Фрезерование попутное – когда направление подачи и движения кромки в точке среза совпадает. Такой способ обеспечивает наилучшую чистоту поверхности. Ниже приведена диаграмма, иллюстрирующая разницу при работе на подаче и против подачи.
Стрелки показывают движение заготовки
Имейте в виду, что на этой иллюстрации движется заготовка, а не шпиндель . На некоторых станках, например на портальном фрезере, шпиндель перемещается, поэтому метки могут меняться.
Попробуйте провести эксперимент на своем станке по резке в обоих направлениях, и вы увидите, что попутное фрезерование дает более гладкую поверхность (это в большинстве случаев. Однако, бывают и ситуации, когда встречное дает лучший результат). Обратите внимание, что в зависимости от того, каким образом вы фрезеруете, вам необходимо убедиться, что деталь не сместится от нагрузок, приложенных в этом направлении.
Характеристики встречного фрезерования:
- Ширина стружки начинается с нулевой и увеличивается по мере того, как фреза заканчивает нарезку;
- В процессе резки создаются восходящие силы, которые стремятся поднять заготовку во время фрезерования;
- При встречном фрезеровании требуется больше энергии, чем при попутном;
- Качество обрабатываемой поверхности становится хуже, потому что стружка поднимается стружечными канавками и падает перед режущим инструментом. В результате большинство стружки режется повторно. В данной ситуации может помочь подача СОЖ в зону реза;
- Инструмент изнашивается быстрее, чем при попутном фрезеровании;
- Встречное предпочтительно для обработки шероховатых поверхностей;
- Инструмент отклоняется параллельно направлению подачи
Особенности попутного фрезерования:
- Ширина стружки начинается с максимальной и уменьшается;
- Стружка падает за режущим инструментом, тем самым уменьшается ее повторный рез;
- Меньше износ инструмента – срок службы продлевается на 50%;
- Улучшается качество обработки поверхности из-за меньшего вторичного нарезания;
- Требуется меньшая мощность;
- Резание на подаче оказывает нисходящее усилие на деталь, что упрощает требования к ее креплению. Нисходящее усилие также может помочь уменьшить вибрацию при установке станка на тонких полах;
- Фрезерование на подаче снижает упрочнение детали;
- Тем не менее, оно может вызывать сколы при фрезеровании горячекатанных материалов из-за закаленного слоя на поверхности.
- Отклонение инструмента происходит перпендикулярно подаче, поэтому оно может увеличивать или уменьшать ширину разреза и влиять на точность.
Люфт и попутное фрезерование
Существует следующая проблема с попутной фрезеровкой, которая заключается в том, что инструмент может выбирать люфт передачи , если силы резания достаточно велики. Проблема в том, что в процессе резания рабочий стол будет тянуться на счет усилий на фрезе. И если в передаче есть люфт, это приведет к смещению стола с заготовкой на величину люфта. И, если величина люфта будет достаточной, и режущий инструмент работает с достаточной мощностью - это вызовет вибрацию, может привести к поломке инструмента и возможно даже травме оператора из-за летящих осколков. Поэтому многие мастерские запрещают попутную фрезеровку, на всех станках, у которых известен люфт. Некоторые станки оборудуются передачами с выборкой люфта, например ШВП с двойными гайками.Один из способов рассмотреть этот вопрос – подойти к нему с точки зрения подачи зуб. Это показатель того, сколько материала каждый зуб режущего инструмента пытается срезать. Типичные значения для чистовой обработки составляют от 2-4 сотки на зуб. Для черновой обработки эта величина может увеличиться до нескольких десяток. В худшем случае попутное фрезерование может зацепить станину и рывком переместить деталь на всю величину люфта в тот момент, когда зуб режет деталь. Поэтому к моменту врезания следующего зуба подача увеличится на величину люфта. Предположим, что черновая подача на оборот равна 6 соток и есть люфт 4 сотки. В худшем случае подача на зуб может внезапно увеличиться до 0.1 мм. Это, конечно, еще не конец света, но уже порядочная нагрузка. Теперь предположим, что у вас более старый станок с люфтом 0.3 мм и подача на зуб составляет 8 соток. Если случится выборка люфта, то следующий зуб начнет резать стружку в 0.38 мм вместо 0.08. Это с большой вероятностью означает поломку инструмента.
Нужно учитывать, достаточно ли сила резания для того, чтобы выборки люфта. Многое будет зависеть от сценария точной обработки вашего станка. Если у вас легкий стол на шариковых направляющих с низким трением, он может легко схватиться инструментом. Если у вас много железа на столе, и, вы работаете с затянутыми регулировочными клиньями, возможность схватывания будет меньше. Есть способы рассчитать силу резания, нов в общем подходе необходимы использовать меньшие концевые фрезы, меньшую глубину резания, более низкие подачи и более низкую скорость вращения шпинделя – все это уменьшает силу резания и вероятность схватывания и выборки люфта.
Кстати, станки с ЧПУ вообще-то не должны иметь заметного люфта, поэтому это больше касается ручных машин.
При определенных условиях попутное фрезерование создает отрицательную геометрию резания.
До этого момента, вы, вероятно, думали, что стоит использовать попутное фрезерование везде где можно. Ведь такой подход создает лучшее качество обрабатываемой поверхности, требует меньше энергии и менее подвержен отклонению режущего инструмента. А операторы, работающие в ручном режиме, говорят что не стоит использовать попутное, потому что это опасно при работе на машине с люфтом. На самом деле, правда где-то посередине. Можно отметить следующие эмпирические правила:
- При фрезеровании на глубину в половину диаметра фрезы или меньше лучше использовать попутное (при условии, что у вашей машины низкий люфт, и это безопасно);
- При фрезеровании на глубину ¾ диаметра фрезы способ фрезерования не имеет значения;
- При фрезеровании на глубину ¾ - 1 диаметра фрезы лучше встречное.
Каким образом направление фрезерования подачи влияет на отклонение и точность инструмента?
На следующем рисунке показаны небольшие стрелки (называемые векторами), показывают направление отклонение инструмента, когда резец перемещается по траектории инструмента:
Стрелки показывают где режущее усилие пытается отклонить фрезу. Встречный рез вверху, попутное фрезерование внизу
Обратите внимание, что вектор отклоняющей силы более параллелен разрезу при встречном фрезеровании (хотя стрелки длиннее и показывают более высокие силы резания). При фрезеровании на попутной подаче вектор силы практически перпендикулярен разрезу. Если ваша фреза отклоняется на 3 сотки, не является ли более предпочтительным направить его вдоль подачи? Также альтернативой может быть удаление или углубление фрезы в линию реза(изменения съема за проход). Обратно, длины векторов при встречном больше, чем при попутном. Это говорит о том, что силы резания более мощные, и инструмент с большей вероятностью отклонится.
Попробуйте использовать попутное фрезерование для черновой обработки, потому что это даст вам возможность работать быстрее, а эффект от отклонения инструмента существенно не влияет на точность и не имеет значения – последующий финишный проход обеспечит точность. Вы можете грубо работать значительно быстрее, потому что усилие резания меньше и толсто-тонкий профиль стружки переносит тепло на стружку. Стружка уносит тепло, что особенно важно для обработки твердых материалов таких как нержавеющая сталь. Тем самым обеспечивается лучшее качество обрабатываемой поверхности, если вы можете позволить повторный финишный проход.
Встречное фрезерование для финишной обработки
Это противоречит здравому смыслу, по мнению большинства операторов станков. При прочих равных условиях они правы, но есть нюансы.Проблема в том, что отклонение влияет и на чистоту поверхности. Если вектор сил резания почти параллелен направлению подачи, вы можете считать, что часть вектора, которая толкает его «от параллели» очень мала. Потому инструмент будет иметь небольшую тенденцию отклоняться и наносить «волны».
Обратите внимание, что это может быть особенно важно при работе с тонкими стенками, где они очень тонки!
Поэтому важно перейти на встречное фрезерование для финишной обработки, если вам вообще неприемлемо отклонение. По крайней мере, следует избегать слишком большой глубины реза при попутном фрезеровании, чтобы избежать отклонений. Чтобы свести отклонения к минимуму, следует использовать не более 30% диаметра режущего инструмента для встречного фрезерования и 5% для попутного.
Правильное управление отклонением может помочь вам избежать необходимости дополнительного фрезерования для очистки поверхности.
Встречное фрезерование для микрообработки
По тем же причинам, а особенно если учесть, что отклонение намного хуже влияет на микрофрезерование, стоит выбирать встречный тип вместо попутного для обработкиФрезерование, в зависимости от направления подачи и используемого металлорежущего инструмента, может быть:
- встречным;
- попутным.
Выбор в пользу той или иной технологии осуществляется на основании не только типа фрезы и направления подачи, но и толщины среза. При этом и встречное, и попутное фрезерование обладают как преимуществами, так и недостатками.
Специфика технологии попутного фрезерования
Под данной разновидностью фрезерных работ подразумевается, что обрабатываемое металлоизделие перемещается в одном направлении с движением фрезы. К достоинствам этой технологии можно отнести:
- простоту удаления образуемой в ходе работ стружки с заготовки, поскольку она остается за инструментом;
- отсутствие необходимости монтажа специальных зажимных приспособлений на металлорежущее оборудование, так как заготовка прижимается к столу за счет сил резания;
- обеспечение отменной шероховатости за счет плавного снятия припуска с болванки;
- медленный и равномерный износ зубьев фрезы, что позволяет снизить себестоимость фрезерных работ и продлить эксплуатационный период режущего инструмента.
Без «минусов» попутное фрезерование также не обходится. Прежде всего, при данном виде обработки нужно проверить устройство передвижения стола на наличие зазоров. Если они обнаруживаются, то следует быть готовым к сильным вибрациям, которые негативно отображаются на качестве работ.
Еще одна проблема – сильная ударная нагрузка на зубья фрез. Следовательно, чтобы сделать возможным использование фрез, станок должен обладать высокой жесткостью. Только на таких металлорежущих агрегатах можно максимально надежно закрепить заготовку.
Попутное фрезерование не подходит для обработки штамповок, поковок и прочих металлоизделий с необработанной поверхностью. Это объясняется тем фактом, что подобные болванки содержат особые включения, при попадании на которые зубья фрезы начинают выкрашиваться.
Характерные черты встречного фрезерования
Встречное фрезерование или фрезерование «против подачи» (так его называют многие специалисты) – способ металлообработки, при котором инструмент вращается в направлении, противоположном подаче обрабатываемого изделия. Реализация технологии сопровождается сложностями с отводом стружки. Выполняется этот процесс крайне неудобно из-за того, что образуемая стружка скапливается перед фрезой, а это значительно ускоряет ее износ.
При закреплении заготовки на столе необходимо применять специальные зажимы, обеспечивающие прочную фиксацию. Особенностью таких приспособлений является усложнение конструкции станка и снижение его эффективности.
Встречное фрезерование практически не используется при чистовой металлообработке, поскольку стружка серьезно повреждает обработанную металлическую поверхность. Кстати, неравномерность толщины снимаемого слоя металла – еще один недостаток данной методики металлообработки.
Что касается «плюсов» встречного фрезерования, то они сводятся к:
- упрочнению поверхностного слоя детали, обусловленного деформацией материала;
- мягкому осуществлению процесса резания, независимо от обрабатываемого металла. При этом плавно нагружается фрезерный станок.
В итоге, каждый из приведенных выше типов фрезерования обладает и преимуществами, и недостатками. Из этого следует, что выбор методики должен осуществляться индивидуально для каждого случая с учетом требуемой чистоты обработки. Узнать больше о фрезеровании можно на
При обработке металлов резанием с помощью цилиндрических и дисковых фрез имеется возможность выбора направления подачи инструмента относительно движения заготовки – попутное и встречное. У каждого из способов обработки есть свои достоинства и недостатки, выбор направления движения зависит от характера обработки детали.
Попутное фрезерование
При попутном режиме резания движение детали совпадает с направлением перемещения фрезы. Главной особенностью данного способа является скачкообразное погружение зуба в заготовку и, соответственно, сильная ударная нагрузка и повышенный износ режущей части. Это наиболее заметно при обработке поверхностно уплотненных деталей, а также при использовании цилиндрического прямозубого инструмента.
Важным эффектом попутного реза является уплотнение поверхности детали. В зависимости от технологических требований это может быть как достоинством, так и недостатком метода. Уплотнение происходит по причине пластинчатой деформации срезаемого слоя. Преимуществом попутной обработки является давление фрезы на заготовку, что увеличивает жесткость сопряжения и точность фрезерования.
Основные достоинства метода:
- Простое удаление стружки благодаря тому, что она образуется позади инструмента.
- Нет необходимости в применении специальных прижимных механизмов, для обеспечения жесткости сопряжения достаточно силы резания.
- Плавный съём металла и, соответственно, высокое качество поверхности.
- Медленный и равномерный износ зубьев фрезы, увеличение ресурса работы инструмента.
Одним из недостатков попутного фрезерования является необходимость отсутствия зазоров при передвижении стола. В противном случае обработка будет сопровождаться серьёзными вибрационными нагрузками и уменьшением качества обработки. Второй важный недостаток – ударная нагрузка на зубья фрезы.
Все эти ограничения позволяют применять попутное фрезерование только на жестких станках при повышенных требованиях к фиксации заготовки. Большое значение играет и качество поверхности, при низком качестве обработки фреза может быстро выйти из строя. Поэтому данный способ фрезерования не подходит для поковок, штамповок и других заготовок без предварительной черновой обработки.
Особенности встречного метода
При встречном фрезеровании направление вращения фрезы противоположно движению детали. Поэтому если при попутном основной действующей силой реза является сминание поверхностного слоя, то при встречном большую часть работы выполняют растяжение и изгиб. Это обеспечивает плавное погружение зуба и увеличение ресурса эксплуатации инструмента даже при обработке деталей с упрочненным поверхностным слоем. Но при этом возможно и проскальзывание зуба, что приводит к увеличению прочности продавленного слоя металла.
Недостатком метода является сложность удаления стружки, непостоянство её толщины. Вследствие этого возникает вибрация и снижается качество обработки. Поэтому требуется максимально прочная фиксация детали.
Выводы
У каждого из методов есть свои достоинства и недостатки, и выбор зависит от условий фрезерования и требований к качеству поверхности. Попутное фрезерование оптимально для:
- чистовой обработки;
- съёма тонкого слоя за один проход;
- фрезерования деталей без поверхностного упрочнения.
Соответственно встречное более всего подходит для черновой обработки и работы с поверхностно упрочненными деталями. Оба способа широко используются в современной металлообработке.
Разбираемся в разнице качества фрезерования при встречном и попутном направлении режущих граней относительно материала.
Во время встречного фрезерования зуб фрезы во время снятия стружки с обрабатываемого материала нагружается плавно, благодаря чему ресурс инструмента исчерпывается гораздо дольше по сравнению с попутным фрезерованием.
Такой способ фрезерования также поможет продлить срок службы фрезы в случае с поверхностно уплотненной заготовкой, так как снятие стружки начинается с неплотного подкоркового слоя материала.
В зависимости от направления вращения фрезы выделяют 2 типа фрезерования: встречное и попутное.
Попутным называют такой способ фрезерования, при котором подача материала совпадает с направлением вращения фрезы, рис.1.
Рис. 1. Встречное фрезерование - А. Попутное фрезерование- Б.
Если же направление фрезерования и подача противоположно направлены, то имеем дело со встречным фрезерованием
Как недостатки, так и преимущества есть у обоих способов.
При попутном фрезеровании зуб фрезы в момент входа в заготовку нагружается скачкообразно, происходит удар о поверхность обрабатываемого материала. Как следствие из этого получаем повышенный износ инструмента. Наиболее существенно этот эффект проявляется при обработке поверхностно уплотненного материала и обработке поверхности прямозубыми цилиндрическими фрезами.
При попутном фрезеровании происходит уплотнение обрабатываемой поверхности. Это, конечно, нельзя однозначно отнести к достоинствам или недостаткам. Уплотнение связано с тем, что непосредственно в зоне обработки происходят пластические деформации срезаемого слоя материала, а благодаря тому, что силы давления фрезы и реакции заготовки в зоне обработки направлены встречно, происходит сминание (то самое уплотнение) слоя материала заготовки.
Благодаря тому, что фреза в процессе работы давит на заготовку, прижимая ее к опорной поверхности и тем самым увеличивая жесткость сопряжения, точность обработки получается выше, по сравнению со встречным фрезерованием.
Во время встречного фрезерования зуб фрезы во время снятия стружки с обрабатываемого материала нагружается плавно, благодаря чему ресурс инструмента исчерпывается гораздо дольше по сравнению с попутным фрезерованием. Такой способ фрезерования также поможет продлить срок службы фрезы в случае с поверхностно уплотненной заготовкой, так как снятие стружки начинается с неплотного подкоркового слоя материала. В области же плотной корки (выделена область «А» на рис.1 б) разделение материала происходит во многом за счет сил растяжения и изгиба. Эти виды нагрузки требуют гораздо меньшего усилия для разрушения материала, в отличие от сминания, которое имеем в случае с попутным фрезерованием.
При встречном способе фрезерования изменение плотности обрабатываемого слоя материала происходит в меньшей степени. Однако при этом возможно проскальзывание зуба по поверхности заготовки, что приведет к упрочнению продавленного слоя и последующему увеличению требуемой для обработки нагрузки.
При встречном способе обработки материала фреза в процессе работы стремится вытянуть слой материала из заготовки. При этом толщина срезаемой стружки непостоянна. Из-за вызываемых при этом упругих деформаций возникает вибрация и, как следствие, снижается качество обрабатываемой поверхности.
Итак, учитывая названные преимущества и недостатки рассматриваемых способов фрезерования можно сделать выводы, что попутное фрезерование больше подходит для:
Чистовой обработки;
В случаях, когда снимается тонкий слой за проход;
Обработки поверхностно не уплотненных материалов.
Встречное фрезерование больше подходит для:
Черновой обработки материала;
Обработки поверхностно уплотненных материалов.
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, вероят- нее 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.
Процесс фрезерования заключается в срезании с заготовки лишнего слоя материала для получения детали требуемой формы, размеров и шероховатости об- работанных поверхностей. При этом на станке осуществляется перемещение инструмента (фрезы) относительно заготовки или, как в нашем случае (для станка на рис. 1.4–1.5), перемещение заготовки относительно инструмента.
Для осуществления процесса резания необходимо иметь два движения – главное и движение подачи. При фрезеровании главным движением является враще- ние инструмента, а движением подачи – поступательное движение заготовки. В процессе резания происходит образование новых поверхностей путем деформирования и отделения поверхностных слоев с образованием стружки.
При обработке различают встречное и попутное фрезерование. Попутное фрезерование, или фрезерование по подаче, – способ, при котором направления 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, 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 тем пературами 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.
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, со ответственно, 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 не- сколько проходов фрезы.
Принято различать черновое и чистовое фрезерования. 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.