Фрезерование: инструмент и фрезерные станки по металлу

Фрезерование и фрезы

Процесс фрезерования включает в себя обработку резанием деталей с плоской и фасонной поверхностью, выполняемую на специальных фрезерных станках.

Фреза представляет собой режущий инструмент, вращающийся вокруг продольной оси, с цилиндрической, конической или фасонной поверхностью, на которой размещены зубья с режущими кромками, обладающие повышенной твердостью и износостойкостью.

С учетом повышенных силовых нагрузок, возникающих в процессе фрезерования, для производства фрез принято использовать материалы, обладающие повышенной твердостью и износостойкостью. Большая часть фрезерного инструмента изготовлена из быстрорежущих сталей, и для изготовления зубьев используются твердосплавные, керамические и алмазные вставки.

Фрезерный инструмент работает в условиях повышенных силовых нагрузок, поэтому при его производстве наиболее предпочтительны:

• быстрорежущие стали;
• твердые сплавы (сверхтвердые материалы);
• алмазы;
• металлокерамика.

Для обработки деталей, различающихся по форме, конфигурации обрабатываемой поверхности, материалам применяются фрезы нескольких типов, различающиеся по форме и техническим параметрам:

• конические;
• круглые;
• торцевые;
• червячные.

Имеются отличия и в конструкции фрезерного инструмента. Фрезы могут изготавливаться:

• цельными – используется однородный материал;
• сборными – тело (несущая часть) фрезы и зубья в таком инструменте выполняются из разных материалов и соединяются друг с другом с помощью крепежных элементов;
• напайными – имеют напаянные режущие элементы
• сварными - зубья привариваются к телу фрезы.

Виды фрез

Заданная конфигурация обрабатываемой поверхности (плоскости, канавки, пазы, выступы и пр.) обусловливает применение фрез с соответствующими параметрами режущих поверхностей, влияющих на скорость и качество обработки. Широкий выбор фрезерного инструмента различной конфигурации, среди которых наиболее предпочтительным является использование торцевых, концевых, дисковых, отрезных, шпоночных, пазовых, затылованных фрез, обеспечивает фрезерование даже в труднодоступных местах корпусных деталей.

Торцевыми фрезами принято вести обработку плоских поверхностей. Процесс резания ведется режущими кромками зубьев, находящимися в торцевой части фрезы. Геометрия зубьев различается по различным параметрам, усложняясь в соответствии с качественными параметрами материала и рельефа обрабатываемых деталей. Для работы на станках с ЧПУ часто пользуются длиннокромочными фрезами, способными обеспечить необходимую точность исполнения.

Высокой степенью универсальности обладают фрезы концевые – их используют для резания как металлических, так и неметаллических (деревянных, пластиковых) изделий в мебельном и строительном производстве. Этот инструмент можно использовать для вырезания контурных канавок и пазов в деталях, изготовленных из сталей и цветных металлов средней твердости (не выше 1 тыс. Н/мм²).

Отрезными фрезами выполняют работы по отрезке, прорезанию пазов и шлицев, либо в комбинациях указанных работ. Отрезная фреза имеет плоскую цилиндрическую форму с зубьями, расположенными по периметру окружности, обеспечивающими резание высокопрочных, среднепрочных сталей и чугуна. Этот инструмент успешно используется на универсальном фрезерном оборудовании и на станках с ЧПУ.

Шпоночные фрезы предназначены для нарезания пазов под шпонки. Такие фрезы имеют конический хвостовик и применяются при работах с латунью и отожженном чугуне.

При фрезеровании уступов и пазов в деталях из металлов и сплавов применяются трехсторонние дисковые фрезы, оснащенные вставными ножами, на которые напаиваются твердосплавные пластины. Дисковыми трехсторонними фрезами обрабатываются также чугунные изделия с использованием оборудования автоматического и универсального типа.

Фрезерные станки

В зависимости от расположения оси шпинделя фрезерные станки подразделяются на:

• вертикальные – для обработки металлических и пластиковых деталей;
• горизонтальные – для обработки штамп, спиралей, рамок.

Кроме операций фрезерования, такие станки используются для:

• зенкерования;
• растачивания;
• сверления отверстий.

Вертикально-фрезерный станок: 1 – фреза, 2 – шпиндель, 3 – хобот, 4 – станина, 5 –стол, 6 – салазки, 7 – консоль, 8 – фундаментная плита	Горизонтально-фрезерный станок: 1 – фундаментная плита, 2 – станина, 3 – консоль, 4 – салазки, 5 – стол, 6 – хобот, 7 – оправка со фрезой

При обработке сложных и труднодоступных поверхностей, а также при необходимости получения высокой точности и чистоты обработки применяются многоосные станки с числовым программным управлением, на которых возможно выполнение процессов последовательной обработки фрезерованием в автоматическом режиме. Фрезерные станки с ЧПУ успешно используются во многих отраслях промышленности, где необходима высокоточная обработка деталей из металлов и сплавов.

Компоновки фрезерных станков с ЧПУ:

а – вертикально-фрезерный станок с крестовым столом; б - консольно-фрезерный станок; в – продольно-фрезерный станок; г - продольно-фрезерный станок с неподвижной поперечиной; д – широкоуниверсальный инструментальный фрезерный станок

Программирование обработки деталей на фрезерных станках с ЧПУ значительно облегчает работу станочников, одновременно обеспечивая возможность пооперационной обработки без переустановки деталей, что повышает точность и чистоту обработанных поверхностей. Использование фрез с зубьями повышенной твердости различной конфигурации позволяет выполнять обработку деталей из практически любых металлов и сплавов на высоких скоростях скорости ведения, включая подготовку параметров резания в соответствии с заданной чистотой и точностью, ведение обработки, контроль в процессе работы, проверку окончательных результатов.

Фрезерная обработка на станках с ЧПУ начинается с создания компьютерной модели предстоящих технологических операций, после чего разрабатывается математическая модель. На ее основе создается специальная компьютерная программа, которая устанавливается в систему числового программного управления станка. Программа осуществляет управление устройствами станка в автоматическом режиме, в том числе движением режущего инструмента в соответствии с заданной технологией обработки деталей.

Использование программного управления фрезерными станками решает задачи изготовления деталей сложной конфигурации, в том числе фрезерование таких изделий, как:

• корпусные и сварные детали;
• шлицевые валы и втулки;
• шестерни и зубчатые колеса;
• пазы различного назначения;
• выступы;
• винтовые, спиральные, плоские поверхности.

На фрезерных станках ЧПУ соблюдается высокая точность обработки, после чего не требуется выполнение доводочных операций. Это дает возможность сократить время изготовления деталей и, соответственно, значительно уменьшить производственные затраты.