Фрезерування на верстатах з ЧПУ – докладно про процес

Фрезерування з ЧПУ - один із найпоширеніших процесів при виробництві складних деталей. Є інші методи виготовлення деталей, такі як лазерне або плазмове різання, вони можуть дати такі ж результати, і їх дешевше використовувати. Але ці два методи не надають нічого схожого на можливості фрезерної обробки з ЧПК.

Отже, ми збираємося глибоко поринути у процес фрезерування, вивчаючи різні аспекти самого процесу, а також обладнання. Це допоможе вам зрозуміти, чи вам потрібні послуги фрезерування з ЧПУ для виробництва деталей або існує більш економічна альтернатива.

ЩО ТАКЕ ФРЕЗУВАННЯ З ЧПУ?

Ми розглянемо процес, механізми і т. д. Але давайте спочатку прояснимо, що означає фрезерний верстат з ЧПУ, і внесемо ясність у деякі з найбільш заплутаних моментів самого терміну.

По-перше, люди часто запитують про механічну обробку з ЧПУ, коли шукають фрезерування. Механічна обробка включає як фрезерування, так і токарну обробку, але ці два процесу мають явні відмінності. Механічна обробка відноситься до технології механічного різання, яка використовує фізичний контакт для видалення матеріалу з використанням широкого спектра інструментів.

По-друге, вся механічна обробка з ЧПУ використовує верстати з ЧПУ, але не всі верстати з ЧПУ призначені для механічної обробки. Числове програмне управління - ось що стоїть за цими трьома літерами. Будь-який верстат із ЧПУ використовує комп'ютеризовані системи для автоматизації процесу різання.

Тому до верстатів з ЧПУ також відносяться лазерні різаки, плазмові різаки, згинальні преси і т.д.

Таким чином, обробка з ЧПУ - це суміш цих двох термінів, що дає нам відповідь на запитання, яке поставлене в заголовку. Фрезерування з ЧПУ - це субстратний метод виготовлення, який використовує комп'ютерні системи числового керування для автоматизації процесу

ПРОЦЕС ФРЕЗУВАННЯ

 

Ми могли б обмежитися описом лише процесу виготовлення, але огляд всього процесу дає цілісну картину.

Процес фрезерування включає:

• Проектування деталей у САПР;
• Переведення файлів САПР у код для обробки;
• Налаштування техніки;
• Виробництво деталей.

Проектування файлів САПР та переклад у код

Першим кроком є ​​створення віртуального представлення кінцевого продукту програмного забезпечення САПР. Існує безліч потужних програм CAD-CAM, які дозволяють користувачеві створювати необхідний G-код для обробки.

Код доступний для перевірки та зміни, якщо необхідно, відповідно до можливостей машини. Крім того, інженери-технологи можуть змоделювати весь процес різання за допомогою такого програмного забезпечення.

Це дозволяє перевіряти помилки у дизайні, щоб уникнути створення моделей, які неможливо виготовити.

G-код можна також написати вручну, як це робилося раніше. Однак це значно подовжує весь процес. Тому ми пропонуємо повною мірою використати можливості сучасного інженерного програмного забезпечення.

Налаштування машини

Хоча верстати з ЧПУ виконують різання автоматично, багато інших аспектів процесу вимагають участі оператора верстата. Наприклад, закріплення заготовки на робочому столі, а також прикріплення фрезерного інструменту до верстата шпинделя.

Ручне фрезерування залежить від операторів, тоді як нові моделі мають більш досконалі системи автоматизації. Сучасні фрезерні центри також можуть мати можливість роботи з рухомим оснащенням. Це означає, що вони можуть змінювати інструменти на ходу під час процесу виробництва. Тому зупинок менше, але їх все одно потрібно виставити заздалегідь.

Після завершення початкового налаштування оператор востаннє перевіряє програму машини, перш ніж дати машині зелене світло для запуску.

Виробнича робота:

У процесі фрезерування використовується інструмент, що обертається, який входить в контакт із заготовкою, щоб відрізати стружку. В результаті безперервного різання виходить бажана форма.

Однак є кілька різних способів виконання різання:

• Звичайне фрезерування (супутнє фрезерування);
• Зустрічне фрезерування.

 

 

Як випливає з назви, звичайне фрезерування було більш поширеним способом фрезерування принаймні в минулому.

Механіка звичайного фрезерування:

• Товщина стружки збільшується. Це може спричинити підвищення температури, що призведе до деформаційного зміцнення;
• Початок різання включає більшу кількість тертя, що прискорює знос інструменту і скорочує термін його служби;
• У міру того, як зубці забирають стружку вгору, вони можуть знову потрапити на траєкторію різання, що погіршить якість полірування;
• Необхідний щільніший затискач і фіксація заготовки, щоб уникнути зміщення, що викликається великими силами, спрямованими вгору

 

Нові фрезерні верстати з ЧПУ використовують зустрічне фрезерування.

Особливості зустрічного фрезерування:

• Товщина стружки зменшується, викликаючи нагрівання стружки, а чи не заготовки;
• Ріжуча поверхня стає чистішою, що знижує тертя та збільшує термін служби інструменту;
• Стружка потрапляє за фрезу, що знижує проблему забруднення траєкторії різання;
• Горизонтальне підйомне фрезерування створює спрямовані вниз сили, зменшуючи необхідність додаткового затискання.

Процес фрезерування зазвичай складається з кількох різних операцій, але це залежить від форми кінцевого продукту та стану заготівлі. Часто фрезерування необхідне для надання точного оздоблення та додавання декількох елементів, таких як пази або різьбові отвори.

Але він також підходить для створення готової деталі із блоку матеріалу. Перші операції використовують великі інструменти, щоб швидко вирізати матеріал, щоб закріпити процес до отримання приблизної форми кінцевої деталі.

Зміна інструменту необхідна для створення високоточних деталей, що обробляються. Висока точність фрезерування досягається на останньому етапі, завдяки чому технічні допуски і шорсткість поверхні досягаються до рівнів, які важко порівняти з будь-яким іншим виробничим процесом.

КОМПОНЕНТИ ФРЕЗЕРНОГО ВЕРСТАТУ:

Тепер подивимося, з чого складається фрезерний верстат. Хоча нові фрезерні центри можуть виконувати всі види операцій, вони також складніші. Тому тут ми дотримуємося традиційніших верстатів, щоб дати огляд компонентів машини.

 

Горизонтальні фрезерні верстати отримали свою назву від розташування інструмента – їх вісь розташована горизонтально. На зображенні вище показаний один із способів їх використання - плоске фрезерування. Звісно, ​​для кінцевого фрезерування підходять і горизонтальні фрези.

Побудувати горизонтальний фрезерний верстат досить легко. Ріжучий інструмент прикріплюється до оправлення. Якщо потрібно змінити інструмент, ви можете зняти кронштейн оправки та розпірки для заміни інструментів.

Для фіксації заготівлі на робочому столі потрібні лещата. Траверс може переміщати стіл осями X, Y і Z для переміщення заготовки.

Звичайно, нові машини виглядають трохи інакше, що робить їх придатними для автоматизації. Горизонтальні фрезерні центри можуть мати кілька шпинделів з різними інструментами для скорочення часу оборотності. Крім того, стіл та інструменти можуть переміщатися у більшій кількості напрямків, включаючи осі обертання.

Тим не менш, основи ті ж, і розуміння більш традиційної машини достатньо зрозуміти сучасні.

Переваги горизонтального фрезерування:

• Можливість робити деталі з меншою кількістю операцій;
• Можливість створювати складніші деталі;
• Приблизно у 3-4 рази швидше, ніж при вертикальному фрезеруванні;
• Більше тривалий термін служби інструмента;
• Найкраща якість поверхні.

Вертикальний фрезерний верстат:

 

Знову ж таки, назва вертикальний фрезерний верстат досить очевидна, якщо подивитися на зображення вище. Оскільки вісь інструмента розташована вертикально, вона найкраще підходить для кінцевого фрезерування.

Є кілька відмінностей між горизонтальними та вертикальними фрезерними верстатами. Але основні компоненти, як і раніше, схожі. Головка машини знаходиться на кінці повзуна. До головки прикріплено шпиндель для різальних інструментів.

Розташування столу ідентично горизонтальному фрезерному верстату, що дає можливість переміщати його в трьох напрямках.

Сучасні 5-осьові вертикальні фрезерні

верстати дозволяють обертати деталь для більшого доступу і скорочення часу обороту. Автоматизація всіх переміщень дозволяє підвищити точність, скоротити час виконання замовлення та отримати майже ідентичні партії деталей.

Переваги вертикального фрезерування:

• Значно дешевше за горизонтальні фрезерні верстати з різницею в ціні до 4-5 разів;
• Доступність, тому що більше майстерень можуть собі це дозволити;
• Легше використовувати, тому що вертикальний млин забезпечує кращу видимість того, що насправді відбувається;
• Більше машиністів, які можуть забезпечити чудові результати;
• Верстати менші за розміром, займають менше місця в цеху верстатів із ЧПУ.

ТИПИ ФРЕЗЕРНИХ ВЕРСТАТІВ:

Сьогодні на ринку є безліч різноманітних продуктів. Також є безліч способів класифікації. Основи залишаються практично однаковими скрізь, з деякими модифікаціями, що відкривають більше можливостей та, отже, з іншим типом фрезерного верстата.

Ось найпоширеніші види фрезерних верстатів:

• Фрезерні верстати із хрестовим столом;
• Консольно-фрезерні верстати;
• Фрезерні верстати з висувною шпиндельною бабкою;
• Поздовжньо-фрезерний верстат.

Фрезерні верстати з хрестовим столом:

 

У конструкції фрезерного верстата з хрестовим столом передбачено стійку станину верстата. У той час як великі та важкі деталі можуть призвести до нестабільності консольно-фрезерних верстатів, станина такого верстата може утримати свої позиції. Довга станина означає, що до станини можна прикріпити відразу кілька деталей, що скорочує час простою та підвищує ефективність роботи на робочій підлозі.

Робочий стіл прикріплюється безпосередньо до станини верстата та може рухатися у 2 напрямках. Головка шпинделя, звісно, ​​може переміщатися в осьовому напрямку визначення глибини різання. Становище осі залежить від верстата, оскільки бувають як горизонтальні, і вертикальні станини, і навіть універсальні верстати. Усі вони також можуть бути автоматизовані за допомогою ЧПУ.

Найпоширеніший із цих варіантів - універсальний фрезерний верстат із ЧПУ. Хоча горизонтальні та вертикальні фрезерні верстати мають значні обмеження, ці машини забезпечують більшу гнучкість.

Ще один спосіб збільшення продуктивності – використання двомашинного стенду. Це допомагає встановити на стіл кілька деталей для одночасної обробки або одну більшу деталь. Це позбавляє необхідності повторно затискати його для обробки іншого кінця. При цьому виникає можливість зіткнення інструментів, яке можна запобігти за допомогою правильної програми ЧПУ.

КОНСОЛЬНО-ФРЕЗЕРНІ ВЕРСТАТИ:

 

Ці машини підходять для деталей від малих до середніх. Обмеження виникає тому, що консольно-фрезерні верстати забезпечують меншу стійкість, ніж, наприклад, фрезерні верстати з хрестовим столом. Також рама встановлює власні обмеження розмірів деталей.

Традиційний консольно-фрезерний верстат - відмінний варіант для поодиноких деталей, робіт з технічного обслуговування, підготовчих робіт і т. д. Односпрямований рух ріжучої головки обмежує можливість нещасних випадків. Їх часто використовують для підготовки заготівлі для подальшої обробки станціях з ЧПУ.

Ці машини вимагають ручної зміни інструменту після кожної операції, що трохи сповільнює весь процес. Тим не менш, сучасні обробні центри з ЧПУ включають можливості консольно-фрезерних верстатів.

ФРЕЗЕРНІ ВЕРСТАТИ З РУХОВОЮ ШПИНДЕЛЬНОЮ БАБКОЮ:

Фрезерні верстати з висувною шпиндельною бабкою мають ріжучу головку, встановлену на плунжері, який може переміщатися вперед і назад. Це збільшує переміщення інструменту до двох осей – X та Y. На ринку доступні як горизонтальні, так і вертикальні варіанти повзуна. Багато таких верстатів також мають можливість повороту ріжучої головки.

ПОДОЛЬНО-ФРЕЗЕРНІ ВЕРСТАТИ:

Поздовжньо-фрезерні верстати дуже схожі на фрезерні верстати з хрестовим столом. Обидва мають великі робочі столи та шпинделі, які можуть рухатися у 3-х напрямках. Основна відмінність полягає у здатності поздовжньо фрезерних верстатів одночасно працювати з великою кількістю фрезерних інструментів. Кількість різних інструментів зазвичай сягає 4.

Додаткова гнучкість збільшує їх ефективність та знижує потребу у зупинці обробки для зміни інструментів.

СКІЛЬКИ ОСЕЙ?

​​​​​​

Ми вже згадували різні осі у цій статті. Але давайте повністю прояснимо, що кожен із них означає.

3-х осьове фрезерування

Тривісний вертикальний фрезер означає, що стіл може переміщатися в 2 напрямках - X і Y. Це дозволяє позиціонувати заготівлю щодо ріжучого інструменту, при цьому відстань залишається незмінною. Таким чином, третя, вісь Z додається, дозволяючи опустити ріжучий інструмент.

Контролери ЧПУ забезпечують одночасне переміщення трьох, забезпечуючи необхідну гнучкість більшості потреб обробки.

4-осьове фрезерування

4-осьовий фрезерний верстат має всі 3 осі, як описано раніше. Але в нього є ще одна остюка - вісь A. Стіл такого верстата може обертатися навколо осі X, що дозволяє проводити торцеве фрезерування сторін без зміни положення заготовки.

5-осьове фрезерування

Як ви можете здогадатися, все, що було правильне для 4-осьового фрезерного верстата, застосовується і до 5-осевуму. Але тепер ми додаємо вісь B, яка дає обертальний рух довкола осі Y.

5-осьові обробні верстати з ЧПУ коштують набагато дорожче за інші варіанти, але дозволяють виготовляти дуже складні деталі за один раз. Ніяких додаткових налаштувань не потрібно, оскільки термін служби інструменту збільшується за рахунок можливості відповідного позиціонування деталі.

6-ВІСОВИЙ ФРЕЗЕРНИЙ ВЕРСТАТ:

 

6-осьові фрезерні центри з ЧПУ не надто поширені через високу ціну. Вони можуть бути на 75% швидше, ніж 5-осьові верстати, але потреба в таких можливостях є досить рідкісною, щоб виправдати витрати. На відео вище також показано порівняння 5-осьового та 6-осьового фрезерного верстата.

6-осьовий фрезерний верстат має стаціонарний робочий стіл, а вся свобода пересування надана ріжучій головці. Вона може рухатись у трьох напрямках, а також обертатися навколо всіх цих осей.

ФРЕЗЕРНІ ОПЕРАЦІЇ З ЧПУ:

Фрезерування підходить для безлічі різних функцій, включаючи нарізування різьблення, зняття фаски, прорізання пазів і т. д. Це дозволяє створювати складні конструкції на одному фрезерному центрі з ЧПУ із завидною точністю. Ці допуски на верстатах із ЧПУ близько +/- 0,1 мм.

Для створення цих вищезгаданих функцій потрібно безліч різних фрезерних операцій:

• Фрезерування поверхні;
• Торцеве фрезерування;
• Кутове фрезерування;
• Фрезерування форми;
• Профільне фрезерування;
• Зубофрезерування та ін.

ЗВИЧАЙНЕ ФРЕЗУВАННЯ:

Звичайне фрезерування також широко відоме як фрезерування поверхні. У ньому використовується горизонтальна фреза, що означає, що вісь обертання різального інструмента паралельна ріжучій поверхні.

При фрезеруванні поверхні можуть використовуватись різні фрези, широкі або вузькі, залежно від необхідного результату. Використання широкої фрези може призвести до швидкого знімання матеріалу у поєднанні з низькою швидкістю різання, високою швидкістю подачі та великими зубцями фрези. Звичайно, обробка поверхні такого різання може не відповідати вимогам.

Отже, другий крок може включати зміну інструментів для використання дрібніших різців. Це також вимагає більш високих швидкостей різання і нижчих швидкостей подачі, тому кількість матеріалу, що знімається в одиницю часу менше. У той же час фінальне оздоблення виходить акуратнішим. Таким чином, поєднання цих двох факторів є добрим вибором з економічної точки зору.

ТОРЦЕВЕ ФРЕЗУВАННЯ:

У цій операції використовується ріжучий інструмент із зубами з боків та на кінці. Вісь інструменту перпендикулярна до оброблюваної деталі.

Торцеве фрезерування часто відбувається після фрезерування поверхні, так як воно дозволяє отримати складніші контури і залишає красиву поверхню. Зубці з боків виконують більшу частину роботи з різання, а зубці на кінчику обробляють поверхню.

Кутове фрезерування:

Ця операція фрезерування дозволяє нам створювати фаски, канавки тощо. буд. Є кілька способів виконати ці функції.

У разі звичайного 3-осьового фрезерного верстата найбільш доцільно використовувати різні фрези. Це можуть бути фрези «ластівчин хвіст» для обробки канавок під кутом або просто фрези з конічною ріжучою головкою для зняття фасок. Зверніть увагу, що ці двоє переважно протилежні один одному.

Вісь фрези може бути перпендикулярною або розташована на одній лінії з поверхнею.

ФРЕЗУВАННЯ ФОРМИ:

Цей тип фрезерування вимагає спеціального інструменту створення більш складних контурів поверхні. Випуклі та увігнуті фрези є прикладами інструментів, що тут використовуються.

Фрезерування форми допомагає створити контури поверхні за один прохід. Інструменти можуть допомогти створити круглі виїмки, краї, що округляють, і т. д. Інструменти повинні мати правильні параметри для досягнення бажаного результату.

Групове фрезерування - це підкатегорія формового фрезерування, у якому використання кількох фрез одночасно може створювати шаблони.

ПРОФІЛЬНЕ ФРЕЗУВАННЯ:

Звичайна операція фрезерування виготовлення опуклих і увігнутих деталей. Процес складається з 3-х етапів - чорнової, напівчистової та чистової.

При чорновому обробленні використовуються круглі пластини для виконання початкової роботи з видалення більшої частини матеріалу. Кінцеві фрези зі сферичним кінцем ідеально підходять для напівчистової та чистової обробки.

Така робота значною мірою виграє від фрезерування з ЧПУ, оскільки 4- та 5-осьова технологія може значно прискорити операції, а також забезпечити кращу якість.

ЗУБОФРЕЗУВАННЯ:

Так, фрезерування також знаходить застосування для різних типів шестерен. Весь процес виготовлення шестерень складається із двох етапів.

Спочатку йде зубофрезерування. М'якість матеріалу дозволяє з легкістю виготовляти деталь, забезпечуючи великі допуски. Потім шестерні проходять процес термообробки для зміцнення поверхні. Після цього токарна обробка з ЧПУ відповідатиме за кінцевий результат.

МАТЕРІАЛИ ЩО ПІДЛЯГАЮТЬ ФРЕЗЕРУВАННЮ:

Фрезерування з ЧПУ можна використовувати для обробки безлічі різних матеріалів. Вибір, звичайно, зводиться до вимог. Процес вибору складається з наступних етапів:

• Створення геометрії деталей;
• Визначення сил, які діють деталь. Програмне забезпечення САПР із надбудовами FEA може тут дуже допомогти;
• визначення властивостей матеріалу на основі результатів;
• створення списку можливих матеріалів;
• Вибираємо той, який відповідає вимогам із найкращим співвідношенням рентабельності;
• Впевнившись, що матеріал підходить для фрезерування.

Метали, придатні для фрезерування з ЧПУ:

• М'яка сталь;
• Нержавіюча сталь;
• Інструментальна сталь;
• алюміній;
• Латунь.