I. Принципи та фактори впливу усувального фрезерування та звичайного фрезерування на фрезерних верстатах з ЧПК
(A) Принципи та пов'язані з ними впливи усувального фрезерування
Під час обробки на фрезерному верстаті з ЧПК, усувальне фрезерування є специфічним методом фрезерування. Коли напрямок обертання деталі, де фреза контактує з заготовкою, збігається з напрямком подачі заготовки, це називається усувальним фрезеруванням. Цей метод фрезерування тісно пов'язаний з механічними характеристиками конструкції фрезерного верстата, особливо із зазором між гайкою та гвинтом. У випадку усувального фрезерування, оскільки сила горизонтальної складової фрезерування змінюється, і між гвинтом та гайкою є зазор, це призводить до руху робочого столу та гвинта вліво та вправо. Цей періодичний рух є важливою проблемою, з якою стикається усувальне фрезерування, що робить рух робочого столу надзвичайно нестабільним. Пошкодження ріжучого інструменту, спричинене цим нестабільним рухом, очевидні, і легко пошкодити зубці ріжучого інструменту.
Під час обробки на фрезерному верстаті з ЧПК, усувальне фрезерування є специфічним методом фрезерування. Коли напрямок обертання деталі, де фреза контактує з заготовкою, збігається з напрямком подачі заготовки, це називається усувальним фрезеруванням. Цей метод фрезерування тісно пов'язаний з механічними характеристиками конструкції фрезерного верстата, особливо із зазором між гайкою та гвинтом. У випадку усувального фрезерування, оскільки сила горизонтальної складової фрезерування змінюється, і між гвинтом та гайкою є зазор, це призводить до руху робочого столу та гвинта вліво та вправо. Цей періодичний рух є важливою проблемою, з якою стикається усувальне фрезерування, що робить рух робочого столу надзвичайно нестабільним. Пошкодження ріжучого інструменту, спричинене цим нестабільним рухом, очевидні, і легко пошкодити зубці ріжучого інструменту.
Однак, поспіль фрезерування також має свої унікальні переваги. Напрямок сили вертикальної складової фрезерування під час поспіль фрезерування спрямований на притискання заготовки до робочого столу. У цьому випадку явища ковзання та тертя між зубцями різального інструменту та обробленою поверхнею відносно невеликі. Це має велике значення для процесу обробки. По-перше, це вигідно для зменшення зносу зубців різального інструменту. Зменшення зносу зубців різального інструменту означає, що термін служби різального інструменту може бути подовжений, що зменшує вартість обробки. По-друге, це відносно невелике тертя може зменшити явище зміцнення. Зміцнення підвищить твердість матеріалу заготовки, що не сприяє подальшим процесам обробки. Зменшення зміцнення допомагає забезпечити якість обробки заготовки. Крім того, поспіль фрезерування також може зменшити шорсткість поверхні, роблячи поверхню обробленої заготовки більш гладкою, що є дуже вигідним для обробки заготовок з високими вимогами до якості поверхні.
Слід зазначити, що застосування усієї фрезерної обробки має певні умовні обмеження. Коли зазор між гвинтом і гайкою робочого столу можна відрегулювати до значення менше 0,03 мм, переваги усієї фрезерної обробки можна краще реалізувати, оскільки в цей момент можна ефективно контролювати проблему руху. Крім того, усічна фрезерна обробка також є кращим вибором при фрезеруванні тонких і довгих заготовок. Тонкі та довгі заготовки потребують стабільніших умов обробки під час процесу обробки. Вертикальна складова сили усієї фрезерної обробки допомагає зафіксувати заготовку та зменшити такі проблеми, як деформація під час процесу обробки.
(B) Принципи та пов'язані з ними впливи звичайного фрезерування
Традиційне фрезерування є протилежністю попутному фрезеруванню. Коли напрямок обертання деталі, де фреза контактує з заготовкою, відрізняється від напрямку подачі заготовки, це називається традиційним фрезеруванням. Під час традиційного фрезерування напрямок сили вертикального компонента фрезерування спрямований на підняття заготовки, що призводить до збільшення відстані ковзання між зубцями ріжучого інструменту та оброблюваною поверхнею та збільшення тертя. Це відносно велике тертя спричиняє низку проблем, таких як збільшення зносу ріжучого інструменту та посилення явища зміцнення оброблюваної поверхні. Зміцнення оброблюваної поверхні збільшує твердість поверхні, зменшує в'язкість матеріалу та може вплинути на точність та якість поверхні наступних процесів обробки.
Традиційне фрезерування є протилежністю попутному фрезеруванню. Коли напрямок обертання деталі, де фреза контактує з заготовкою, відрізняється від напрямку подачі заготовки, це називається традиційним фрезеруванням. Під час традиційного фрезерування напрямок сили вертикального компонента фрезерування спрямований на підняття заготовки, що призводить до збільшення відстані ковзання між зубцями ріжучого інструменту та оброблюваною поверхнею та збільшення тертя. Це відносно велике тертя спричиняє низку проблем, таких як збільшення зносу ріжучого інструменту та посилення явища зміцнення оброблюваної поверхні. Зміцнення оброблюваної поверхні збільшує твердість поверхні, зменшує в'язкість матеріалу та може вплинути на точність та якість поверхні наступних процесів обробки.
Однак, звичайне фрезерування також має свої переваги. Напрямок сили горизонтального компонента фрезерування під час звичайного фрезерування протилежний напрямку подачі заготовки. Ця характеристика сприяє щільному приляганню гвинта та гайки. У цьому випадку рух робочого столу є відносно стабільним. Під час фрезерування заготовок з нерівномірною твердістю, таких як виливки та поковки, де на поверхні можуть бути тверді шари, та інших складних умов, стабільність звичайного фрезерування може зменшити знос зубців різального інструменту. Оскільки під час обробки таких заготовок різальний інструмент повинен витримувати відносно великі сили різання та складні умови різання. Якщо рух робочого столу нестабільний, це посилить пошкодження різального інструменту, і звичайне фрезерування може певною мірою полегшити цю ситуацію.
II. Детальний аналіз характеристик усувального фрезерування та звичайного фрезерування на фрезерних верстатах з ЧПК
(A) Поглиблений аналіз характеристик усувального фрезерування
- Зміни товщини різання та процесу різання
Під час ускользаючого фрезерування товщина різання кожного зуба різального інструмента поступово збільшується від малого до великого. Коли зуб різального інструмента ледь торкається заготовки, товщина різання дорівнює нулю. Це означає, що зуб різального інструмента ковзає по поверхні різання, залишеній попереднім зубом різального інструмента на початковому етапі. Тільки коли зуб різального інструмента ковзає на певну відстань по цій поверхні різання і товщина різання досягає певного значення, зуб різального інструмента дійсно починає різати. Такий спосіб зміни товщини різання суттєво відрізняється від звичайного фрезерування. За однакових умов різання цей унікальний метод початку різання має важливий вплив на знос різального інструмента. Оскільки зуб різального інструмента має процес ковзання перед початком різання, вплив на ріжучу кромку різального інструмента є відносно невеликим, що сприяє захисту різального інструмента. - Траєкторія різання та знос інструменту
Порівняно зі звичайним фрезеруванням, шлях, який зубці різального інструменту проходять по заготовці під час усієї обробки, коротший. Це пояснюється тим, що метод усієї обробки робить шлях контакту між різальним інструментом та заготовкою більш прямим. За таких обставин, за однакових умов різання, знос різального інструменту при використанні усієї обробки відносно невеликий. Однак слід зазначити, що усічна обробка підходить не для всіх заготовок. Оскільки зубці різального інструменту щоразу починають різати з поверхні заготовки, якщо на поверхні заготовки є твердий шар, наприклад, деякі заготовки після лиття або кування без обробки, усічна обробка не підходить. Оскільки твердість твердого шару відносно висока, це матиме відносно великий вплив на зубці різального інструменту, прискорить знос різального інструменту та навіть може пошкодити його. - Деформація різання та споживання енергії
Середня товщина різання під час усієї обробки є великою, що робить деформацію різання відносно малою. Мала деформація різання означає, що розподіл напружень і деформацій матеріалу заготовки під час процесу різання є більш рівномірним, що зменшує проблеми з обробкою, спричинені локальною концентрацією напружень. Водночас, порівняно зі звичайним фрезеруванням, споживання енергії при усій обробці менше. Це пояснюється тим, що розподіл сили різання між ріжучим інструментом і заготовкою під час усієї обробки є більш розумним, що зменшує непотрібні втрати енергії та підвищує ефективність обробки. У великомасштабному виробництві або в умовах обробки з вимогами до споживання енергії ця характеристика усієї обробки має важливе економічне значення.
(B) Поглиблений аналіз характеристик звичайного фрезерування
- Стабільність руху робочого столу
Під час звичайного фрезерування, оскільки напрямок горизонтальної сили різання, що діє на заготовку фрезою, протилежний напрямку подачі заготовки, гвинт і гайка робочого столу завжди можуть утримувати одну сторону різьби в тісному контакті. Ця характеристика забезпечує відносну стабільність руху робочого столу. Під час процесу обробки стабільний рух робочого столу є одним з ключових факторів, що забезпечують точність обробки. Порівняно з усувальним фрезеруванням, під час усувального фрезерування, оскільки напрямок горизонтальної сили фрезерування збігається з напрямком подачі заготовки, коли сила, що діє на заготовку зубцями різального інструменту, є відносно великою, через наявність зазору між гвинтом і гайкою робочого столу робочий стіл рухатиметься вгору та вниз. Цей рух не тільки порушує стабільність процесу різання та впливає на якість обробки заготовки, але й може серйозно пошкодити різальний інструмент. Тому в деяких сценаріях обробки з високими вимогами до точності обробки та суворими вимогами до захисту інструменту, перевага стабільності звичайного фрезерування робить його більш доцільним вибором. - Якість обробленої поверхні
Під час звичайного фрезерування тертя між зубцями ріжучого інструменту та заготовкою є відносно великим, що є характерною рисою звичайного фрезерування. Відносно велике тертя призведе до серйознішого явища зміцнення обробленої поверхні. Зміцнення обробленої поверхні збільшить твердість поверхні, зменшить в'язкість матеріалу та може вплинути на точність та якість поверхні наступних процесів обробки. Наприклад, при обробці деяких заготовок, що потребує подальшого шліфування або високоточної збірки, холоднотверднуча поверхня після звичайного фрезерування може потребувати додаткових процесів обробки для видалення холоднотверднучого шару для задоволення вимог обробки. Однак у деяких конкретних випадках, наприклад, коли є певні вимоги до твердості поверхні заготовки або наступний процес обробки не чутливий до поверхневого холоднотверднучого шару, цю характеристику звичайного фрезерування також можна використовувати.
III. Стратегії вибору поспіль-фрезерування та звичайного фрезерування в реальних умовах механічної обробки
У фактичній обробці на фрезерному верстаті з ЧПК вибір між компенсуючим чи звичайним фрезеруванням повинен комплексно враховувати кілька факторів. По-перше, необхідно враховувати характеристики матеріалу заготовки. Якщо твердість матеріалу заготовки відносно висока і на поверхні є твердий шар, наприклад, у деяких виливках та поковках, звичайне фрезерування може бути кращим вибором, оскільки звичайне фрезерування може певною мірою зменшити знос ріжучого інструменту та забезпечити стабільність процесу обробки. Однак, якщо твердість матеріалу заготовки рівномірна і є високі вимоги до якості поверхні, як, наприклад, при обробці деяких прецизійних механічних деталей, компенсуюче фрезерування має більше переваг. Воно може ефективно зменшити шорсткість поверхні та покращити якість поверхні заготовки.
У фактичній обробці на фрезерному верстаті з ЧПК вибір між компенсуючим чи звичайним фрезеруванням повинен комплексно враховувати кілька факторів. По-перше, необхідно враховувати характеристики матеріалу заготовки. Якщо твердість матеріалу заготовки відносно висока і на поверхні є твердий шар, наприклад, у деяких виливках та поковках, звичайне фрезерування може бути кращим вибором, оскільки звичайне фрезерування може певною мірою зменшити знос ріжучого інструменту та забезпечити стабільність процесу обробки. Однак, якщо твердість матеріалу заготовки рівномірна і є високі вимоги до якості поверхні, як, наприклад, при обробці деяких прецизійних механічних деталей, компенсуюче фрезерування має більше переваг. Воно може ефективно зменшити шорсткість поверхні та покращити якість поверхні заготовки.
Форма та розмір заготовки також є важливими факторами. Для тонких і довгих заготовок усувальне фрезерування допомагає зменшити деформацію заготовки під час процесу обробки, оскільки вертикальна складова сили усувального фрезерування може краще притиснути заготовку до робочого столу. Для деяких заготовок складної форми та великих розмірів необхідно всебічно враховувати стабільність руху робочого столу та знос ріжучого інструменту. Якщо вимога до стабільності руху робочого столу під час процесу обробки є відносно високою, звичайне фрезерування може бути більш доцільним вибором; якщо більше уваги приділяється зменшенню зносу ріжучого інструменту та підвищенню ефективності обробки, і за умов, що відповідають вимогам обробки, можна розглянути усувальне фрезерування.
Крім того, механічні характеристики самого фрезерного верстата також впливатимуть на вибір між поспіль та звичайною фрезерною обробкою. Якщо зазор між гвинтом та гайкою фрезерного верстата можна точно відрегулювати до відносно невеликого значення, наприклад, менше 0,03 мм, тоді переваги поспіль фрезерної обробки можна краще реалізувати. Однак, якщо механічна точність фрезерного верстата обмежена, і проблему зазору неможливо ефективно контролювати, звичайне фрезерування може бути більш безпечним вибором, щоб уникнути проблем із якістю обробки та пошкодження інструменту, спричинених рухом робочого столу. На завершення, при обробці на фрезерному верстаті з ЧПК, відповідний метод фрезерування, поспіль або звичайною фрезерною обробкою, слід обґрунтовано вибирати відповідно до конкретних вимог до обробки та стану обладнання для досягнення найкращого ефекту обробки.