Виды фрезерования на станках с ЧПУ

В очередной публикации из учебника Ловыгина А.А., Васильева А.В. и Кривцова С.Ю. основная информация о видах фрезерования на станках с ЧПУ: попутном и встречном, схемах, достоинствах и недостатках каждого способа.

Существуют различные виды механической обработки: точение, фрезерование, сверление, строгание и т.д. Несмотря на конструкционные отличия станков и особенности технологий, управляющие программы для фрезерных, токарных, электроэрозионных, деревообрабатывающих и других станков с ЧПУ создаются по одному принципу. В этой книге основное внимание будет уделено программированию фрезерной обработки. Освоив эту разностороннюю технологию, вероятнее всего, вы самостоятельно разберетесь и с программированием других видов обработки. Вспомним некоторые элементы теории фрезерования, которые вам обязательно пригодятся при создании управляющих программ и работе на станке.

Основные понятия технологии фрезерования

Скорость резания V (м/мин) - это окружная скорость перемещения режущих кромок фрезы. Эта величина определяет эффективность обработки и лежит в рекомендованных для каждого инструментального материала пределах.

За один оборот фрезы точка режущей кромки, находящаяся на окружности фрезы диаметра D (мм), сможет пройти путь равный длине окружности, то есть πD. Для того чтобы определить длину пути пройденного точкой за одну минуту, нужно умножить длину пути за один оборот на частоту вращения фрезы, то есть πDN (мм/мин). Таким образом, формула для определения скорости резания будет следующей:

F= πDN/1000 (м/мин)

Частота вращения шпинделя N (мм/об.), равняется числу оборотов фрезы в минуту. Вычисляется в соответствии с рекомендованной для данного типа обработки скоростью резания.

N=1000V/πD (об/мин)

При фрезеровании различают минутную подачу, подачу на зуб и подачу на оборот фрезы.

Подача на зуб Fz (мм/зуб) - величина перемещения фрезы или рабочего стола с заготовкой за время поворота фрезы на один зуб.

Подача на оборот Fo (мм/об.) - величина перемещения фрезы или рабочего стола с заготовкой за один оборот фрезы. Подача на оборот равняется произведению подачи на зуб на число зубьев фрезы Z:

Fo= FzZ (мм/об)

Минутной подачей Fm (мм/мин) называется величина относительно¬го перемещения фрезы или рабочего стола с заготовкой за одну минуту. Минутная подача равняется произведению подачи на оборот на частоту вращения фрезы:

Fm= FoN=FzZN (мм/мин)

Глубиной фрезерования h (мм) называется расстояние между обработанной и необработанной поверхностями, измеряемое вдоль оси фрезы.

Шириной фрезерования b (мм) называется величина срезаемого при¬пуска, измеренная в радиальном направлении или ширина контакта заготовки и инструмента.

Производительность снятия материала Q (см. куб.) - это объем удаляемого материала в единицу времени, определяемый глубиной, шириной обработки и величиной подачи.

Q=(h* b* Fm)/1000

Описание процесса фрезерования

Процесс фрезерования заключается в срезании с заготовки лишнего слоя материала для получения детали требуемой формы, размеров и шероховатости обработанных поверхностей. При этом на станке осуществляется перемещение инструмента (фрезы) относительно заготовки или, как в нашем случае (для станка на рис. 1.3-1.4), перемещение заготовки относительно инструмента.

Для осуществления процесса резания необходимо иметь два движения - главное и движение подачи. При фрезеровании главным движением является вращение инструмента, а движением подачи является поступательное движение заготовки. В процессе резания происходит образование новых поверхностей путем деформирования и отделения поверхностных слоев с образованием стружки.

Попутное фрезерование

При обработке различают встречное и попутное фрезерование. Попутное фрезерование или фрезерование по подаче - способ, при котором на¬правления движения заготовки и вектора скорости резания совпадают. При этом толщина стружки на входе зуба в резание максимальна и уменьшается до нулевого значения на выходе. При попутном фрезеровании условия входа пластины в резание более благоприятные. Удается избежать высоких температур в зоне резания и минимизировать склонность материала заготовки к упрочнению. Большая толщина стружки является в данном случае преимуществом. Силы резания прижимают заготовку к столу станка, а пластины - в гнезда корпуса, способствуя их надежному креплению. Попутное фрезерование является предпочтительным при условии, что жесткость оборудования, крепления и сам обрабатываемый материал позволяют применять данный метод.

Встречное фрезерование

Встречное фрезерование, которое иногда называют традиционным, наблюдается, когда скорости резания и движение подачи заготовки направлены в противоположные стороны. При врезании толщина стружки равна нулю, на выходе - максимальна. В случае встречного фрезерования, когда пластина начинает работу со стружкой нулевой толщины, возникают высокие силы трения, отжимающие фрезу и заготовку друг от друга. В начальный момент врезания зуба процесс резания больше напоминает выглаживание, с сопутствующими ему высокими температурами и повышенным трением. Зачастую это грозит нежелательным упрочнением поверхностного слоя детали. На выходе из-за большой толщины стружки в результате внезапной разгрузки зубья фрезы испытывают динамический удар, приводящий к выкрашиванию и значительному снижению стойкости.

Рис. 2.1. Схема попутного фрезерования.

Рис. 2.2. Схема встречного фрезерования.

Сравнение попутного и поперечного фрезерования

В процессе фрезерования стружка налипает на режущую кромку и препятствует ее работе в следующий момент врезания. При встречном фрезеровании это может привести к заклиниванию стружки между пластиной и заготовкой и, соответственно, к повреждению пластины. Попутное фрезерование позволяет избежать подобных ситуаций. На современных станках с ЧПУ, которые обладают высокой жесткостью, виброустойчивостью и у которых отсутствуют люфты в сопряжении ходовой винт-гайка, применяется в основном попутное фрезерование.

Припуск - слой материала заготовки, который необходимо удалить при обработке. Припуск можно удалить в зависимости от его величины за один или несколько проходов фрезы.

Черновое и чистовое фрезерование

Принято различать черновое и чистовое фрезерование. При черновом фрезеровании обработку производят с максимально допустимыми режимами резания для выборки наибольшего объема материала за минимальное время. При этом, как правило, оставляют небольшой припуск для последующей чистовой обработки. Чистовое фрезерование используется для получения деталей с окончательными размерами и высоким качеством поверхностей.