Фрезеровка металла — особенности фрезерной обработки

Обработка Металла

Фрезеровка металлаФрезеровка металла – это классическая технология обработки резанием. Причем согласно канонам фрезеровки обрабатываемая деталь (или заготовка) остается неподвижной, а режущий инструмент – фреза – вращаясь, вокруг своей оси, перемещается и в поперечном, и в продольном направлении.

Поэтому фрезерование металла применяется для обработки деталей, формы которых  не совпадают с телами вращения (цилиндрами, конусами и так далее).  Хотя сама фреза изготовляется только в форме тела вращения. Причем режущая кромка инструмента может располагаться и вдоль тела фрезы, и на ее торце.

Фрезерные станки

Станки для фрезеровки отличаются друг от друга в первую очередь компоновкой пары рабочий стол – шпиндель.

И по этому признаку станки разделяются на:

  • Горизонтально-фрезерные разновидности, у которых шпиндель с фрезой расположен параллельно плоскости стола.
  • Вертикально-фрезерные разновидности, у которых шпиндель с фрезой смонтирован перпендикулярно к плоскости стола.
  • Универсальный вариант, стол которого перемещается и по вертикали и по горизонтали. Причем шпиндель остается в горизонтальной плоскости, параллельной основанию станины, а стол можно даже «наклонить» под углом в 45 градусов к оси шпинделя. Кроме того, у широкоуниверсальных моделей имеется еще один шпиндель, закрепленный на выдвижной консоли (хоботе), которую можно поворачивать под любым углом.

Указанные типы станков могут обрабатывать и плоские поверхности, и тела вращения. Причем на крупносерийном производстве фрезерная обработка металла  осуществляется именно на универсальных станках, которые обрабатываю и вертикальные, и горизонтальные, и даже наклонные плоскости заготовки.  «Вертикальные» и «горизонтальные» разновидности станков встречаются лишь на отдельных участках, рассчитанных на осуществление конкретной операции, или в небольших мастерских.

Так же, следует отметить, что функциональность фрезерного станка зависит еще и от наличия сменных приспособлений, закрепляемых на рабочем столе. С помощью таких приспособлений, удерживающих деталь под определенным углом к оси вращения фрезы,  можно расширить функциональность «вертикального» или «горизонтального» варианта до полноценной универсальной модели.

Правда, такие приспособления придется разрабатывать практически для каждой нетипичной операции. Поэтому универсальные модели не имеют серьезных конкурентов среди только вертикальных или только горизонтальных станков.

Режущий инструмент

Фрезерный станокВ шпинделе фрезерного станка можно закрепить хвостовик концевой фрезы или оправку, на которую нанизана дисковая или угловая фреза. Соответственно, на вертикальных станках используют фрезы первого типа – концевые с коническими или цилиндрическими хвостовиками гладкой формы или с пазом под шпонку. Горизонтальные станки оперируют дисковыми и угловыми фрезами, а универсальные могут работать с инструментами любого типа, которым доступна не только поверхностная фрезеровка листового металла, но и сложная обработка пазов и выемок на телах вращения.

Впрочем, несмотря на все отличия, форма у всех фрез одна – это цилиндр или конус и производные от этих тел вращения. Из общего ряда выбиваются только угловые фрезы, форма которых образованна двумя сопряженными конусами, с общим основанием. Кроме того, интересна и форма сферической фрезы, образованной цилиндром со сферическим торцом.

Режущая кромка фрезы может располагаться и на торце инструмента (концевые и сферические варианты), и на боковой поверхности (дисковые и угловые варианты). Кроме того, существуют универсальные инструменты, с режущей кромкой и на торцах, и на боковой поверхности.

Саму режущую кромку образует прорастающий из цилиндра или конуса зубец. Передний и задний углы резания инструмента подбираются исходя из количества зубцов, предполагаемой скорости подачи фрезы  или стола и твердости обрабатываемого материала.

Причем качество услуги фрезеровки металла зависит от точности заточки и соответствия углов резания режиму эксплуатации инструмента. Поэтому на фрезах не экономят. Ведь неправильный инструмент не позволит добиться нужной степени качества поверхности и попросту «загубит» заготовку.

Тело фрезы изготавливается либо из быстрорежущей стали, либо из конструкционной стали. В первом случае зубцы и тело фрезы едины. В последнем случае зубцы из  стали или твердого сплава производятся отдельно и крепятся к телу инструмента во время сборки фрезы.

Технология фрезеровки

В основе технологии фрезерной обработки лежит совмещение вращательного движения режущего инструмента с поступательным перемещением стола с закрепленной на нем заготовкой.

Причем классификацию технологических приемов фрезерования основывают именно на схеме движения стола, согласно которой существует встречная и попутная разновидность обработки.

Встречное фрезерование основано на движении режущей кромки навстречу детали. То есть зуб «вгрызается» в заготовку по направлению снизу вверх, а перемещение режущей кромки не совпадает с направлением движения рабочего стола. Попутное фрезерование основано на перемещении режущей кромки сверху вниз, когда зуб движется в ту же сторону, что и рабочий стол. Такую схему называют «подача на зуб».

Причем первый вариант – встречное фрезерование – гарантирует высокую скорость обработки, а второй – попутное фрезерование – обеспечивает максимальную чистоту среза и, как следствие этого, высокое качество обработанной поверхности.

Однако за качество придется заплатить риском «отрыва» заготовки со стола при большой глубине резания. Поэтому технологическая схема фрезеровки разбивает процесс на два этапа: первый – черновой – проводится по встречной, а второй – чистовой – по попутной схеме.  В итоге – явный выигрыш по времени и высокое качество обработанной поверхности.

ЧПУ фрезеровка металла

ЧПУ фрезеровка металлаНесмотря на внешнюю простоту технологии, фрезеровка – это очень сложная операция, успех которой зависит от квалификации исполнителей. Поэтому с момента изобретения первого  фрезерного станка (середина 19-го века) не прекращалась поиски механизма автоматического управления этим агрегатом.

Компромиссным решением стало особое приспособление, соединяющее подвижный шпиндель с шаблоном системой рычагов и коромысел. Это приспособление синхронизировало маршрут перемещения фрезы с контурами шаблона. В итоге, с помощью этого прообраза системы числового программного управления (ЧПУ) удалось механизировать некоторые операции.

Но цена фрезеровки металла по шаблону оказалась слишком высокой. Ведь себестоимость шаблона сравнима с оплатой труда фрезеровщика средней квалификации, а высокое качество так и осталось недоступным.

Все изменила уже упомянутая система числового программного управления. К стандартным узлам станка добавили систему автоматического управления подачей и частотой вращения шпинделя и подачей рабочего стола. Причем плоскость над столом рассматривалась как трехмерное пространство со своей сеткой координат, по которой и перемещали фрезу, двигая шпиндель и стол с деталью.

В итоге, фрезерная чпу обработка металла стала «выдавать» результаты, которые не смог бы  продемонстрировать ни один живой фрезеровщик.  Причем ЧПУ станки оказались вне конкуренции, и по производительности, и по качеству обработки. И только благодаря этим устройствам была освоена многомерная — 3D- фрезеровка металла, предполагающая одновременную обработку заготовки на нескольких шпинделях, работающих в разных плоскостях.

Перспективы развития технологии

Помимо уже упомянутой ЧПУ обработки к перспективным направлениям данной технологии относится лазерная фрезеровка металла, позволяющая вырезать детали из стального листа с микронной точностью. Правда, в данном случае от классического станка в лазерную фрезеровку перешли только коробки подач рабочего стола и шпинделя. А в качестве «старой, доброй фрезы» здесь используется новый «режущий» инструмент  — лазер, который не откалывает металл зубьями, а испаряет структуру вдоль заданного контура.

Кроме лазерной технологии в перспективных направлениях  развития фрезеровки можно встретить и попытки подобрать новый конструкционный материал для врез, и разработки новых схем резания (тангенциальная и прочие), и совершенствование привода агрегатов с ЧПУ, целью которого является улучшение качества и точности обработки.

Оцените статью
Добавить комментарий