Фрезерная обработка металла: виды и методы

О чем речь? Фрезерная обработка металла — это один из видов металлообработки, при котором заданная форма детали обеспечивается резанием фрезой. При этом заготовка подается продольно, поперечно или вертикально, а фреза обрабатывает торцевые и периферийные ее части.

На что обратить внимание? Фрезерная обработка производится на станках: вертикальных, горизонтальных, универсальных и с числовым программным управлением. Руководит ими оператор, от которого зависит конечный результат металлообработки.

Виды и методы фрезерной обработки

При фрезерной обработке металла происходит становление деталей с использованием вращающегося инструмента с зубчатым лезвием. Основные подходы:

• Цилиндрическая фрезеровка. При этом подходе периферийные зубья фрезы активно работают с материалом, обрабатывая плоскую поверхность параллельно оси вращения инструмента.
• Торцевая фрезеровка. Фреза изменяет глубину резания от края к центру и обратно, что приводит к созданию различных прорезей, канавок и отрезанию части заготовки для первоначального контроля размеров.

Различные виды операций, проводимых на фрезерных станках, представляют собой совмещение указанных двух подходов к обработке материала.

Первый метод — попутное фрезерование, второй — встречное.

Встречная технология фрезерования, известная как подача наперерез, используется, когда инструмент и материал приближаются друг к другу.

Плюсы:

• бережная обработка с минимальным давлением на узлы станка;
• незначительные изменения в форме изделия;
• максимальная эффективность в процессе обработки.

Минусы:

• Использование данного метода требует более надежной фиксации заготовки, чтобы предотвратить возможность оторваться детали от стола из-за попутного движения;
• Оптимальный выбор режимов резания играет ключевую роль при выполнении операций на высоких скоростях, поскольку это способствует увеличению срока службы инструмента.
• В процессе работы стружка часто образуется и застревает в местах контакта между режущей кромкой и удаляемым слоем металла.

Второй метод, называемый попутным или «по подаче», предполагает, что рез фрезы совпадает по направлению с движением обрабатываемой детали.

Плюсы:

• отсутствие противохода позволяет снизить необходимость крепкой фиксации заготовки к столу, поскольку достаточно применения прижимной силы во время резания для обеспечения жесткости соединения;
• при выполнении движения вдоль фреза не затупляется из-за режущих кромок;
• образующаяся стружка при фрезеровании не попадает под кромку реза;
• плавное удаление металла обеспечивает идеальный уровень шероховатости поверхности.

Минусы:

• метод не подходит для грубой обработки поверхностей;
• неравномерное распределение вкраплений в металлическом слое, отличающееся твердостью, в материалах после обработки в высокотемпературных условиях может значительно ускорить износ режущего инструмента;
• необходимость жесткой станины станка для исключения вибраций также является недостатком этого подхода.

При обработке изделий на фрезерном станке, необходимо учитывать какие задачи стоят перед исполнителем и какой материал используется. Обдирочные работы практикуются в основном при подаче материала, особенно если в нем содержатся твердые включения. Для обработки мягких сплавов наилучший выбор — это метод «подачи».

Этапы фрезерной обработки металла

Процесс обработки металла с помощью фрезеровки предполагает ряд этапов, которые необходимо пройти для изготовления и обработки металлических деталей:

1. Подача детали к вращающейся фрезе с той стороны, где требуется воздействие режущего инструмента.
2. Остановка вращения шпинделя и перемещение стола для коррекции положения детали.
3. Установка необходимой глубины резания в соответствии с проектными требованиями.
4. После коррекции положения детали шпиндель включается для начала процесса фрезерования.
5. Начинаем обрабатывать деталь, прикладывая ее к фрезе.

Желательно, чтобы длина цилиндрической фрезы была чуть больше, чем размер заготовки, примерно на 10–15 миллиметров. Выбор толщины фрезы зависит от ширины и диаметра поверхности, которую обрабатываем.

Используя передовые технологии, включая программное числовое управление, возможно осуществлять обработку металлических изделий с большей эффективностью и повышенной безопасностью. Подобные системы гарантируют высочайшую точность при обработке деталей, сохраняют высокую производительность и уменьшают количество бракованных изделий.

В некоторых случаях могут использоваться несколько станков, каждый из которых выполняет определенную функцию. Для более сложных операций и точной обработки может потребоваться использование станка с числовым программным управлением (ЧПУ), который позволяет автоматизировать процесс обработки и обеспечить высокую точность.

Оборудование для фрезерной обработки металла

Эффективность обработки металлических деталей во многом определяется техническими параметрами фрезерного оборудования, применяемого в процессе. Один из ключевых факторов для производства высококачественных деталей — это грамотная настройка фрезы, заготовки и компьютерной программы для обработки.

Существует множество типов фрезерных станков, используемых в современных производственных процессах.

• Фрезерные станки с вертикальным расположением. Применяются для выполнения операций с рамками, зубчатыми устройствами, формирования углов и выемок. Оборудованы концевыми, цилиндрическими и профильными резцами.
• Фрезерные станки с горизонтальным расположением. Используются для обработки небольших компонентов деталей. Отлично сочетаются с большинством шлифовальных фрез.
• Универсальные фрезерные станки. Позволяют выбирать любой угол резки за счет перемещения рабочего стола и консоли. Применяются для обработки деталей из металла и других материалов, а также совместимы с различными видами инструментов.
• Фрезерная обработка металла с ЧПУ. Эти машины с цифровым управлением работают в соответствии с заранее заданной схемой, обеспечивая наивысшую точность и производительность. Несмотря на высокую затратность, данный вид оборудования оправдывает себя благодаря своей эффективности.

Выбор фрезерного станка зависит от объема производства и требуемых характеристик деталей. Чаще всего используется универсальный агрегат, который позволяет настраивать различные параметры в соответствии с нуждами производства. В некоторых случаях используют несколько станков, каждый из которых выполняет определенную функцию.

Для первого варианта подходит станок с числовым программным управлением. Он обеспечивает гибкость настройки оснастки, крепления заготовки, скорости резания и других параметров. Автоматическая программа адаптирует работу станка в соответствии с заданной схемой обработки металла и типом используемого сырья. Во втором случае может потребоваться использование конвейерной ленты для автоматизации процесса перемещения заготовок.

Виды фрез для обработки металла

Дисковые

Этот тип рабочих инструментов применяется для различных операций, включая обрезку заготовок, формирование отверстий, нарезание пазов и снятие фасок. Дисковые фрезы могут иметь режущие кромки как с одной, так и с обеих сторон. В зависимости от требуемого типа обработки (грубой, отделочной или чистовой), выбирается фреза с соответствующими размерами и количеством зубьев.

Специалисты отмечают ряд преимуществ такого инструмента, включая возможность работы без необходимости отвода стружки из зоны обработки, а также его способность эффективно функционировать даже при наличии значительной вибрации.

Торцевые фрезы

Этот инструмент используется для структурной обработки элементов с плоскими или прерывистыми поверхностями в форме ступеней. Основная часть вращается в плоскости, которая пересекает обрабатываемую поверхность под углом.

В производстве металлических изделий популярны массивные фрезы с заменяемыми карбидными пластинами на концах. Чем больше зубьев, тем плавнее будет процесс обработки и выше скорость работы.

Цилиндрические

Такие фрезы для металлообработки представлены в двух видах и могут быть как с винтовыми, так и с прямыми зубьями. Первый тип обычно более универсальный и обеспечивает более плавную работу. В случае необходимости обработки с большим усилием обычно применяют сдвоенную фрезу с зубьями, направленными по-разному.

Инструмент с прямыми режущими кромками обычно используется для фрезеровки узких плоских участков поверхности деталей. Цилиндрические рашпильные фрезы могут применяться для прорезания канавок и обработки уступов.

Угловые

Обработка металла на фрезерном станке иногда включает в себя создание сложных углов, глубоких канавок и работу с наклонными поверхностями изделий. Это необходимо для производства уникальных деталей и механизмов. Для эффективного производства используются специализированные инструменты, такие как фрезы с приспособлениями в форме хвоста ласточки. Они могут быть одноугловыми, с режущими кромками на одной стороне, или двухугловыми, с режущими кромками на двух сторонах, сходящихся в основании.

Концевые или пальчиковые

Приспособления с концевыми пальчиками очень важны в сфере обработки металла. Они применяются для формирования разнообразных конфигураций и впадин, фрезерования с различным наклоном, а также для создания сложных пазов и выемок. Шаровые фрезы используются для изготовления выпуклых форм. Радиусные устройства помогают формировать выемки разнообразных рисунков. Для создания Т-образных впадин используются фрезы, которые называют грибковыми.

Граверы — это мощные инструменты, которые легко справляются с детальной обработкой металла и относятся к уникальной категории режущего оборудования. Лидером в использовании таких приборов является область ювелирного ремесла. Еще одна разновидность инструментов — твердосплавные, предназначенные для манипулирования сложными материалами, такими как чугун, сплавы инструментальной стали и многое другое.

Фасонные

С помощью таких фрез получают сложные профили на длинных деталях. Остроконечные зубья фасонных инструментов обеспечивают более высокое качество обработки поверхности по сравнению с затылованными. Однако для точной заточки таких приспособлений необходимы специальные навыки и оборудование.

Червячные

При фрезеровке с применением червячных фрез происходит особый вид обработки металлических заготовок. Этот процесс осуществляется путем точечных касаний поверхности заданного материала зубьями инструмента. Червячные фрезы предназначены для обработки различных видов деталей, включая прямозубые, косозубые и шевронные цилиндрические колеса, а также для нарезания зубьев шестерен с различными типами зацепления.

При выборе режущего инструмента для обработки материалов важным фактором является его классификация, которая может опираться на несколько основных критериев. В частности, важными параметрами являются:

• конструкция инструмента (сборная или цельная);
• направление витков (правые или левые);
• число спиралей (одно- или многозаходные);
• особенности зубьев (шлифованные или нешлифованные).

Кольцевые фрезы

Этот тип инструмента, который применяется для формирования отверстий в заготовке и напоминает сверло-коронку по своей форме. Преимущество использования кольцевых фрез заключается в их высокой производительности: для фрезерования отверстий требуется в четыре раза меньше времени, чем для сверления. Это делает их отличным выбором для операций, где требуется высокая скорость и эффективность обработки материалов.

Проблемы при фрезерной обработке металла

Проблемы, возникающие при фрезерной обработке металла, могут быть вызваны различными факторами, даже при использовании современного оборудования. Некоторые из наиболее распространенных сложностей включают:

• Риск получения травм оператора от металлической стружки. Эту проблему можно решить с помощью хорошо организованной системы отвода стружки.
• Быстрый износ оснастки, обусловленный некачественным оборудованием, неправильной подачей материала или неверной настройкой скорости.
• Чрезмерное выкрашивание кромки, вызванное неправильным углом установки шпинделя или использованием неподходящей оснастки.
• Налипание стружки и наростов на кромке, что может быть вызвано неверным углом модели или работой с мягкими материалами, такими как алюминий.
• Полная поломка инструмента, вызванная термическим ударом или неустойчивым оборудованием. Эту проблему можно решить с помощью охлаждения и смазки рабочей зоны.
• Появление наклепа из-за повышения температуры в области резания, что снижает пластичность стали. Современные методы охлаждения могут помочь справиться с этим.
• Выкрашивание и неровности, вызванные неверным выбором глубины реза или скорости съема материала.
• Несоответствие габаритов из-за различных факторов, включая плохую фиксацию элемента или износ инструмента.
• Отклонение от вертикали, вызванное неправильным выбором режима резки или износом режущей оснастки.

Знание возможных проблем и способов их решения позволяет более точно подбирать оснастку и настраивать режим работы, что в конечном итоге приводит к повышению качества продукции и эффективности рабочего процесса.

Часто задаваемые вопросы о фрезерной обработке металла

Где чаще всего применяется фрезеровка?

Механическая фрезеровка — неотъемлемая часть производства в различных отраслях. Детали, изготовленные этим методом, широко используются в машиностроении, авиации, а также в производстве электроники. Кроме того, этот метод обработки применяется в мебельной и деревообрабатывающей промышленности.

Когда впервые начали применять фрезеровку металла?

Первые упоминания о фрезеровании металла относятся к XVI веку, когда были изобретены первые механические устройства для обработки металла. Однако современные станки и технологии фрезерования появились только в начале XIX века.

Какие факторы влияют на качество фрезеровки?

Качество токарно-фрезерной обработки металла зависит от нескольких ключевых факторов, таких как:

• Правильная подача заготовки.
• Точность настройки станка оператором и его опыт, и мастерство.
• Скорость вращения инструмента.
• Слой материала и его толщина, который снимается за каждый проход изделия.