Обработка деталей на фрезерных станках кратко

Обновлено: 04.07.2024

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.

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!

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

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.

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.

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.

Фрезерование является одним из наиболее распространенных способов обработки металла с целью придания заготовке необходимых геометрических параметров. Процесс фрезерования детали заключается в воздействии на заготовку специальным режущим инструментом — многозубчатой (реже однозубчатой) фрезой. Вращаясь, фреза остро заточенными кромками зубцов снимает подлежащий удалению слой металла, постепенно продвигаясь вдоль обрабатываемой поверхности.

Обработка металлов фрезерованием имеет ряд преимуществ:

операция фрезерования позволяет работать с самыми разными поверхностями — горизонтальными, вертикальными, наклонными, фасонными и другими;
обработка выполняется фрезами, зубья которых лишь периодически вступают в контакт с заготовкой и не испытывают непрерывной нагрузки — фрезы сохраняют работоспособность на длительное время;
в отличие от операций сверловки и заточки отсутствует сильный нагрев, возникающий в результате трения и способный влиять на итоговую геометрию детали.

В то же время из-за многозубчатой конструкции большинства фрез в процессе изготовления фрезерных деталей нагрузки скачкообразно меняются, что может стать причиной возникновения вибрации в системе фреза – деталь – станок. Это можно считать недостатком технологии фрезерной обработки. При повышении скорости фрезерования вибрации усиливаются, поэтому система должна быть достаточно жесткой.

Фрезерование металла: способы и типы

Перемещение режущего инструмента относительно детали может достигаться за счет поступательного движения самой вращающейся фрезы либо постепенной подачи заготовки — это зависит от конструкции станка. В зависимости от толщины срезаемого слоя, характеристик металла и желаемого качества поверхности фрезерование заготовки может осуществляться в один либо несколько проходов. Эти же факторы влияют на определение оптимальной скорости подачи.

Независимо от характеристик металла и типа станков для фрезерования детали определяются скорость резания V и скорость подачи детали S. Оба параметра имеют размерность м/мин. Скорость резания V рассчитывается по формуле V=π*D*n, где π — число Пи (3,14), n — частота вращения фрезы, D — ее диаметр.

Способы фрезерования

Существует два способа обработки деталей на фрезерных станках:

В первом случае направление движения заготовки совпадает с направлением движения фрезы. Во втором фреза движется навстречу подаваемой заготовке. Разница между ними заключается в качестве получаемой поверхности. Если фрезерование заготовок выполняется попутным способом, обработанная поверхность получается более гладкой. Встречное фрезерование дает менее гладкую поверхность, поэтому его используют в тех случаях, когда необходимо снять большой слой металла. Как правило, так поступают при черновом фрезеровании — если планируется повторный проход для достижения окончательного (чистового) результата.

Типы фрезерной обработки деталей

Обработка заготовки на фрезерных станках предполагает выполнение одного из четырех типов фрезерования или последовательное применение нескольких типов.

Концевое фрезерование: применяется для обработки колодцев, окон, карманов, шлицев, пазов и т.п. В этом случае обработка фрезерованием осуществляется с помощью пазовых, дисковых, концевых, Т-образных, одно- и двуугловых фрез.
Торцевая фезеровка используется для обработки больших поверхностей. Фрезерная обработка таких деталей производится торцовыми либо циллиндрическими фрезами.
Фасонное фрезерование необходимо при работе с профилями. Чтобы получить фасонные поверхности с нужной геометрией применяют фасонные, модульные, дисковые и червячные фрезы.
Резка металла (фрезерование материала с целью его разрезки) может выполняться отрезными фрезами, представлябющими собой подобие дисковой пилы.

В металлообратке используется также обратная классификация, принцип которой заключается в объелинении фрез по технологическому признаку в группы, каждая из которых предназначена для определенного типа обработки деталей.

Инструменты и станки для фрезерной обработки металла

Как известно, назначение фрезерования заключается в получении из металлических заготовок деталей нужной формы и с определенной чистотой поверхностей. Чтобы изготовить изделие, полностью соответствующее проектной документации, необходим станок определенного типа и грамотный выбор фрез.

Основные типы фрез

Сегодня на российском рынке предлагаются фрезы отечественного и импортного производства, различных типов и конструкций, с режущими кромками из современных сплавов, керамики, кардной проволоки, стали с алмазным покрытием. Такое разнообразие дает возможность выполнять фрезерные работы на участках, где требуется выборка металла со сложной геометрией и высокими требованиями к качеству поверхности.

Классификация фрез предполагает их разделение по следующим параметрам:

по конструкции (цельная либо сборная);
по расположению зубьев и режущих кромок;
по направлению и конструкции зубьев;
по материалу режущих элементов;
по способу крепления режущих элементов.

Дисковые фрезы

Дисковые фрезы применяют для работы по фрезерованию, если требуется выполнить обрезку заготовок, выборку металла, прорезание пазов, снятие фасок. Режущие элементы у дисковых фрез могут располагаться с обеих либо с одной из сторон. Выбор размера фрезы и ее зубьев зависит от вида обработки (предварительная, промежуточная, финишная). Преимущество дисковых фрез заключается в способности работать при значительных вибрациях и отсутствии необходимости в удалении стружки из области резания.

Торцевые фрезы

Торцевыми фрезами выполняется фрезерная обработка деталей со ступенчатыми и плоскими поверхностями. Ось вращения среды перпендикулярна обрабатываемой плоскости, рабочей является торцевая часть. В массивных торцевых фрезах часто используются сменные пластины. Фрезы с большим числом зубьев не нарушают плавности работы станка и дают возможность вести обработку деталей с высокой скоростью.

Цилиндрические фрезы

Фрезы данного типа делятся на две группы: с винтовыми и с прямыми зубьями. Первые отличаются плавностью работы и универсальностью применения, в случае возникновения больших усилий требуются сдвоенные фрезы с разнонаправленными зубьями. Вторые используются для фрезерной обработки узких плоскостей. Прорезание канавок и обработка уступов выполняется рашпильными циллиндрическими фрезами.

Угловые фрезы

Концевые (пальчиковые) фрезы

Такие инструменты могут применяться для получения контурных выемок и уступов, выборки пазов, фрезерования взаимно перпендикулярных плоскостей. Сферические выемки фрезеруют шаровыми фрезами, для получения пазов сложной формы используют радиусные фрезы, а для Т-образных пазов, соответственно, фрезы грибковые. Концевые фрезы делятся на группы по форме хвостовика, величине зубьев и по конструкции.

Особую группу составляют фрезы для гравировки (граверы), применяемые для тонкой обработки материалов, в том числе драгметаллов. И, наконец, твердосплавные фрезы: они позволяют производить фрезерование металлов, обработка которых затруднена в силу структуры материала — чугуна, инструментальных сталей и т.п.

Фасонные фрезы

Данные фрезы предназначены для обработки фасонных поверхностей. Их применяют для фрезерования деталей, длина которых в разы превышает ширину. Существуют фасонные фрезерные инструменты с остроконечными и с затылованными зубьями. Заточка последних сопряжена со значительными сложностями, требует мастерства и опыта.

Червячные фрезы

Фрезерование металлических заготовок червячным инструментом производится методом обката, подразумевающим точечное касание детали фрезой. Разделение червячных фрез на подвиды принято производить по следующим параметрам:

по конструкции (сборные или цельные);
по направлению витков (правые или левые);
по числу спиралей (одно- и многозаходные);
по особенности зубьев (с шлифованными и нешлифованными зубьями).

Кольцевые фрезы

Кольцевые фрезы применяются для получения отверстий и напоминают по конфигурации корончатые сверла. Фрезерование этим инструментом дает выигрыш по времени примерно в 4 раза по сравнению со сверловкой за счет высокой скорости резания.

Фрезерные станки

Обработка металлов фрезерованием выполняется на специальных фрезерных станках. Все они имеют схожий принцип работы, но различаются по конструкции и функциональным возможностям.

Вертикально-фрезерные станки

Этот тип станков может применяться для выборки пазов и углов, обработки зубчатых колес, горизонтальных и вертикальных поверхностей, рамочных элементов. Фрезерование выполняется фасонными, циллиндрическими и концевыми фрезами.

Горизонтально-фрезерные станки

Оборудование данной фрезерной группы дает возможность производить работы по фрезерованию на деталях с небольшими габаритными размерами. При этом могут использоваться фрезы концевого, фасонного, торцевого, углового и циллиндрического типа.

Станки универсальные

В универсальных станках консоль и рабочий стол могут передвигаться по направляющим — вертикальным и горизонтальным, а обрабатываемую поверхность можно выставить под нужным углом (по отношению к шпинделю). Этот тип станков позволяет использовать любые типы фрез и осуществлять изготовление фрезерных деталей самой сложной конфигурации.

Фрезерные станки с ЧПУ

Станки с ЧПУ — высокопроизводительное современное оборудование, на котором фрезерная обработка деталей ведется по специально составленной программе. Преимуществами таких станков являются универсальность применения и большая точность изготовления деталей. Высокая цена оборудования довольно быстро окупается за счет отсутствия необходимости в квалифицированных операторах для работы на фрезерном станке и быстрого изготовления больших партий продукции.

Знать все о фрезеровании, о том, что это такое, необходимо тем, кто решает сделать заказ промышленному предприятию или обыкновенной мастерской либо же открыть их с нуля. Внимания заслуживают как фрезерная 3D-обработка деталей, так и другие виды этой распространенной манипуляции. Также стоит разобраться с силой резания, с особенностями цилиндрического, плунжерного и выполняемого на станках с ЧПУ фрезерования.

Что это такое?

Если обратиться к словарному определению фрезерования, то нетрудно заметить, что это подвид механической обработки резанием. Под таким термином в технологии принято понимать не только использование ножей и иных лезвий, но и действие целого ряда других инструментов. Главное движение фрезерного процесса — вращательное — совершает фреза (в честь которой методика работы и была названа). Принято считать, что этот вариант обработки начал применяться в промышленности с 1820-х годов. Стоит отметить в числе особенностей, что фрезеровка может выполняться не только на станках, но и вручную; в этом случае используют отдельные внешние фрезы.

Непосредственно обработка (изменение поверхности за счет воздействия фрезы) происходит благодаря ее оснащению большим числом лезвий. На предприятиях фрезерная обработка проводится столь же часто, как и токарные манипуляции. Ширина отрабатываемой полосы зависит от инструментов и станков. Использование современных систем управления позволяет существенно сократить количество бракованных изделий. Стоит отметить также, что на некоторых станках последнего поколения вместо старой металлической фрезы используется лазер — это позволяет работать быстрее и точнее.

Этапы процесса

Черновое

Такой вариант обработки носит, скорее, предварительный характер. Он не позволяет добиться довольно высокой точности заготовки, но это и не требуется обычно. На первый план выходит подготовка к формированию необходимых структур и плоскостей. Инструмент подают довольно интенсивно.

Обязательно должны быть устранены на этой стадии все дефекты, которые могут оставаться к тому моменту.

Получистовое

Этот подход нужен, чтобы сократить искажения погрешностей геометрических форм. Пользуются им и для борьбы с пространственными отклонениями. Шероховатость поверхности в итоге уменьшается до 2,5 мкм. Отмечается также повышение плоскостности. Отклонения от нее снижаются максимум до 0,2 мм на 1 м протяженности обрабатываемых конструкций.

Чистовое

Речь идет об окончательном этапе технических манипуляций либо о подготовке к решающей отделочной обработке. Как раз на этой стадии определяются финальные размеры и контуры изделий. Что не менее важно, именно она связана с определением оптимальной шероховатости и отклонений.

Для финальной обработки обычно используют торцевые или концевые фрезы. Чаще всего такую работу выполняют на станках с ЧПУ.

Виды фрезерных работ

Зачистка плоскостей

При выполнении этой работы для плоских поверхностей очень важно добиться тех же геометрических параметров, которые закреплены в чертежах и иной технической документации. Отклонения не могут превышать нормативных допусков, предписываемых для конкретного оборудования. В некоторых случаях дополнительная зачистка производится с помощью фрезерных кругов. Без предварительной зачистки совершенно невозможно формировать полости, отверстия и карманы. О более сложных технических манипуляциях тем более речи нет.

Обработка объемных деталей

Сформированные по методике 3D фигуры и композиции сразу привлекают внимание и очаровывают. Это касается в равной степени как деревянных, так и металлических деталей. Но точно так же не вызывает сомнений, что трехмерная фрезеровка отличается повышенной сложностью.

Преимущественно такой метод применяется по дереву, а не по металлу. Фрезы способны выработать какой угодно внешний вид, включая и впадины, и подъемы.

Резка

При выполнении такой работы важную роль играет соотношение мощности и силы резания. Подобный момент актуален в одинаковой степени для обработки древесины, металла и других материалов. На каждый из зубцов фрезы воздействует строго определенное усилие. Зависит оно и от угла по отношению к обрабатываемому изделию, и от некоторых других тонкостей, которые знакомы инженерам. Радиальная сила используется для расчета изгибов оправок.

Конкретный режим резания определяется:

типом инструмента и его рабочей части;

необходимой скоростью выполнения работы.

Модульная отделка

Чтобы выполнить фрезерование зубьев у специального колеса, обычно используют универсальные станки. Сама работа с зубчатыми колесами часто исполняется методом копирования. Подобный подход заставляет мириться с низкой производительностью и ограниченной точностью.

Если это неприемлемо, нужны узкоспециальные станки, которые обеспечивают повышенную точность при работе. Каждому заданному числу зубьев соответствует индивидуально подбираемая модульная фреза.

Трохоидальное фрезерование изначально создавалось для черновых и получистовых обработок. Но оно может применяться и в других случаях, включая обработку в ситуациях, когда на заготовку воздействует дополнительно вибрация. Главная цель трохоидальных манипуляций — подготовка различных пазов. Такой метод давно завоевал признание экспертов за свою высокую эффективность. Важная его особенность — небольшая ширина прореза.

Обработка шпоночного паза на валу — тоже отличается специфическими чертами. Сквозной и открытый типы пазов прорабатывают дисковидными фрезами. Необходимо понимать, что это весьма ответственная операция с очень низким коэффициентом допуска. Малейший промах — и дорогостоящее изделие уходит в брак. Во многих случаях подбором фрез дело не ограничивается, и решающий ответ дает только пробный проход.

Довольно часто к фрезерованию прибегают для получения шипового соединения. Подобный метод связки разнородных изделий, предметов и их частей довольно надежен и используется во многих вещах и приспособлениях. Что касается фрезеровки фасонных поверхностей, то это очередное трудоемкое и кропотливое дело, требующее тщательной подготовки. Часто для этой цели используют фасонные фрезы, оказывающиеся очень полезными помощниками в массовом и крупносерийном промышленных производствах.

Важно учесть, что работать по металлу, покрытому коркой, такие фрезы не могут, и перед их использованием обязательно нужны специальная доработка, усовершенствование поверхности.

Что касается плунжерной разновидности, то к ней прибегают, когда вибрационное воздействие довольно велико и компенсировать или ослабить его не получается. Использовать подобную методику при более благоприятной ситуации не следует, потому что она подразумевает медленное снятие небольшого количества материала. Необходимую фрезу выбирают прежде всего по диаметру. Простые плоские поверхности обрабатывают преимущественно цилиндрическим способом. Точность чаще всего задается по 8–10 квалитетам.

Куда более любопытно, что фрезеровать приходится не только металл. Все большее значение приобретает такой метод обработки для бетона. Он применяется, конечно, не простым станком, а специализированной машиной. Самые мощные ее экземпляры снимают до 2 см бетонной массы за 1 прогон. В итоге получается ровная и гладкая поверхность требуемой формы.

Читайте также: