Горизонтальный фрезерный станок с ЧПУ (также известный как фрезерный станок с ЧПУ ), выполняющий операцию фрезерования металлической детали.
Фрезерование с ЧПУ или фрезерование с числовым программным управлением — это процесс механической обработки, в котором используются компьютеризированные элементы управления и вращающиеся многоточечные режущие инструменты для постепенного удаления материала с заготовки и производства детали или продукта индивидуальной конструкции. Этот процесс подходит для обработки широкого спектра материалов, таких как металл , пластик , стекло и дерево, а также для производства различных деталей и изделий по индивидуальному заказу.
В рамках услуг точной обработки с ЧПУ предлагается несколько возможностей , включая механические, химические, электрические и термические процессы. Фрезерование с ЧПУ — это процесс механической обработки наряду со сверлением, токарной обработкой и множеством других процессов обработки, означающий, что материал удаляется с заготовки с помощью механических средств, таких как действия режущих инструментов фрезерного станка.
В этой статье основное внимание уделяется процессу фрезерования с ЧПУ, излагаются основы процесса, а также компоненты и инструменты фрезерного станка с ЧПУ . Кроме того, в этой статье рассматриваются различные операции фрезерования и предлагаются альтернативы процессу фрезерования с ЧПУ.
Определение фрезерования
Что такое фрезерование? Это тип обработки, при котором используются фрезы для придания формы заготовке, часто на подвижной столешнице, хотя некоторые фрезерные станки также имеют подвижные фрезы. Фрезерование начиналось как ручная задача, выполняемая людьми, но в наши дни большинство фрезерных работ выполняется на фрезерных станках с ЧПУ, которые используют компьютер для наблюдения за процессом фрезерования. Фрезерование с ЧПУ обеспечивает более высокую точность, аккуратность и производительность, но все же есть ситуации, когда ручное фрезерование оказывается полезным. Ручное фрезерование, требующее больших технических навыков и опыта, сокращает время обработки. Это также имеет дополнительное преимущество, заключающееся в том, что ручные фрезерные станки дешевле, и пользователю не нужно беспокоиться о программировании станка.
Обзор процесса фрезерования с ЧПУ
Как и в большинстве обычных процессов механической обработки с ЧПУ, в процессе фрезерной обработки с ЧПУ используются компьютеризированные средства управления для работы и манипулирования станками, которые режут и формируют заготовку. Кроме того, процесс проходит те же основные этапы производства, что и все процессы обработки с ЧПУ, в том числе:
- Разработка CAD-модели
- Преобразование модели CAD в программу ЧПУ
- Настройка фрезерного станка с ЧПУ
- Выполнение операции фрезерования
Процесс фрезерования с ЧПУ начинается с создания 2D- или 3D-проекта детали в САПР . Затем завершенный проект экспортируется в формат файла, совместимый с ЧПУ, и преобразуется программным обеспечением CAM в программу станка с ЧПУ, которая диктует действия станка и движения инструментов по заготовке. Прежде чем оператор запускает программу ЧПУ, он подготавливает фрезерный станок с ЧПУ, прикрепляя заготовку к рабочей поверхности станка (т. е. к рабочему столу) или удерживающему устройству (например, тиски) и прикрепляя фрезерные инструменты к шпинделю станка. В процессе фрезерования с ЧПУ используется горизонтальный или вертикальный ЧПУ .- фрезерные станки — в зависимости от спецификаций и требований фрезерного применения — и вращающиеся многолезвийные (т. е. многозубчатые) режущие инструменты, такие как фрезы и сверла. Когда станок готов, оператор запускает программу через интерфейс станка, предлагая станку выполнить операцию фрезерования.
После запуска процесса фрезерования с ЧПУ станок начинает вращать режущий инструмент со скоростью, достигающей тысяч оборотов в минуту. В зависимости от типа используемого фрезерного станка и требований фрезерной обработки, когда инструмент врезается в заготовку, станок выполняет одно из следующих действий для выполнения необходимых надрезов на заготовке:
- Медленно подайте заготовку в неподвижный вращающийся инструмент.
- Перемещайте инструмент по неподвижной заготовке
- Перемещайте инструмент и заготовку относительно друг друга
В отличие от процессов ручного фрезерования, при фрезеровании с ЧПУ машина обычно подает подвижные заготовки с вращением режущего инструмента, а не против него. Операции фрезерования, которые соответствуют этому соглашению, известны как процессы попутного фрезерования, тогда как противоположные операции известны как обычные процессы фрезерования.
Как правило, фрезерование лучше всего подходит в качестве вторичного или чистового процесса для уже обработанной заготовки, обеспечивая определение или создание элементов детали, таких как отверстия, пазы и резьба. Однако этот процесс также используется для придания формы заготовке от начала до конца. В обоих случаях в процессе фрезерования материал постепенно удаляется, чтобы придать желаемую форму и форму детали. Во-первых, инструмент отрезает мелкие кусочки, т. е. стружку, от заготовки, чтобы придать ей приблизительную форму и форму. Затем заготовка подвергается фрезерованию с гораздо большей точностью и с большей точностью, чтобы получить деталь с точными характеристиками и спецификациями. Как правило, готовая деталь требует нескольких проходов обработки для достижения желаемой точности и допусков. Для более геометрически сложных деталей
После того, как операция фрезерования завершена и деталь изготовлена по индивидуально разработанным спецификациям, фрезерованная деталь переходит на этапы чистовой и постобработки производства.
Работа фрезерного станка с ЧПУ
Фрезерование с ЧПУ — это процесс механической обработки, подходящий для изготовления высокоточных деталей с высокими допусками в прототипах, единичных экземплярах и небольших и средних производственных партиях. В то время как детали обычно изготавливаются с допусками в диапазоне от +/- 0,001 дюйма до +/- 0,005 дюйма, на некоторых фрезерных станках можно получить допуски до и более +/- 0,0005 дюйма. Универсальность процесса фрезерования позволяет могут использоваться в самых разных отраслях промышленности и для различных деталей и конструкций, включая пазы, фаски, резьбу и карманы. Наиболее распространенные фрезерные операции с ЧПУ включают в себя:
- Торцевое фрезерование
- Плоское фрезерование
- Угловое фрезерование
- Фрезерование формы
Торцевое фрезерование
Торцевое фрезерование относится к операциям фрезерования, при которых ось вращения режущего инструмента перпендикулярна поверхности заготовки. В этом процессе используются торцевые фрезы , которые имеют зубья как на периферии, так и на поверхности инструмента, при этом периферийные зубья в основном используются для резки, а торцевые зубья используются для чистовой обработки. Как правило, торцевое фрезерование используется для создания плоских поверхностей и контуров на готовой детали и позволяет получить более качественную отделку, чем другие процессы фрезерования. Этот процесс поддерживают как вертикальные, так и горизонтальные фрезерные станки.
Типы торцевого фрезерования включают концевое и боковое фрезерование, при которых используются концевые и боковые фрезы соответственно.
Обычная фрезеровка
Плоское фрезерование, также известное как фрезерование поверхности или плиты, относится к операциям фрезерования, при которых ось вращения режущего инструмента параллельна поверхности заготовки. В процессе используются простые фрезы .которые имеют зубья на периферии, выполняющие операцию резания. В зависимости от характеристик фрезерной обработки, таких как глубина резания и размер заготовки, используются как узкие, так и широкие фрезы. Узкие фрезы позволяют выполнять более глубокие пропилы, а более широкие фрезы используются для резки больших площадей поверхности. Если при простом фрезеровании требуется удаление большого количества материала с заготовки, оператор сначала использует фрезу с крупными зубьями, медленные скорости резания и высокие скорости подачи, чтобы получить приблизительную геометрию детали, разработанной по индивидуальному заказу. Затем оператор вводит фрезу с более мелкими зубьями, более высокую скорость резания и более низкую подачу для получения деталей готовой детали.
Угловое фрезерование
Угловое фрезерование, также известное как угловое фрезерование, относится к операциям фрезерования, при которых ось вращения режущего инструмента находится под углом к поверхности заготовки. В этом процессе используются одноугловые фрезы, расположенные под углом в зависимости от конкретной обрабатываемой конструкции, для создания угловатых элементов, таких как фаски, зубцы и канавки. Одним из распространенных применений углового фрезерования является производство ласточкиного хвоста, в котором используются фрезы 45 °, 50 °, 55 ° или 60 ° в зависимости от конструкции ласточкина хвоста.
Фрезерование формы
Фасонное фрезерование относится к операциям фрезерования с использованием неровных поверхностей, контуров и контуров, таких как детали с криволинейными и плоскими поверхностями или полностью изогнутые поверхности. В этом процессе используются формованные фрезы или фрезы, специализированные для конкретного применения, такие как выпуклые, вогнутые и угловые фрезы. Некоторые из распространенных применений фасонного фрезерования включают изготовление полусферических и полукруглых полостей, валиков и контуров, а также сложных конструкций и сложных деталей с помощью одной установки станка.
Другие операции фрезерного станка
Помимо вышеупомянутых операций, фрезерные станки могут использоваться для выполнения других специализированных операций фрезерования и механической обработки. Примеры других типов доступных операций фрезерного станка включают:
Сдвоенное фрезерование : Сдвоенное фрезерование относится к операциям фрезерования, при которых станок обрабатывает две или более параллельных поверхностей заготовки за один проход. В этом процессе используются две фрезы на одной оправке станка, расположенные таким образом, что фрезы находятся по обе стороны от заготовки и могут фрезеровать обе стороны одновременно.
Групповое фрезерование : Что такое групповое фрезерование? Групповое фрезерование относится к операциям фрезерования, в которых используются две или более фрезы — обычно разного размера, формы или ширины — на одной и той же оправке станка. Каждый резак может выполнять одну и ту же операцию резки или разные операции одновременно, что позволяет производить более сложные конструкции и сложные детали в более короткие сроки.
Профильное фрезерование : Профильное фрезерование относится к операциям фрезерования, при которых станок создает траекторию реза вдоль вертикальной или наклонной поверхности заготовки. В этом процессе используется оборудование для профильного фрезерования и режущие инструменты, которые могут располагаться параллельно или перпендикулярно поверхности заготовки.
Нарезание зубьев: нарезание зубьев — это фрезерная операция, в которой используются эвольвентные фрезы для изготовления зубьев шестерни. Эти фрезы, тип формованных фрез, доступны в различных формах и размерах шага в зависимости от количества зубьев, необходимых для конкретной конструкции зубчатого колеса. В этом процессе также можно использовать специализированную фрезу для токарного станка для изготовления зубьев шестерни.
Другие процессы обработки : поскольку фрезерные станки поддерживают использование других станков, помимо фрезерных инструментов, их можно использовать для процессов обработки, отличных от фрезерования, таких как сверление, растачивание, развертывание и нарезание резьбы.
Фрезерное оборудование и компоненты с ЧПУ
В процессе фрезерования с ЧПУ используются различные программные приложения , станки и фрезерное оборудование в зависимости от выполняемой операции фрезерования.
Программное обеспечение для поддержки фрезерных станков с ЧПУ
Как и большинство процессов обработки с ЧПУ, процесс фрезерования с ЧПУ использует программное обеспечение САПР для создания исходного проекта детали и программное обеспечение АСУП для создания программы ЧПУ, которая предоставляет инструкции по обработке для производства детали. Затем программа ЧПУ загружается на выбранный станок с ЧПУ для запуска и выполнения процесса фрезерования.
Компоненты фрезерного станка с ЧПУ
Несмотря на широкий ассортимент доступных фрезерных станков, большинство станков в основном имеют одни и те же основные компоненты. Эти общие части машины включают в себя:
- Интерфейс станка
- Столбец
- Колено
- Седло
- Рабочий стол
- Шпиндель
- Оправка
- Поршень
- Станок
Рисунок 1 – Конфигурации и компоненты фрезерного станка с ЧПУ
Интерфейс станка: интерфейс станка относится к компоненту станка, который оператор использует для загрузки, запуска и выполнения программы станка с ЧПУ.
Столбец : столбец относится к компоненту машины, который обеспечивает поддержку и структуру для всех других компонентов машины. Этот компонент включает в себя прикрепленное основание и может включать в себя дополнительные внутренние компоненты, облегчающие процесс фрезерования, такие как резервуары для масла и охлаждающей жидкости.
Колено : Колено относится к регулируемому компоненту машины, который крепится к стойке и обеспечивает поддержку седла и рабочего стола. Этот компонент регулируется по оси Z (т.е. может подниматься или опускаться) в зависимости от характеристик операции фрезерования.
Седло : Седло относится к компоненту машины, расположенному в верхней части колена и поддерживающему рабочий стол. Этот компонент способен перемещаться параллельно оси шпинделя, что позволяет регулировать рабочий стол и заготовку по горизонтали.
Рабочий стол: рабочий стол относится к компоненту станка, расположенному в верхней части суппорта, к которому крепится заготовка или удерживающее устройство (например, патрон или тиски ). В зависимости от типа используемой машины этот компонент регулируется в горизонтальном, вертикальном, обоих или ни в одном направлении.
Шпиндель : шпиндель относится к компоненту станка, поддерживаемому колонной, которая удерживает и приводит в движение используемый станок (или оправку). Внутри колонны электродвигатель приводит во вращение шпиндель.
Оправка : Оправка относится к компоненту вала, вставленному в шпиндель горизонтально-фрезерных станков, на котором можно установить несколько станков. Эти компоненты доступны различной длины и диаметра в зависимости от характеристик фрезерного применения. Доступные типы оправок включают в себя стандартные фрезерные станки, винтовые, продольные пилы, концевые фрезы и торцевые фрезы.
Поршень : Поршень относится к компоненту станка, обычно в вертикально-фрезерных станках, расположенному сверху и прикрепленному к колонне, которая поддерживает шпиндель. Этот компонент можно регулировать для размещения в различных положениях во время операции фрезерования.
Станок : Станок представляет собой компонент станка, удерживаемый шпинделем, который выполняет операцию удаления материала. В процессе фрезерования может использоваться широкий спектр фрезерных станков (как правило, многолезвийных фрез) в зависимости от характеристик фрезерного применения, например, от фрезеруемого материала, требуемого качества обработки поверхности, ориентации станка и т. д. Станки могут варьируются в зависимости от количества, расположения и расстояния между зубьями, а также их материала, длины, диаметра и геометрии. Некоторые из типов используемых горизонтальных фрезерных станков включают в себя плоские, фасонные, зубчатые и двойные угловые фрезы, в то время как используемые вертикальные фрезерные станки включают плоские и сферические наконечники .фасочные , торцевые и спиральные фрезы. Фрезерные станки также могут использовать инструменты для сверления , растачивания , развертывания и нарезания резьбы для выполнения других операций механической обработки.
Рекомендации по фрезерным станкам
В целом, фрезерные станки подразделяются на горизонтальные и вертикальные по конфигурации, а также различаются по количеству осей движения.
У вертикально -фрезерных станков шпиндель станка ориентирован вертикально, а у горизонтально -фрезерных у фрезерных станков шпиндель расположен горизонтально. Горизонтальные станки также используют оправки для дополнительной поддержки и устойчивости во время процесса фрезерования и имеют возможности поддержки для нескольких режущих инструментов, например, при групповом фрезеровании и фрезеровании с двух сторон. Элементы управления как для вертикального, так и для горизонтального фрезерного станка зависят от типа используемого станка. Например, некоторые машины могут поднимать и опускать шпиндель и перемещать рабочий стол в поперечном направлении, в то время как другие машины имеют стационарные шпиндели и рабочие столы, которые перемещаются как горизонтально, вертикально, так и вращательно. Выбирая между вертикальными и горизонтальными фрезерными станками, производители и мастерские должны учитывать требования к фрезерованию, такие как количество поверхностей, требующих фрезерования, а также размер и форма детали. Например, более тяжелые заготовки лучше подходят для операций горизонтального фрезерования, а операции проточки штампов лучше подходят для операций вертикального фрезерования. Также доступно вспомогательное оборудование, которое модифицирует вертикальные или горизонтальные машины для поддержки противоположного процесса.
Большинство фрезерных станков с ЧПУ имеют от 3 до 5 осей, что обычно обеспечивает производительность по осям XYZ и, если применимо, вокруг осей вращения. Ось X и ось Y обозначают горизонтальное движение (из стороны в сторону и вперед-назад, соответственно, на плоской плоскости), тогда как ось Z представляет вертикальное движение (вверх-вниз), а ось W -ось представляет собой диагональное движение по вертикальной плоскости. В базовых фрезерных станках с ЧПУ горизонтальное перемещение возможно по двум осям (XY), в то время как более новые модели допускают дополнительные оси движения, такие как 3-х, 4-х и 5-осевые станки с ЧПУ. В таблице 1 ниже приведены некоторые характеристики фрезерных станков, классифицированных по количеству осей движения.
Таблица 1 – Характеристики фрезерных станков по осям движения
|
Количество осей |
Характеристики |
|
3 |
|
|
4 |
|
|
5 |
|
В зависимости от типа используемого фрезерного станка станок, рабочий стол станка или оба компонента могут быть динамическими. Как правило, динамические рабочие столы перемещаются по осям XY, но они также способны перемещаться вверх и вниз для регулировки глубины резания и поворачиваться вдоль вертикальной или горизонтальной оси для увеличения диапазона резания. Для фрезерных операций, требующих динамического инструмента, в дополнение к присущему ему вращательному движению станок перемещается перпендикулярно вдоль нескольких осей , позволяя окружности инструмента, а не только его кончику, врезаться в заготовку. Фрезерные станки с ЧПУ с большей степенью свободы обеспечивают большую гибкость и сложность производимых фрезерованных деталей.
Типы фрезерных станков
Существует несколько различных типов фрезерных станков, которые подходят для различных операций обработки. Помимо классификации, основанной исключительно на конфигурации машины или количестве осей движения, фрезерные станки дополнительно классифицируются на основе комбинации их конкретных характеристик. К наиболее распространенным типам фрезерных станков относятся:
Коленный тип : фрезерные станки коленного типа используют фиксированный шпиндель и регулируемый по вертикали рабочий стол, который опирается на седло, поддерживаемое коленом. Колено может опускаться и подниматься на колонне в зависимости от положения станка. Некоторые примеры фрезерных станков коленного типа включают горизонтальные фрезерные станки напольного и настольного типа .
Плунжерный тип : во фрезерных станках плунжерного типа используется шпиндель, прикрепленный к подвижному корпусу (т. е. ползун) на колонне, что позволяет станку перемещаться по осям XY. К двум наиболее распространенным плунжерным фрезерным станкам относятся напольные универсальные горизонтальные и поворотно-фрезерные станки с режущей головкой.
Станина : Фрезерные станки станка с станиной используют рабочие столы, прикрепленные непосредственно к станине станка, что предотвращает перемещение заготовки как по оси Y, так и по оси Z. Заготовка располагается под режущим инструментом, который, в зависимости от станка, может перемещаться по осям XYZ. Некоторые из доступных фрезерных станков со станиной включают симплексные, дуплексные и тройные фрезерные станки. В то время как в симплексных станках используется один шпиндель, который перемещается либо по оси X, либо по оси Y, в дуплексных станках используется два шпинделя, а в триплексных станках используется три шпинделя (два горизонтальных и один вертикальный) для обработки по осям XY и XYZ соответственно.
Строгальные фрезерные станки: фрезерные станки строгального типа похожи на станочные фрезерные станки тем, что они имеют рабочие столы, закрепленные по осям Y и Z, и шпиндели, способные перемещаться по осям XYZ. Однако строгальные станки могут одновременно поддерживать несколько станков (обычно до четырех), что сокращает время выполнения сложных деталей.
Некоторые из специализированных типов доступных фрезерных станков включают роторные, барабанные и планетарные фрезерные станки. Фрезерные станки с поворотным столом имеют круглые рабочие столы, которые вращаются вокруг вертикальной оси, и используют станки, расположенные на разной высоте для черновых и чистовых операций. Барабанные фрезерные станки аналогичны станкам с поворотным столом, за исключением того, что рабочий стол называется «барабан» и вращается вокруг горизонтальной оси. В планетарных станках рабочий стол неподвижен, а заготовка цилиндрическая. Вращающийся станок перемещается по поверхности заготовки, вырезая внутренние и внешние элементы, такие как резьба.
Материальные соображения
Процесс фрезерования с ЧПУ лучше всего подходит в качестве вторичного процесса обработки для придания чистовой обработки детали, разработанной по индивидуальному заказу, но также может использоваться для производства нестандартных конструкций и специальных деталей от начала до конца. Технология фрезерования с ЧПУ позволяет обрабатывать детали из широкого спектра материалов, в том числе:
- Металлы (в том числе сплавы, экзотические, сверхпрочные и т. д.)
- Пластмассы (включая реактопласты и термопласты)
- Эластомеры
- Керамика
- Композиты
- Стекло
Как и во всех процессах механической обработки, при выборе материала для фрезерования необходимо учитывать несколько факторов, таких как свойства материала (т. е. твердость, прочность на растяжение и сдвиг, химическая и температурная стойкость) и экономическая эффективность. обработка материала. Эти критерии определяют, подходит ли материал для процесса измельчения, и бюджетные ограничения приложения для измельчения соответственно. Выбранный материал определяет тип(ы) используемого(ых) станка(ов) и его/их конструкцию(и), а также оптимальные настройки станка, включая скорость резания, скорость подачи и глубину резания.
Альтернативы
Фрезерование с ЧПУ — это процесс механической обработки, подходящий для обработки широкого спектра материалов и изготовления различных деталей по индивидуальному заказу. Хотя этот процесс может демонстрировать преимущества по сравнению с другими процессами механической обработки, он может не подходить для каждого производственного применения, и другие процессы могут оказаться более подходящими и экономически эффективными.
Некоторые из других более традиционных доступных процессов механической обработки включают сверление и токарную обработку. При сверлении, как и при фрезеровании, обычно используются многоточечные инструменты (например, сверла), а при токарной обработке используются одноточечные инструменты. Однако, в то время как при токарной обработке заготовку можно перемещать и вращать, как и в некоторых фрезерных операциях, при сверлении заготовка остается неподвижной на протяжении всей операции сверления.
Некоторые из нетрадиционных процессов механической обработки (т. е. без использования станков, но по-прежнему используют процессы механического удаления материала) включают ультразвуковую обработку, гидроабразивную резку и абразивно-струйную обработку. Нетрадиционные, немеханические процессы обработки, т . е. процессы химической , электрической и термической обработки, обеспечивают дополнительные альтернативные методы удаления материала с заготовки, в которых не используются станки или процессы механического удаления материала, и они включают химическое фрезерование, электрохимическое удаление заусенцев, лазерная резка и плазменная резка. Эти нетрадиционные методы обработки поддерживают производство более сложных, требовательных и специализированных деталей, которые обычно невозможны при использовании традиционных процессов обработки.