червячные – спрофилированный червяк с режущими зубьями, применяемый для создания цилиндрических и шлицевых зубчатых колес;
   
5. концевые – предназначены для создания пазов и уступов;
6. угловые – специально разработаны для обработки углов, криволинейных поверхностей;
7. дисковые – режущие диски, главным образом применяемые для резки заготовок и создания канавок;
8. торцевые – разновидность дисковых с большим количеством монолитных или сменных режущих пластин, используются для чистовой обработки.

Разные виды режущего инструмента для обработки заготовок на фрезерном станке.

Зубья фрезы могут быть остроконечными и затылованными. Первые считаются универсальными, могут исполняться в форме трапеции, параболы, с двойной спинкой. Вторые в основном применяются для фасонной обработки изделий, задняя поверхность таких зубьев имеет вид архимедовой спирали.

На рисунке отмечены основные конструктивные элементы зуба фрезы и углы, влияющие на выбор инструмента

Какие параметры определяют режим работы

• Скорость резания – путь, который проходит в минуту или секунду максимально удаленная от оси вращения точка режущей кромки.
• Подача: на зуб – время перемещения детали/фрезы за один шаг, то есть угол между зубьями; на 1 оборот – перемещение за время полного оборота фрезы; минутная подача – перемещение за минуту.
• Глубина резания – расстояние между поверхностями до и после обработки.
• Ширина обработки – ширина зоны, обработанной за один ход фрезы.

С увеличением диаметра фрезы скорость резания возрастает, зубья лучше охлаждаются, так как удлиняется промежуток времени их пребывания вне зоны резки. Возможности увеличения диаметра инструмента ограничены мощностью, жесткостью станка и размером посадочного отверстия в шпинделе.

Образование стружки при фрезеровании

Процесс образо­вания стружки при фрезеровании со­провождается теми же явлениями, что и при точении. Например, деформации, теп­лообразование, образование нароста, вибрации, износ инструмента и пр. Но при обработке методом фрезерования имеются свои осо­бенности. Резец при точении находит­ся под постоянным действием стружки вдоль всей длины обработки. При фрезеровании зуб за один оборот фре­зы находится под действием стружки незначительное время. Большую часть оборота зуб не участвует в резании, за это время он охлаждается, что положительно отражается на его стойко­сти. Вход зуба в контакт с обрабатываемой заготовкой сопровождается ударом о его режущую кромку; ударная нагрузка снижает стойкость зуб; фрезы.

Процесс образования стружки фрезой со сменными пластинами

Что влияет на качество обработки

• Попадание стружки в зону резки – возможно появление брака, повреждение фрезы, потеря качества шероховатости уже обработанной поверхности.
• Чрезмерное повышение температуры в зоне резки – появляются наклепы, края режущих кромок инструмента становятся более твердыми и менее прочными.
• Вибрации – затрудняют нормальное течение процесса резания, снижают итоговое качество - исполнение размеров, шероховатости и др. технических требований.

Для изготовления качественного изделия на фрезерном станке нужно правильно подобрать режимы резания и исключить влияние негативных факторов: обеспечить отвод стружки, подачу СОЖ в зону резания, обеспечить надежное крепление приспособлений и заготовки, жесткость СПИД.

Основные этапы настройки станка с ЧПУ

Наладчик получает сменное задание. Необходимую сопроводительную документацию по заготовке, технологию обработки и сам чертеж изделия. Отсюда он понимает, какие будут применены технологии, программы обработки, карты наладки. Далее он получает необходимый режущий и мерительный инструмент, если тот отсутствует на рабочем месте. Как правило, часть инструментов находятся в распоряжении наладчика у станка постоянно.

На фотографии изображен фрезерный станок ЧПУ и наладчик станков с программным управлением в процессе наладки

Следующим этапом он обмеряет заготовку и подготавливает к установке на рабочий стол станка, или в универсальное \ специальное приспособление, зажимное устройство.

После подбора необходимого инструмента согласно карте наладки, наладчик загружает инструмент в магазин станка, и каждая фреза или сверло должны пройти этап определения их положения относительно координат станка и обрабатываемых поверхностей заготовки. Заполняет параметры – диаметр фрез ( для дальнейшей коррекции), потом их привязывает или вручную методом касания, или через эталонные образцы, или через измерительные устройства – датчики через присвоенные параметры – номера позиций и их корректора в системе ЧПУ. (Статья об этом тут.)

В зависимости от этапа технологии обработки заготовки – это может быть черновая или уже чистовая операции – выбирают необходимую программу обработки. Если она не сложная, то ее можно написать прямо на стойке ЧПУ. Затем производят первую обработку. Вообще, рекомендуют сперва отвести инструмент от заготовки и пройтись по программе вне детали (по воздуху) для исключения аварийных ситуаций, чтобы понять, что с программой все хорошо. И уже после можно запускать обработку уже «по детали».

В процессе обработки 1-ой годной детали необходимо внимательно – «покадрово» – контролировать управляющую программу и производить контрольные замеры исполнения полученных на данном этапе размеров. Для дальнейшего нормального течения процесса обработки по необходимости корректируют режимы резания, частоту вращения инструмента, величину подач, как рабочих, так и холостых, точки подхода инструмента к заготовке, изменяют глубину резания, корректируют положение инструмента в осях перемещений по УП (износ или геометрические параметры).

Если все хорошо – мы получаем годную деталь. И далее по накатанной – снимаем готовую, крепим следующую.

Детально об устройстве фрезерного станка читайте в отдельном материале нашего блога.

Самые востребованные станки для фрезерной обработки:

• вертикально-фрезерные;
• горизонтально-фрезерные;
• горизонтально-расточные.

Подробная информация, как правильно выбрать станок с разбором основных ошибок представлен в этой статье.