Фрезерование - это процесс механической обработки с использованием вращающихся резцов для удаления материала путем продвижения резца в заготовку. Это можно сделать, изменяя направление по одной или нескольким осям, скорость режущей головки и давление. Фрезерование охватывает широкий спектр различных операций и машин, начиная от мелких отдельных деталей и заканчивая крупногабаритным фрезерованием в тяжелых условиях. Это один из наиболее часто используемых процессов для обработки нестандартных деталей с точными допусками.
Фрезерование можно выполнять с помощью различных станков. Первоначальным классом фрезерных станков был фрезерный станок (часто называемый фрезерным). После появления компьютерного числового управления (ЧПУ) в 1960-х годах фрезерные станки превратились в обрабатывающие центры: фрезерные станки, дополненные устройствами автоматической смены инструмента, инструментальными магазинами или каруселями, возможностями ЧПУ, системами подачи СОЖ и кожухами. Фрезерные центры обычно классифицируются как вертикальные обрабатывающие центры (VMC) или горизонтальные обрабатывающие центры (HMC).
Интеграция фрезерования в среду токарной обработки, и наоборот, началась с рабочего инструмента для токарных станков и периодического использования фрез для токарных операций. Это привело к появлению нового класса станков, многозадачных станков (MTM), которые специально созданы для облегчения фрезерования и токарной обработки в рамках одного рабочего диапазона.
Фрезерование - это процесс резания, в котором используется фреза для удаления материала с поверхности заготовка. Фреза представляет собой вращающийся режущий инструмент, часто с несколькими режущими точками. В отличие от сверления, где инструмент продвигается вдоль своей оси вращения, фреза при фрезеровании обычно перемещается перпендикулярно своей оси, так что резание происходит по окружности фрезы. Когда фреза входит в заготовку, режущие кромки (канавки или зубья) инструмента многократно врезаются в материал и выходят из него, срезая стружку (стружку) с заготовки за каждый проход. Режущее действие - деформация сдвига; материал отталкивается от заготовки крошечными комками, которые в большей или меньшей степени свисают вместе (в зависимости от материала) с образованием стружки. Это отличает резку металла (в своей механике ) от резки более мягких материалов с помощью лезвия.
. В процессе фрезерования материал удаляется путем выполнения множества отдельных небольших разрезов. Это достигается за счет использования фрезы с множеством зубьев, вращения фрезы на высокой скорости или медленного продвижения материала через фрезу; Чаще всего это комбинация этих трех подходов. Используемые скорости и подача варьируются в зависимости от комбинации переменных. Скорость, с которой деталь продвигается через резак, называется скоростью подачи или просто подачей ; это чаще всего измеряется как расстояние за время (дюймы в минуту [дюйм / мин или ipm] или миллиметры в минуту [мм / мин]), хотя иногда также используется расстояние на оборот или на зуб фрезы.
Существует два основных класса процесса фрезерования:
В процессе фрезерования используется множество различных типов режущих инструментов. Фрезы, такие как концевые фрезы , могут иметь режущие поверхности по всей своей торцевой поверхности, чтобы их можно было просверлить в обрабатываемой детали (врезаться). Фрезы также могут иметь удлиненные режущие поверхности по бокам для обеспечения периферийного фрезерования. Инструменты, оптимизированные для торцевого фрезерования, обычно имеют только маленькие фрезы на торцевых углах.
Режущие поверхности фрезы обычно изготавливаются из твердого и термостойкого материала, поэтому они изнашиваются медленно. Низкозатратный резец может иметь поверхности, изготовленные из быстрорежущей стали. Более дорогие, но менее изнашиваемые материалы включают твердый сплав. Для уменьшения трения или дальнейшего увеличения твердости могут применяться тонкопленочные покрытия.
Существуют режущие инструменты, которые обычно используются на фрезерных станках или обрабатывающих центрах для выполнения фрезерных операций (а иногда и в других станках). Они удаляют материал своим движением внутри станка (например, фрезы со сферической головкой) или непосредственно из формы фрезы (например, формующего инструмента, такого как зубофрезерный резак).
Схема выступов вращения на поверхности, фрезерованной сбоку фрезы, показывающая положение фрезы для каждого прохода резания и то, как оно соотносится с гребнями (ось вращения фрезы перпендикулярна плоскости изображения)Как материал проходит через зону резания фрезерного станка, лезвия фрезы принимают стружку через равные промежутки времени. Поверхности, прорезанные сбоку от фрезы (как при периферийном фрезеровании), всегда имеют правильные гребни. Расстояние между гребнями и высота гребней зависят от скорости подачи, количества режущих поверхностей, диаметра фрезы. С узкой фрезой и высокой скоростью подачи эти вращающиеся гребни могут быть значительными вариациями чистоты поверхности.
трохоидальные следы, характерные для торцевого фрезерования.Процесс торцевого фрезерования в принципе может давать очень плоские поверхности. Однако на практике результат всегда показывает видимые трохоидальные отметки, следующие за движением точек на торце фрезы. Эти отметки вращения придают характерную чистоту торцевой фрезерованной поверхности. Следы вращения могут иметь значительную шероховатость в зависимости от таких факторов, как плоскостность торца фрезы и степень перпендикулярности между осью вращения фрезы и направлением подачи. Часто последний проход с низкой скоростью подачи используется для улучшения качества поверхности после удаления основной массы материала. При точном торцевом фрезеровании следы вращения будут представлять собой только микроскопические царапины из-за дефектов режущей кромки.
Фрезерование столов фрезерных станков с тяжелыми группамиФрезерование в группах означает использование двух или более фрез, установленных на одной и той же оправке (т. Е.) в горизонтально-фрезерной установке. Все резцы могут выполнять операцию одного типа, или каждый резак может выполнять операцию разного типа. Например, если нескольким заготовкам требуется паз, плоская поверхность и угловой паз, хорошим методом их вырезания (в контексте, отличном от ЧПУ ) будет групповое фрезерование. Все готовые детали будут одинаковыми, а время фрезерования детали будет сведено к минимуму.
Групповое фрезерование было особенно важно до эпохи ЧПУ, потому что для производства дублированных деталей это было существенным повышение эффективности по сравнению с ручным фрезерованием одной детали на одной операции с последующей заменой станка (или изменением настройки одного и того же станка) для резки следующей операции. Сегодня фрезы CNC с автоматической сменой инструмента и 4- или 5-осевым управлением в значительной степени исключают практику группового фрезерования.
Фрезерование выполняется фрезой в различных формах, удерживаемой в цанге или аналогичном устройстве, которое, в свою очередь, удерживается в шпинделе фрезерного станка..
Ориентация фрезерования - это основная классификация фрезерных станков. Две основные конфигурации - это вертикальная и горизонтальная, относящиеся к ориентации вращающегося шпинделя, на котором установлена фреза. Однако существуют альтернативные классификации по методу управления, размеру, назначению и источнику питания.
В вертикальном фрезерном станке ось шпинделя расположена вертикально ориентированный. Фрезы удерживаются в шпинделе и вращаются вокруг его оси. Шпиндель, как правило, можно опустить (или стол можно поднять, что дает такой же относительный эффект приближения или более глубокого погружения фрезы в работу), что позволяет выполнять врезание и сверление. Есть две подкатегории вертикальных фрез: станина и револьверная фреза.
Револьверные фрезы обычно считаются некоторыми более универсальными из двух конструкций.
Также существует третий тип, более легкий и универсальный станок, называемый сверлом-фрезой. Фреза-сверло является близким родственником вертикальной фрезы и довольно популярна в легкой промышленности; и с любителями. Фреза-дрель в базовой конфигурации аналогична очень тяжелому сверлильному станку, но оснащена столом X-Y и колонкой гораздо большего размера. Они также обычно используют более мощные двигатели, чем сверлильный станок сопоставимого размера, большинство из них имеют многоскоростной ременной привод, а некоторые модели имеют редукторную головку или электронное управление скоростью. Как правило, они имеют довольно прочные подшипники шпинделя, которые выдерживают боковую нагрузку на шпиндель, возникающую при фрезеровании. Фрезерное сверло также обычно поднимает и опускает всю головку, включая двигатель, часто на вертикальной колонне в форме ласточкина хвоста (иногда круглой с зубчатой рейкой). У фрезерного сверла также есть большая пиноль, которая обычно блокируется во время фрезерных операций и освобождается для облегчения выполнения функций сверления. Другими отличиями, которые отделяют фрезерно-дрель от сверлильного станка, могут быть точная регулировка оси Z, более точный ограничитель глубины, возможность блокировки осей X, Y или Z и часто система наклона головки. или вся вертикальная колонна и силовая головка в сборе, чтобы обеспечить резку под углом. Помимо размера, принципиальное различие между этими более легкими станками и более крупными вертикальными фрезами заключается в том, что стол X-Y находится на фиксированной высоте; ось Z управляется перемещением головки или пера вниз к столу X, Y. Фрезерное сверло обычно имеет внутренний конический фитинг в пиноли, чтобы использовать цанговый патрон, торцевые фрезы или патрон Джейкобса, аналогичный вертикальной фрезе.
Горизонтальная фреза имеет такой же вид, но фрезы установлены на горизонтальный шпиндель (см. фрезерование оправки ) поперек стола. Многие горизонтальные фрезерные станки также имеют встроенный поворотный стол, который позволяет фрезеровать под разными углами; эта функция называется универсальной таблицей. В то время как концевые фрезы и другие типы инструментов, доступные для вертикальной фрезы, могут использоваться в горизонтальной фрезе, их реальное преимущество заключается в закрепленных на оправке фрезах, называемых боковыми и торцевыми фрезами, которые имеют поперечное сечение, напоминающее циркулярную пилу, но обычно шире и меньше в диаметре. Поскольку фрезы имеют хорошую опору со стороны оправки и имеют большую площадь поперечного сечения, чем концевые фрезы, можно выполнять довольно тяжелые разрезы, обеспечивая высокую скорость съема материала. Они используются для фрезерования канавок и пазов. Плоские фрезы используются для формования плоских поверхностей. Несколько фрез могут быть собраны вместе на оправке для фрезерования пазов и плоскостей сложной формы. Специальные фрезы также могут вырезать канавки, скосы, радиусы или любое другое желаемое сечение. Эти специальные ножницы обычно дороги. Мельницы Simplex имеют один шпиндель, а мельницы Duplex - два. Также легче нарезать шестерни на горизонтальной фрезе. Некоторые горизонтально-фрезерные станки снабжены устройством отбора мощности на столе. Это позволяет синхронизировать подачу стола с вращающимся приспособлением, позволяя фрезеровать спиральные элементы, такие как гипоидные шестерни.
Фрезерный станок с возможностью установки как горизонтального, так и вертикального шпинделя. Последний иногда находится на двухосной револьверной головке, позволяющей при желании направлять шпиндель в любом направлении. Эти два варианта могут приводиться в действие независимо или от одного двигателя через зубчатую передачу. В любом случае, поскольку работа обычно размещается в одном и том же месте для любого типа операции, механизм неиспользуемого метода перемещается в сторону. В машинах меньшего размера «запчасти» могут быть сняты, в то время как машины большего размера предлагают систему для втягивания неиспользуемых частей.
Выбор между вертикальной и горизонтальной ориентацией шпинделя в конструкции фрезерного станка обычно зависит от формы и размера заготовки, а также от количества сторон заготовки, требующих обработки. Работа, при которой осевое перемещение шпинделя нормально к одной плоскости, с концевой фрезой в качестве фрезы, поддается вертикальной фрезе, где оператор может стоять перед станком и иметь легкий доступ к режущему действию, глядя на него сверху вниз. Таким образом, вертикальные фрезы наиболее предпочтительны для работы по штамповке (обработка пресс-формы в блоке металла). Более тяжелые и длинные заготовки можно размещать на столе горизонтальной фрезы.
До числового программного управления горизонтальные фрезерные станки развивались первыми, потому что они развивались путем размещения фрезерных столов под токарными станками. Вертикальные мельницы появились в последующие десятилетия, и обычно использовались аксессуары в виде дополнительных головок для замены горизонтальных мельниц на вертикальные (а позже и наоборот). Даже в эпоху ЧПУ тяжелую заготовку, требующую многосторонней обработки, можно было использовать на горизонтальном обрабатывающем центре, а для штамповки - на вертикальном.
Помимо горизонтальной и вертикальной, важны и другие различия:
Критерий | Пример схемы классификации | Комментарии |
---|---|---|
Ориентация оси шпинделя | Вертикальная или горизонтальная;. Револьверная или не револьверная головка | Среди вертикальных фрезерных станков «Бриджпорт-стиль» - это целый класс фрез, вдохновленных оригиналом Бриджпорта, подобно тому, как IBM PC породил индустрию IBM-совместимые ПК других производителей |
Control | Руководство;. Механически автоматизированный с помощью кулачков;. Цифровая автоматизация с помощью NC /ЧПУ | В эпоху ЧПУ очень принципиальным отличием является ручное управление от ЧПУ.. Среди ручных станков стоит различать не- УЦИ и |
Управление с УЦИ (особенно среди станков с ЧПУ ) | Количество оси (например, 3-осевые, 4-осевые или более) | В рамках этой схемы также:
|
Назначение | Универсальное против специального или одноцелевого | |
Назначение | Инструментальный станок против производственного станка | Перекрывается с вышеуказанной |
Целью | «Обычная» по сравнению с «универсальной» | Различие, значение которого развивалось на протяжении десятилетий по мере развития технологий, и перекрывается с другими классификациями целей, приведенными выше. Не актуально для сегодняшних фрезерных станков с ЧПУ . Что касается ручных фрез, общая идея состоит в том, что «простые» фрезы были производственными машинами с меньшим количеством осей, чем «универсальные»; например, если у простой мельницы не было делительной головки и невращающегося стола, то у универсальной мельницы они были бы. Таким образом, он был пригоден для универсального обслуживания, то есть более широкого диапазона возможных траекторий движения инструмента. Производители станков больше не используют маркировку «обычная» -верс- «универсальная». |
Размер | Микро, мини, настольный, стоящий на полу, большой, очень большой, гигантский | |
Источник питания | Линейный вал-привод в сравнении с отдельным электродвигателем | Большинство машин с линейным валом, повсеместно распространенных примерно в 1880–1930 годах, к настоящему времени списано. |
Сравнение ручного кривошипа с электрическим | Ручной кривошип не используется в промышленности, но подходит для микромельниц для любителей |
Станки часто называют фрезерный станок фрезерным. Архаичный термин фрезерный станок широко использовался в 19-м и начале 20-го веков.
С 60-х годов прошлого века термины фрезерный станок и обрабатывающий центр . NC / CNC обрабатывающие центры произошли от фрезерных станков, поэтому терминология постепенно эволюционировала со значительным перекрытием, которое все еще сохраняется. Различие состоит в том, что обрабатывающий центр - это фрезерный станок с функциями, которых до фрезерных станков с ЧПУ никогда не было, особенно с устройством автоматической смены инструмента (ATC), которое включает в себя инструментальный магазин (карусель) и иногда устройство автоматической смены поддонов (APC). Обычно все обрабатывающие центры являются фрезерными, но не все фрезы являются обрабатывающими центрами; обрабатывающими центрами являются только фрезы с ATC.
Most ЧПУ Фрезерные станки (также называемые обрабатывающими центрами) представляют собой вертикальные фрезы с компьютерным управлением и возможностью перемещения шпинделя вертикально по оси Z. Эта дополнительная степень свободы позволяет использовать их при штамповке, гравировке и на поверхностях 2.5D, таких как рельефные скульптуры. В сочетании с использованием конических инструментов или фрезы со сферической головкой он также значительно улучшает точность фрезерования без снижения скорости, обеспечивая экономичную альтернативу большинству ручных инструментов с плоской поверхностью гравировальные работы.
Пятиосевой обрабатывающий центр с вращающимся столом и компьютерным интерфейсомЧПУ Станки могут существовать практически в любой форме ручного оборудования, например, в горизонтальных фрезах. Самые совершенные фрезерные станки с ЧПУ , многоосный станок , добавляют еще две оси в дополнение к трем нормальным осям (XYZ). Горизонтальные фрезерные станки также имеют ось C или Q, позволяющую вращать горизонтально установленную заготовку, что позволяет выполнять асимметричное и эксцентрическое точение. Пятая ось (ось B) регулирует наклон самого инструмента. Когда все эти оси используются в сочетании друг с другом, с помощью этих машин можно относительно легко создать чрезвычайно сложные геометрические формы, даже такие органические, как человеческая голова. Но умение программировать такую геометрию выше, чем у большинства операторов. Таким образом, 5-осевые фрезерные станки практически всегда программируются с помощью CAM.
. Операционная система таких станков является замкнутой системой и работает с обратной связью. Эти станки разработаны на основе базовых станков с ЧПУ (ЧИСЛОВОЕ УПРАВЛЕНИЕ). Компьютеризированная форма станков с ЧПУ известна как станки с ЧПУ. Набор инструкций (называемых программой) используется, чтобы направлять машину для желаемых операций. Некоторые очень часто используемые коды, которые используются в программе:
G00 - ускоренный ход G01 - линейная интерполяция инструмента. G21 - размеры в метрических единицах. M03 / M04 - запуск шпинделя (по / против часовой стрелки). T01 M06 - автоматическая смена инструмента на инструмент 1 M30 - конец программы.
Также используются различные другие коды. Станок с ЧПУ управляется одним оператором, называемым программистом. Эта машина способна выполнять различные операции автоматически и экономично.
С падением цен на компьютеры и программное обеспечение ЧПУ с открытым исходным кодом, начальная цена станков с ЧПУ резко упала.
Быстрорежущая сталь с концевыми фрезами из кобальта, используемые для операций резания на фрезерном станке.Принадлежности и режущие инструменты, используемые на станках (включая фрезерные станки)) в совокупности обозначаются неисчислимым существительным «инструменты». Существует высокая степень стандартизации инструментов, используемых на фрезерных станках с ЧПУ, и в меньшей степени - на ручных фрезерных станках. Чтобы упростить организацию инструмента при производстве ЧПУ, многие компании используют решение для управления инструментами.
Фрезы для специальных применений удерживаются в различных конфигурациях инструментов.
Фрезерные станки с ЧПУ почти всегда используют инструменты SK (или ISO), CAT, BT или HSK. Инструменты SK являются наиболее распространенными в Европе, а инструменты CAT, иногда называемые инструментами с V-образным фланцем, являются самым старым и, вероятно, наиболее распространенным типом в США. Инструменты CAT были изобретены компанией Caterpillar Inc. из Пеория, Иллинойс, чтобы стандартизировать инструменты, используемые в их оборудовании. Инструменты CAT выпускаются различных размеров, обозначенных как CAT-30, CAT-40, CAT-50 и т. Д. Номер относится к Ассоциации производственных технологий (ранее Национальная ассоциация производителей станков (NMTB)) Размер конуса инструмента.
Державка CAT-40 Расточная головка на коническом хвостовике МорзеУсовершенствованием CAT Tooling является BT Tooling, который выглядит похожим и его легко спутать с CAT tooling. Как и CAT Tooling, BT Tooling бывает разных размеров и использует тот же конус корпуса NMTB. Однако инструменты BT симметричны относительно оси шпинделя, в отличие от инструментов CAT. Это придает инструментам BT большую стабильность и баланс на высоких скоростях. Еще одно тонкое различие между этими двумя державками - это резьба, используемая для крепления тяги. CAT Tooling имеет имперскую резьбу, а BT Tooling - метрическую. Обратите внимание, что это влияет только на тягу; это не влияет на инструмент, который они могут держать. Оба типа инструментов продаются для использования как с британскими, так и с метрическими размерами.
Инструменты SK и HSK, иногда называемые «инструментами с полым хвостовиком», гораздо более распространены в Европе, где они были изобретены, чем в Соединенных Штатах. Утверждается, что инструменты HSK даже лучше, чем инструменты BT на высоких скоростях. Удерживающий механизм для HSK-оснастки помещается в (полый) корпус инструмента и, по мере увеличения скорости шпинделя, расширяется, захватывая инструмент более плотно при увеличении скорости шпинделя. В этом типе инструментов отсутствует вытяжная шпилька.
Для ручных фрезерных станков существует меньшая стандартизация, поскольку существует большее количество ранее конкурирующих стандартов. Новые и большие ручные станки обычно используют инструменты NMTB. Этот инструмент в чем-то похож на инструмент CAT, но требует наличия дышла внутри фрезерного станка. Кроме того, существует ряд разновидностей инструментов NMTB, которые затрудняют взаимозаменяемость. Чем старше машина, тем большее количество стандартов может применяться (например, Морс, Ярно, Браун и Шарп, Ван Норман, и другие, менее распространенные конусы для конкретных строителей). Однако два стандарта, которые получили особенно широкое распространение, - это Morse # 2 и R8, распространение которых было обусловлено популярностью станков, построенных Bridgeport Machines из Бриджпорт, Коннектикут. Эти мельницы так долго доминировали на рынке, что «Бриджпорт» фактически является синонимом «ручной фрезерный станок». В большинстве машин, которые Бриджпорт производил между 1938 и 1965 годами, использовался конус Морзе № 2, а с 1965 года в большинстве использовался конус R8.
Фрезерование карманов считается одной из наиболее широко используемых операций в механической обработке. Он широко используется в аэрокосмической и судостроительной отраслях. При фрезеровании карманов материал внутри произвольно замкнутой границы на плоской поверхности заготовки удаляется на фиксированную глубину. Обычно для фрезерования карманов используются концевые фрезы с плоским дном. Сначала выполняется черновая операция для удаления основной массы материала, а затем карман обрабатывается чистовой концевой фрезой. Большинство промышленных фрезерных операций можно выполнить с помощью 2,5-осевого фрезерования с ЧПУ. Этот тип управления траекторией позволяет обрабатывать до 80% всех механических деталей. Поскольку важность фрезерования карманов очень важна, поэтому эффективные подходы к фрезерованию карманов могут привести к снижению затрат и снижению затрат. NC Фрезерование карманов может выполняться в основном двумя путями движения инструмента, а именно. линейные и нелинейные.
В этом подходе движение инструмента является однонаправленным. Зигзагообразные и зигзагообразные траектории инструмента являются примерами линейной траектории инструмента.
При зигзагообразном фрезеровании материал удаляется как на прямом, так и на обратном пути. В этом случае резка выполняется как при вращении шпинделя, так и против него. This reduces the machining time but increases machine chatter and tool wear.
In zig milling, the tool moves only in one direction. The tool has to be lifted and retracted after each cut, due to which machining time increases. However, in case of zig milling surface quality is better.
In this approach, tool movement is multi-directional. One example of non-linear tool path is contour-parallel tool path.
In this approach, the required pocket boundary is used to derive the tool path. In this case the cutter is always in contact with the work material.