Режим різання при фрезеруванні. Види фрез, розрахунок швидкості різання

Одним із способів обробки матеріалів є фрезерування. Воно використовується для обробки металевих і неметалевих заготовок. Робочий процес контролюється за допомогою режимів різання.

Суть процесу

Фрезерування здійснюється з метою глибокого чорнової і чистової обробки, формування певного профілю поверхні (пази, канавки), нарізування зубів на зубчастих колесах, коригування форми, художнього виточування візерунків і написів. Робочий інструмент – фреза – здійснює головне вращающее рух. Допоміжним є поступальна подача заготовки щодо її перебігу. Цей процес має переривчастий характер. Його найважливіша особливість, яка відрізняє від точіння та свердління – той факт, що кожен зуб працює окремо. У зв'язку з цим для нього характерна наявність ударних навантажень. Зменшити їх вплив можливо з урахуванням раціональної оцінки ситуації та підбору режимів.

Основні поняття про роботу фрезерних верстатів

В залежності від способу розташування шпинделя і кріплення фрези в ньому, від видів здійснюваних дій і від способів управління, виділяють основні типи фрезерувальних обладнання:

горизонтальні;

вертикальні;

універсальні;

фрезерні верстати з ЧПУ.

Основні вузли вертикально-фрезерного верстата:

Станина, в якій розміщується коробка швидкостей, що регулює обертання шпинделя вертикально встановленого і закріпленою на ньому фрези.

Стіл, що включає в себе консоль з поперечними полозками для кріплення і переміщення заготовки і коробку подач, регулюючу руху подачі.

У горизонтально-фрезерних верстатах інструмент закріплюється горизонтально. А універсальні мають кілька різновидів.


Існує універсальне горизонтальне обладнання, для якого характерна наявність оборотності столу і, тим самим, розширення спектру можливих виконуваних робіт. Крім того, є широкоуниверсальное, що має у своїй будові обидва шпинделя і дозволяє здійснювати всі види фрезерування. Фрезерні верстати з ЧПУ відрізняються наявністю програмного забезпечення та комп'ютерного управління. Вони призначені для художньої обробки заготовок, в тому числі в 3D-форматі.

Класифікація фрез

Фрези – це пристосування для різання. Основні фізичні параметри, за допомогою яких вони оцінюються: висота, діаметр, величини фаски і затилування, окружний крок. Існує величезна різноманітність, які розподіляються за різними ознаками:

за типом поверхонь, які обробляються (для дерева, пластику, сталі, кольорових металів та ін);

за напрямом руху обертання - праворежущие і леворежущие;

в залежності від конструкційних особливостей - цільні, напайнимі, складні (мають вставні ножі), зварні;

за формою: конічні, циліндричні, дискові;

в залежності від умов роботи і вимог до ріжучої частини, можуть виготовлятися з різних матеріалів. До них відносяться: вуглецева інструментальна і швидкорізальна сталь (легована, з підвищеним вмістом вольфраму), твердий сплав (міцний – для чорнової обробки, зносостійкий – для чистової). Поширені варіанти, коли корпус виготовлений з вуглецевої або швидкорізальної сталі, а ножі – вставні твердосплавні;

в залежності від призначення: циліндричні, торцеві, кінцеві, прорізні, відрізні, фасонні.

Найбільш інформативні ознаки: матеріал ріжучої кромки і призначення.

Види фрез для плоских поверхонь

З метою зняття шарів матеріалу на горизонтальних, вертикальних або похилих площинах, використовуються циліндричні і торцеві фрези. Інструмент першого виду може бути цілісним або з насадними ножами. Великі цільні фрезерувальні насадки призначені для чорнової обробки, а малі – для чистової. Вставні ножі для складних ріжучих головок можуть бути виготовлені з швидкорізальної сталі або обладнані пластинками з твердих сплавів. Твердосплавні фрези мають більшу продуктивність, ніж зроблені з легованого сталевого сплаву. Торцева застосовується для подовжених площин, її зуби розподіляються на торцевій поверхні. Великі складні використовуються для широких площин. До речі, для зняття стружки зі складно оброблюваних тугоплавких металів обов'язково наявність твердосплавних ножів. Для застосування цих груп фрезерувальних пристосувань потрібна значна ширина і довжина виробу.

Види інструментів для художнього фрезерування

Для додання матеріалу певного профілю, нанесення візерунка, формування нешироких заглиблень застосовуються кінцеві і дискові фрезерувальні насадки. Кінцева або фреза пазова поширена для вирізання пазів, вузьких і криволінійних площин. Всі вони - цілісні або зварні, ріжуча частина з швидкорізальної легованої сталі, може бути наплавлен твердосплав, а корпус зроблений з вуглецевої сталі. Існують малозаходние (1-3 спіралі) і многозаходние (4 і більше). Використовуються для верстатів з ЧПУ. Дискова - це також фреза пазова. Вона застосовна для канавок, пазів, нарізання зубів на зубчастих колесах. Художнє фрезерування здійснюється на деревині, металі, ПВХ.

Види фрез для обробки кромок

Зняття стружки з кутів, надання їм раціональної форми, моделювання, поділ заготовки на частини можна реалізовувати з допомогою шліцьових, кутових і фасонних фрезерувальних насадок:

Відрізна і шлицевая має те ж призначення, що і дискова, однак частіше використовуються для надрізів і відділення зайвих частин матеріалу.

Кутова необхідна для кромок деталей і кутів. Існують одноугловие (лише одна ріжуча частина) і двухугловие (ріжучими є обидві конічні поверхні).

Фасонна використовується для складних конструкцій. Може бути напівкруглої або увігнутою. Часто застосовується для нарізування профілю мітчиків, зенкеров, спіральних свердел.

Практично для всіх типів можлива цілісна сталева конструкція або складна, з наявністю вставних твердосплавних ножів. Твердосплавні фрези мають якісно більш високі показники роботи та її тривалості для інструменту в цілому.

Класифікація видів фрезерування

Існує кілька класифікаційних ознак, за якими розділяють види фрезерування:

за способом розташування шпинделя і фрези, відповідно, на горизонтальне і вертикальне;

за напрямом руху, на зустрічну і попутне;

залежно від використовуваного інструменту, на циліндричне, торцеве, фасонне, кінцеве.

Циліндрична обробка застосовується для горизонтальних площин, здійснюється за допомогою відповідних фрез на горизонтальних верстатах. Торцеве фрезерування можна вважати універсальним. Воно застосовується для всіх типів горизонтальних, вертикальних і похилих площин. Кінцева обробка забезпечує формування необхідного профілю криволінійним канавкам, свердел і приладів. Фасонна обробка здійснюється для поверхонь зі складною конфігурацією: кутів, кромок, пазів, нарізування зубів зубчастих коліс. Незалежно від виду здійснюваних робіт і оброблюваних матеріалів, результат повинен відрізнятися високою гладкістю фінішного шару, відсутністю зазубрин, точністю обробки. З метою отримання чистої обробленої поверхні важливо контролювати величини подач заготовки по відношенню до інструменту.

Зустрічна і попутне фрезерування

Коли виконується фрезерування металу зустрічного типу – заготівля подається назустріч обертальним рухам насадки. При цьому зуби поступово врізаються в оброблюваний метал, навантаження збільшується прямопропорційно і рівномірно. Однак перед врізанням зуба в деталь, він деякий час ковзає, утворюючи наклеп. Це явище прискорює вихід фрези з робочого стану. Використовується при чорновій обробці. При виконанні попутного типу – заготівля подається по ходу обертальних рухів інструменту. Зуби ударно працюють під великими навантаженнями. Потужність на 10% нижче, ніж при зустрічному фрезеруванні. Здійснюється при чистовій обробці деталей.

Основні поняття про фрезерних роботах на верстатах з ЧПУ

Вони характеризуються високим ступенем автоматизації, точністю робочого процесу, високою продуктивністю. Фрезерування на верстатах з ЧПУ здійснюється найчастіше за допомогою торцевих або кінцевих фрез. Останні – найбільш широко використовуються. При цьому, в залежності від оброблюваного матеріалу, відповідного типу утворює стружки, заданих параметрів програмного забезпечення, використовуються різні кінцеві фрези. Вони класифікуються за кількістю заходів спіралей, які забезпечують наявність ріжучих кромок і канавний відведення стружки. Матеріали з широкою стружкою доцільно фрезерувати з допомогою інструментів малого кількості заходів. Для твердих металів з характерною стружкою зламу необхідно вибирати фрезерувальні пристосування з великою кількістю спіралей.

Використання фрези для верстатів з ЧПУ

Малозаходние фрези для ЧПУ можуть мати від одного до трьох ріжучих кромок. Вони використовуються для дерева, пластмаси, композитів і м'яких податливих металів, що потребують швидкого відводу широкої стружки. Застосовуються для чорнової обробки заготовок, до яких не ставляться високі вимоги. Для даного інструменту характрена невелика продуктивність, невисока жорсткість. За допомогою однозаходной здійснюється художнє фрезерування алюмінію. Широко використовуваними є двох - і трехзаходние кінцеві. Вони забезпечують жорсткість більш високих значень, якісний відвід стружки, дозволяють працювати з металами середньої твердості (наприклад, зі сталлю). Многозаходние фрези для ЧПУ мають більше 4-х ріжучих кромок. Застосовуються для металів середньої і високої твердості, для яких характерна дрібна стружка і високу опір. Їм властива значна продуктивність, вони актуальні для чистової і напівчистовій обробки і не розраховані на роботу з м'якими матеріалами. З метою правильного вибору інструменту для верстатів з ЧПУ важливо враховувати режим різання при фрезеруванні, а також всі характеристики оброблюваної поверхні.

Режими різання

Для забезпечення потрібної якості фрезерованого шару важливо правильно визначити і підтримувати необхідні технічні параметри. Основними показниками, що описують і регулюючими фрезерувальний процес, є режими роботи. Розрахунок режимів різання при фрезеруванні проводиться з урахуванням основних елементів:

Глибина (t, мм) – товщина металевого кулі, який знімається за один робочих хід. Вибирають її з урахуванням припуску на обробку. Чорнові роботи здійснюються за один прохід. Якщо припуск складає більше 5 мм, то фрезерування проводять в декілька проходів, при цьому на останній залишають близько 1 мм.

Ширина B, мм) – ширина оброблюваної поверхні в напрямку, перпендикулярному до руху подачі.

Подача (S) – довжина переміщення заготовки відносно осі інструменту.

Виділяють декілька взаємозв'язаних понять:

Подача на один зуб (S z , мм/зуб) – зміна положення деталі при повороті фрези на відстань від одного робочого зуба до наступного.

Подача на один оберт (S про , мм/об) – переміщення конструкції при одному повному обороті фрезерувальної насадки.

Подача за одну хвилину (S хв , мм/хв) – важливий режим різання при фрезеруванні.

Їх взаємозв'язок встановлюється математематически: S хв =S про *n= S z *z*n,
де z – кількість зубів; n – частота обертання шпинделя, хв -1 . На величину подачі також впливають фізичні і технологічні властивості оброблюваної площі, міцність інструменту і робочі характеристики механізму подач.

Розрахунок швидкості різання

В якості номінального розрахункового параметра приймають ступінь швидкого обертання шпинделя. Фактична швидкість V, м/хв залежить від діаметра фрези і частоти її обертових рухів: V=(?*D*n)/1000 Частота обертання фрезерного інструменту визначається: n=(1000*V)/(?*D) Маючи інформацію про хвилинної подачі, можна визначити необхідний час для заготівлі c довжиною L: T 0 =L/S хв Розрахунок режимів різання при фрезеруванні і їх установку актуально здійснювати перед налагодженням верстата. Встановлення раціональних заданих параметрів, з урахуванням характеристик інструменту і матеріалу деталі, що забезпечує високу продуктивність робіт.

Поради для визначення режимів

Неможливо ідеально підібрати режим різання при фрезеруванні, однак можна керуватися основними принципами:

Бажано, щоб діаметр фрези відповідав глибині обробки. Це забезпечить очищення поверхні за один прохід. Тут основний фактор – матеріал. Для занадто м'яких цей принцип не діє, існує ризик зняття стружки, товщиною більшою, ніж необхідно.

Ударні процеси і вібрації неминучі. У зв'язку з цим, збільшення значень подачі веде до зниження швидкості. Оптимально починати роботу з подачі на зуб, рівної 015 мм/зуб, а у процесі – регулювати.

Частота обертання інструменту не повинна бути максимально можливою. В іншому випадку існує ризик зниження швидкості різання. Її підвищення можливо зі збільшенням діаметра фрези.

Збільшення довжини робочої частини фрези, перевагу великої кількості зубів знижують продуктивність і якість обробки.

Орієнтовні значення швидкостей для різних матеріалів:

алюміній – 200-400 м/хв;

бронза – 90-150 м/хв;

нержавіюча сталь – 50-100 м/хв;

пластмаси – 100-200 м/хв.

Краще починати з середньою швидкістю, а в процесі коригувати її в меншу або більшу сторону. Режим різання при фрезеруванні важливо визначати не тільки математично, або за допомогою спеціальних таблиць. Для правильного вибору та встановлення оптимальних параметрів для верстата і потрібного інструменту необхідно оперувати деякими особливостями і особистим досвідом.