Фрезерная обработка металла: основные принципы и сведения

По планово-экономическим показателям

Фрезерная обработка используется как в условиях мелко- и среднесерийного производства (универсально-фрезерные, консольные, настольно-фрезерные станки), так и при серийном и крупносерийном производстве (токарно-фрезерные станки с модулем ЧПУ, обрабатывающие центры). Покупка высокоточных, производительных станков с числовым программным управлением требует значительных финансовых вложений и оправдана при максимальной загрузке производственных участков.

Виды фрезерных работ на фрезерных станках

Оборудование применяется для обработки поверхностей разных материалов. Главную работу выполняет режущая часть – фреза. Изделие делает отверстия в металле и другом сырье, соответствующие степени точности от 6 до 10. Показатель шероховатости Ra находится в диапазоне от 1,25 до 20.

С помощью установок можно выполнять следующие работы: фрезеровка горизонтальных, вертикальных наклонных поверхностей, скосов, уступов, цилиндрических зубчатых колес, различных пазов и т.д. Для каждого вида работы существует своя форма фрезы. Наибольшей производительностью обладает вертикальная обработка торцевыми инструментами. Фрезерные работы делятся на классификации по разным показателям. Их описание приведено ниже.

По типу обрабатываемой поверхности

Все существующие виды работ на фрезерных станках по металлу систематизируются по своему назначению.

Фрезерование горизонтальных, вертикальных и наклонных поверхностей

Производится на станках с горизонтальным и вертикальным расположением вала шпинделя, а также на широкоуниверсальных станках с поворотной шпиндельной головкой. На вертикальном обрабатывающем центре возможно выполнение операций с обработкой перемещения по трем, четырем и пяти осям одновременно.

При обработке наклонных плоскостей как основном виде фрезерных работ применяют фрезы с заточкой режущих кромок под определенным углом, либо используют стандартный инструмент и выполняют работы на станках с поворотной шпиндельной бабкой или наклоняют заготовку при помощи оснастки.

Фрезерование уступов, пазов всех видов — прямоугольных, т-образных, «ласточкиного хвоста», шпоночных канавок

Эти виды работ на фрезерных станках, выполняемые с помощью различных фрез (пазовых, концевых, т-образных, радиусных и т.п.), считаются одними из самых распространенных. Лезвия ножей инструмента расположены таким образом, что при фрезеровании на горизонтальных, вертикальных, универсальных станках обеспечивают получение требуемой конфигурации детали.

Фрезерование фасонных, комбинированных поверхностей

Фасонные поверхности, выполняемые при работе на фрезерном станке по металлу:

• с помощью фасонных и комбинированных фрез;
• при использовании приспособлений и поворотных столов;
• путем заданного взаимного перемещения обрабатываемой детали и шпинделя станка (продольно-фрезерные с ЧПУ);
• с помощью фрезерной обработки по копиру (копировально-фрезерные станки).

Отрезные работы

Разделение крупных заготовок осуществляется на фрезерно-отрезном оборудовании дисковыми пилами. Разделение заготовок небольшой высоты возможно на обычном станке при помощи пальчиковой фрезы, является более ресурсозатратным процессом.

Резьбофрезерные работы

Винтовые поверхности формируют концевыми (пальцевыми), дисковыми или гребенчатыми фрезами на зубофрезерных станках и обрабатывающих центрах ЧПУ.

Зубофрезерные и шлицефрезерные операции

Обработка прямозубых, косозубых, червячных, конических, цилиндрических колес и шестерен, фрезерование шлицевых валов и пр., выполняемые на зубофрезерных, шлицефрезерных и универсальных станках, проводится с помощью пазовых, фасонных и модульных (червячных или дисковых) фрез.

Сверление, растачивание, нарезание резьбы

Это также основной вид фрезерных работ, востребованных на производстве. Для сокращения времени на переустановку заготовки данные операции реализуются на том же станке, где производилось фрезерование. Применяется как специнструмент, так и стандартные сверла, метчики, зенкера, устанавливаемые в шпиндель станка с помощью оправок и цанговых патронов (координатно-расточные, сверлильно-фрезерные станки).

Обработка криволинейных поверхностей или сложных профилей

При обработке на универсальных станках реализация данного вида фрезерных работ по металлу затруднительна. Станкам с ЧПУ с необходимым количеством степеней свободы (от 3-х) дополнительной оснастки не требуется, обработка согласно заданной программе

Назначение фрезерной обработки

При помощи различного вида фрез, можно более точно и качественно выполнять фрезеровку деталей. Это могут быть различные материалы, но наиболее распространенная обработка на металлах. А при помощи современных станков, оборудованных системами ЧПУ, есть возможность уменьшить количество брака, а также управлять при помощи не сложных числовых программ. Сейчас фреза заменена на лезвие в качестве рабочего инструмента, что и позволило уменьшить вероятность брака, делая заготовки максимально точно.

Для чего же нужна в обработке фрезеровка? При её помощи можно проводить отрезку в металлах, шлифовать, наносить специальные узоры, гравировать, а также делать токарные и другие работы в разных видах деятельности. В набор входит несколько многозубчатых, режущих фрез, а их крепление в станках определяет горизонтальный или вертикальный тип работы. В производстве также может использоваться фрезерование под некоторым углом, для чего предварительно устанавливают фрезу в необходимом направлении. В зависимости от вида обрабатываемой продукции, такое фрезерование имеет несколько способов. Но стоит отметить, что используется немалое количество разнообразных фрез, в частности это цилиндрические, торцевые, концевые, зубчатые, фасонные, а также более сложные.

Сферы применения фрезеровки довольно разнообразны, она может использоваться в металлообработке, машиностроении, в ювелирном производстве, деревообработке и даже в дизайне и архитектуре.

Обработка металла фрезерованием производится вне зависимости от его прочности. Фрезы выбирают, исходя из того, какая нужна обработка, для плоскостей используют цилиндрические или торцевые типы фрез, в последних подбирают несимметрические схемы резания. То есть если детали правильной прямоугольной, квадратной и подобной формы, то чаще всего применяется два эти способа. Одинаковую профильную деталь можно сделать цилиндрической фрезой или с торца.

Фрезерная резка алюминия считается в наше время довольно популярной, так как алюминий широко используется в эксклюзивном дизайне, интерьере, для рекламных элементов, операторской техники и пр. Благодаря его легкости, прочности и низкой температуре плавления, он широко используется и с него не сложно вырезать различные изделия. На деталях сувенирных изделий, маркетинговой и кухонной продукции на современных высокотехнологических станках можно делать надписи, узоры, рельефность и пр. При этом они получаются без заусенцев, правильного габарита и формы, а также с идеальными краями.

Не малую популярность в наше время набрала объемная фрезеровка пластика, в особенности в 3D виде. Это довольно востребованные услуги, которые применяются для промышленных изделий, корпусов. Причем детали быстро делаются, так как довольно быстро работает станок фрезерно-гравировального типа, а цена за выполненные работы невысокая. Обрабатываются как шлицевые, так и фасонные и зубчатые детали, а также проделывают обработку отверстий, торцов, пазы. Из пластика в 3Д виде можно фрезеровать декоративные и пр. детали, формы для литья, полимерные корпуса и многое другое, создавая оригинальные и нужные формы изделий.

По точности размеров и качеству получаемых поверхностей

Для предварительной обработки заготовки используют черновое фрезерование. Ему характерны более высокая мощность и глубина резания, шероховатость получаемой поверхности — Ra 6.3…20. Требуется оборудование большой жесткости и мощности. При вращении на относительно небольших оборотах, фреза с напайками или сменными пластинами снимает большую толщину металла.

Чистовое фрезерование дает более точный квалитет размеров (6-7) и более высокую чистоту поверхности — Ra 1,25…1,6. Снимаемый слой металла при чистовых фрезерных операциях — минимальный, скорость резания — высокая.

И чистовое, и черновое фрезерование — операции, выполняемые на одном или разных станках. Получистовая обработка — это комбинация двух видов обработки, обычно различным инструментом.

Точность результата всех видов фрезерных работ зависит не только от режимов обработки, но и от параметров и технических характеристик самого фрезерного станка (станки нормальной точности и прецизионные фрезерные станки), от применяемого инструмента и от правильности базирования и перемещения детали.

Технологические этапы процесса

Что касается технологического процесса фрезеровки, то она состоит из несколько последовательностей, которым необходимо следовать:

• Изделие осторожно подводят со стороны поверхности, необходимой для обработки, к фрезеру, который в это время вращается.
• Отведя стол, отключают шпиндель, чтобы он не вращался.
• После этого нужно задать требуемую глубину прорезания.
• Запускают шпиндель.
• Изделие, расположенное на столе, вместе с ним подводят к стыковке с фрезой.

Обработку металлических деталей цилиндрической фрезой производят при длине фрезы на 10-15 мм более, чем есть изделие, а диаметр её подбирается, исходя из толщины разрезания и ширины. При выборе торцевых фрез работа будет делаться не так шумно, поскольку детали надежнее прикрепляются. Производительность предприятия будет высокой при использовании набора фрез, так как во многом упрощается задача. Все зависит от применяемых фрез, а это: совместные фрезы, зубила, двумя дисками одновременно, набора фрез, расположенных с разных боков заготовки и пр. Фрезерование плоскостей несколькими торцевыми фрезами делает сразу несколько обрезаний, а также исключает удары при работе.

Современные технологии позволяют проводить безопасную и с меньшим процентом брака обработку на токарно-фрезерных станках, оборудованных системами ЧПУ. В некоторых случаях, как при обработке деталей повышенной твердости, можно на них делать шлифовку. Они гарантируют получение изделий по максимуму точной геометрической формы, а также производительность. Бывают как специального назначения, так и общего использования, но небольшие детали дома можно обрабатывать ручным электрическим фрезером. Управление на компьютере позволяет задать все параметры и выполнять максимально точно, к тому же есть возможность рассчитывать и создавать 3D модели непосредственно на станке.

Благодаря современным технологиям, фрезерная обработка приобретает большую популярность в разных отраслях производств. Что касается металла, то можно на станках делать как алюминиевые, так и стальные, титановые изделия. Вне зависимости от материала, фрезерованием можно делать детали специального назначения, эксклюзивные, ювелирные и др. И только на станках, оборудованных системами ЧПУ, можно выполнять лазерную фрезеровку деталей сложной формы. Это дорогостоящая, но качественная обработка возможна без предварительной шлифовки.

По направлению фрезерования

Такие операции бываю двух видов.

1. Встречные. Заготовка подается в противоположную сторону от траектории движения фрезы. Для такой обработки характерно быстрое выполнение работы. Наблюдается повышенный износ фрезы. В процессе появляются вибрации. Подходит для обработки крупных деталей.
2. Попутные. Движение фрезы и подаваемого материала происходит в одну сторону. В такой ситуации получается четкий, ровный разрез. Для такой обработки характерно меньшее повреждение режущего элемента. Сила, действующая на станок, прижимает заготовку и уменьшает образование вибрации.

По цикличности обработки

Фрезерный инструмент может делать отверстие в материале по двум типам циклов.

1. Прерывистый. Во время обработки необходимо останавливать работу станка, чтобы поменять положение заготовки, снятия и т.д. Для этого в оборудовании иногда используется обратный ход. Такой вид обработки требует много времени и сил.
2. Непрерывный. В этом случае деталь после фрезерования автоматически устанавливается в механизм. Некоторые станки оснащены второй фрезой, позволяющей обрабатывать деталь одновременно в нескольких плоскостях. Кроме того, автоматически проходит замена инструмента. Такой вид обработки позволяет изготовить большое количество деталей. При этом работа оператора сводится к контролю с помощью пульта управления.