Фрезерование плоскостей на станках с ЧПУ формирует базовые опорные поверхности деталей машиностроения. В цеховой практике мы разделяем методы обработки на торцевое и цилиндрическое фрезерование. Выбор схемы определяет точность и микрорельеф. Правильный подбор инструмента снижает вибрации. Ниже детально разобраны кинематика резания, распределение сил, траектории ЧПУ, зачистные пластины Wiper и методы устранения брака.
1. Кинематика и сравнительный анализ схем фрезерования
При торцевом фрезеровании ось вращения инструмента расположена строго перпендикулярно к обрабатываемой плоскости. Главную работу резания выполняют кромки на наружном диаметре насадного корпуса. Вспомогательные торцевые кромки срезают микрогребешки. Это обеспечивает высокую жесткость наладки. В контакте одновременно участвуют от 3 до 8 зубьев. Силовая нагрузка распределяется равномерно.
При цилиндрическом фрезеровании ось инструмента ориентирована параллельно обрабатываемой поверхности. Припуск срезается винтовыми зубьями на цилиндрической образующей. Винтовая канавка гарантирует плавный вход зуба в металл. Однако площадь контакта непрерывно колеблется во времени. Нагрузка носит импульсный характер. Длинная оправка неизбежно прогибается, создавая волнообразный профиль шероховатости.
Фрезерные станки с ЧПУ
Весь раздел →
Фрезерный станок с ЧПУ MILLMASTER VMM-1050 G3
Фрезерный станок с ЧПУ MILLMASTER VMM-1050 F4
Фрезерный станок с ЧПУ MILLMASTER VMM-845 G3
Мы выбираем цилиндрическое фрезерование преимущественно для узких длинных поверхностей на горизонтальных станках. Торцевая насадная фреза служит главным инструментом на вертикальных станках с ЧПУ. Она дает максимальную скорость съема металла на широких плитах.
| Технологический параметр | Торцевое фрезерование | Цилиндрическое фрезерование |
|---|---|---|
| Ориентация оси инструмента | Перпендикулярно поверхности | Параллельно поверхности |
| Формирование микрорельефа | Торцевые кромки и зачистные фаски | Винтовые периферийные кромки |
| Типичная шероховатость Ra | 0.4–1.6 мкм (с пластинами Wiper) | 1.6–6.3 мкм (зависит от диаметра фрезы) |
| Жесткость инструментальной наладки | Высокая (короткая насадная оправка) | Ограниченная (длинная центровая оправка) |
| Коэффициент перекрытия зубьев | Высокий (в контакте 3–6 зубьев) | Средний (в контакте 1–3 зуба) |
Технологический факт: Торцевое фрезерование обеспечивает удельный съем металла на 35–50% выше цилиндрического при равной мощности привода. Это достигается за счет короткого рычага вылета оправки и стабильного осевого поджима шпиндельного узла.
2. Векторы сил резания и влияние главного угла в плане
В процессе резания суммарное усилие раскладывается на три взаимно перпендикулярных вектора. Тангенциальная сила резания Fc действует по касательной к окружности вращения. Она является главной составляющей и определяет потребную мощность электропривода шпинделя. Мы рассчитываем силу Fc через удельную силу резания kc:
Fc = kc · ap · hex, НРадиальная сила Fp направлена перпендикулярно оси инструмента. Она стремится отжать фрезу от заготовки. При цилиндрическом резании эта составляющая изгибает центровую оправку. Осевая сила Ff действует вдоль оси шпинделя. Ее воспринимают упорные подшипники станка.
Главный угол в плане перераспределяет силовые векторы. Корпус с углом 45 градусов делит нагрузку поровну между радиальным и осевым направлениями. Осевая сила надежно прижимает деталь к столу станка. Это снижает вибрации при слабом зажиме. Плавный вход зуба предотвращает сколы на кромках заготовки.
Фрезерные станки с ЧПУ
Весь раздел →
Фрезерный станок с ЧПУ MILLMASTER VMM-855S
FPV-30G фрезерный станок с ЧПУ
Фрезерный станок с ЧПУ RS 6090TT
Фрезы с углом 90 градусов передают всю нагрузку радиально. Их применяют для одновременной обработки плоскости и прямого уступа. Круглые пластины геометрии R создают переменный угол контакта. Они обладают наивысшей прочностью при съеме литейных корок с твердыми включениями.
hex = fz · sin(kappa_r), ммПри угле 45 градусов стружка утоняется до 71% от подачи на зуб. Мы увеличиваем минутную подачу стола на 41% без термической перегрузки твердого сплава.
Подобрать оборудование под вашу задачу
3. Траектории движения инструмента на станках с ЧПУ
Кинематика перемещения инструмента определяет микрорельеф поверхности и ресурс режущих кромок. Двунаправленная схема обработки Zig-Zag минимизирует холостые перемещения стола станка. Но при обратном ходе резание переключается на встречное. Встречное резание вызывает скольжение зуба по наклепанной корке металла. Это приводит к ускоренному абразивному износу твердого сплава.
Однонаправленная схема One-Way с ускоренным возвратом фрезы на безопасной высоте Z обеспечивает исключительно попутное фрезерование. Толщина стружки максимальна в точке врезания и плавно сходит на ноль при выходе. Это стабилизирует температурный режим резания. Спиральные траектории от центра к краям исключают резкие удары при входе фрезы в сплошной металл.
Фрезерные станки с ЧПУ
Весь раздел →
Фрезерный станок с ЧПУ RABBIT SF-6090
Фрезерный станок с ЧПУ EXT SHG 0404
Фрезерный станок с ЧПУ RABBIT SF-3030
Для предотвращения полошения и темного центрального следа мы строго контролируем радиальный шаг ae. Оптимальное радиальное перекрытие составляет от 65% до 75% диаметра инструмента D:
ae = (0.65 ... 0.75) · D, мм- Симметричное расположение оси фрезы по центру заготовки запрещено из-за совпадения нулевых фаз врезания и выхода зубьев.
- Врезание в заготовку мы выполняем по дуговой траектории (Roll-in technique) с радиусом дуги r = 0.5 · D и снижением подачи стола на 50%.
- Выход фрезы из зоны резания должен осуществляться по плавной касательной траектории для исключения вырывов металла на кромке.
- Радиальный шаг смещения между соседними параллельными строками принимается постоянным во избежание образования неравномерных полос.
4. Технология зачистных Wiper-пластин для снижения шероховатости
Микропрофиль торцевой поверхности формируется пересечением дуговых следов вершин зубьев в процессе вращения корпуса. Теоретическая высота микронеровностей Rz при стандартных радиусных пластинах зависит от минутной подачи квадратично. Чем выше подача, тем глубже образуются микрогребешки между соседними строками. Для расчета профиля шероховатости используют формулу:
Rz = (fn^2) / (8 · r_eps), ммДля получения высокого класса чистоты мы монтируем в корпус фрезы специальные зачистные пластины Wiper. Пластина Wiper снабжена плоской зачистной фаской увеличенной длины lw от 1.5 до 3.0 мм. Зачистная кромка выставлена строго параллельно столу станка. Она выступает в осевом направлении на 0.03–0.05 мм относительно остальных режущих пластин.
В процессе вращения фрезы зачистная кромка начисто срезает все микрогребешки. Установка одной пластины Wiper на фрезу диаметром 63–125 мм позволяет поднять подачу на оборот fn в 2–4 раза. Это гарантирует чистоту поверхности Ra 0.4–0.8 мкм на чистовых операциях.
Фрезерные станки с ЧПУ
Весь раздел →
Фрезерный станок с ЧПУ RS 0609G
Фрезерный станок с ЧПУ RABBIT SF-1212
Фрезерный станок с ЧПУ RS 1313G
- Длина зачистной фаски lw должна превышать фактическую подачу на оборот: lw > 1.2 · fn.
- Для корпусов диаметром до 100 мм достаточно монтажа одной зачистной пластины Wiper.
- На крупногабаритных фрезах диаметром свыше 125 мм мы устанавливаем две пластины Wiper диаметрально противоположно.
- Осевое биение режущих кромок корпуса на оправке не должно превышать 0.008 мм во избежание полошения.
5. Диагностика неплоскостности, траммирование шпинделя и режимы
Распространенным дефектом является седлообразность или вогнутость фрезерованной плоскости на широких плитах. Причиной брака служит угловой перекос оси шпинделя относительно плоскости рабочего стола станка. При наклоне головки задний край корпуса фрезы повторно срезает металл с образованием выраженной вогнутой чаши.
Для устранения геометрического перекоса мы проводим траммирование шпиндельной головки. В шпиндель зажимают рычажную оправку с индикатором ИЧ-10 на радиусе 150 мм. Допустимое отклонение стрелки индикатора при повороте шпинделя на 360 градусов составляет не более 0.01 мм.
Второй причиной деформации выступают остаточные механические напряжения в заготовке. При снятии поверхностного слоя деталь изгибается. Мы разделяем техпроцесс на черновой обдир, вылеживание, ослабление зажимных прижимов и финишное чистовое фрезерование с глубиной ap = 0.3–0.5 мм.
| Обрабатываемый материал | Твердость / Группа | Скорость резания Vc, м/мин | Подача на зуб fz, мм/зуб | Глубина ap (черновая), мм | Глубина ap (чистовая), мм |
|---|---|---|---|---|---|
| Сталь 45, 40Х (ГОСТ 1050-88) | 180–220 HB (ISO P) | 180–260 | 0.14–0.25 | 2.5–4.5 | 0.4–0.6 |
| Нержавеющая сталь 12Х18Н10Т | 160–200 HB (ISO M) | 120–180 | 0.10–0.16 | 1.5–3.0 | 0.3–0.5 |
| Серый чугун СЧ20 (ГОСТ 1412-85) | 190–240 HB (ISO K) | 200–320 | 0.18–0.30 | 3.0–5.0 | 0.5–0.8 |
| Алюминиевый сплав Д16Т | 95–125 HB (ISO N) | 600–1400 | 0.15–0.35 | 3.0–6.0 | 0.5–1.0 |
| Жаропрочный сплав ХН77ТЮР | 32–38 HRC (ISO S) | 35–65 | 0.08–0.12 | 1.0–2.0 | 0.2–0.4 |
