Frezavimas: išsamus įvadas
Apibrėžimas ir pagrindiniai principai
Frezavimas yra apdirbimo procesas, kurio metu naudojami sukamieji pjaustytuvai, kad būtų pašalinta medžiaga iš ruošinio, įstumiant frezą į ruošinį. Tai galima padaryti įvairiomis kryptimis vienoje ar keliomis ašimis, pjovimo galvutės greičiu ir slėgiu. Skirtingai nuo tekinimo, kai ruošinys sukasi prieš stacionarų pjovimo įrankį, frezavimas turi besisukantį kelių taškų pjovimo įrankį, kuris juda nejudančio arba lėtai judančio ruošinio atžvilgiu.
Pagrindinis medžiagos pašalinimo mechanizmas apima kirpimo veiksmą: kai pjoviklis sukasi, atskiros pjovimo briaunos su pertraukomis susilieja su ruošiniu, todėl susidaro įvairaus storio drožlės, priklausomai nuo pastūmos greičio, pjaustytuvo skersmens ir dantų skaičiaus. Šis pjovimo su pertrūkiais pobūdis išskiria frezavimą nuo nepertraukiamo pjovimo procesų ir daro didelę įtaką įrankių nusidėvėjimui, paviršiaus apdailai ir apdirbimo dinamikai.
Frezavimo operacijų klasifikacija
1. Pagal kinematinę konfigūraciją
表格
| Tipas | Aprašymas | Tipinės programos |
|---|---|---|
| Periferinis frezavimas(paprastas frezavimas) | Pjovimo briaunos pjaustytuvo periferijoje pašalina medžiagą | Grioveliai, grioveliai, profiliai, formų pjovimas |
| Veido frezavimas | Pjovimo briaunos pjaustytuvo priekyje (gale) atlieka pirminį pjovimą | Plokšti paviršiai, kvadratūriniai blokai, didelio ploto medžiagų pašalinimas |
| Galinis frezavimas | Pjoviklis turi pjovimo briaunas tiek gale, tiek periferijoje | Kontūravimas, profiliavimas, kišenavimas, gilinimas |
| Profilio frezavimas | Formų pjaustytuvai arba CNC{0}}valdomas kelias pagal konkretų kontūrą | Sudėtingos 2D/3D formos, štampai, liejimo formos |
2. Pagal tiekimo kryptį pjaustytuvo sukimosi atžvilgiu
Įprastas frezavimas (frezavimas aukštyn): Ruošinys tiekiamas prieš pjoviklio sukimosi kryptį. Skiedros storis prasideda nuo nulio ir didėja iki maksimalaus. Pjaustyklė linkusi pakelti ruošinį, todėl jį reikia tvirtai pritvirtinti. Istoriškai pirmenybė buvo teikiama senesnėms mašinoms su atvirais{3}}sraigtais.
Pakilimo frezavimas (frezavimas žemyn): Ruošinys tiekiamas ta pačia kryptimi, kaip ir pjoviklio sukimasis. Skiedros storis prasideda nuo didžiausio ir sumažėja iki nulio. Užtikrina geresnę paviršiaus apdailą, mažesnes pjovimo jėgas ir sumažina įrankių susidėvėjimą. Šiuolaikinėse CNC staklėse dažniausiai naudojamas aukštėjimo frezavimas dėl pašalinto atstumo per rutulinius sraigtus ir servo valdymą.
3. Pagal mašinos konfigūraciją
Horizontalus frezavimas: veleno ašis yra horizontali; pavėsinės-montuojamos frezos; puikiai tinka sunkioms medžiagoms pašalinti ir išpjauti
Vertikalus frezavimas: veleno ašis vertikali; galinės ir paviršinės frezos; universalus frezavimui, gręžimui ir profiliavimui
Universalus frezavimas: Pasukama galvutė leidžia orientuotis tiek horizontaliai, tiek vertikaliai
CNC apdirbimo centrai: 3-ašių, 4 ašių ir 5 ašių konfigūracijos, leidžiančios vienu metu atlikti sudėtingą kelių ašių interpoliaciją
Pagrindiniai proceso parametrai
表格
| Parametras | Simbolis | Aprašymas | Poveikis procesui |
|---|---|---|---|
| Pjovimo greitis | Vc | Paviršiaus greitis pjaustytuvo periferijoje (m/min arba pėda/min) | Įrankio tarnavimo laikas, šilumos susidarymas, paviršiaus vientisumas |
| Tiekimo norma | Vf | Stalo arba ruošinio judėjimo greitis (mm/min arba in/min) | Produktyvumas, drožlių apkrova, paviršiaus šiurkštumas |
| Maitinimas už dantį | fz | Pažanga vienam pjoviklio danteliui per apsisukimą (mm/dantu) | Skiedros storis, pjovimo jėga vienam dantukui, įrankio apkrovos pasiskirstymas |
| Pjovimo gylis | ap | Ašinis pjoviklio sujungimas (mm) | Medžiagos pašalinimo greitis, įrankio įlinkis, veleno galios poreikis |
| Pjovimo plotis | ae | Radialinis pjoviklio sujungimas (mm) | Skiedrų retinimo efektai, įrankio įsijungimo kampas |
Šie parametrai yra tarpusavyje susiję esminiais ryšiais:
Suklio greitis (n): n=(Vc × 1000) / (π × D) [rpm], kur D yra pjaustytuvo skersmuo
Tiekimo norma: Vf=fz × z × n [mm/min], kur z yra dantų skaičius
Pjovimo įrankiai frezavimui
1. Įrankių medžiagos
表格
| Medžiaga | Charakteristikos | Tipinės programos |
|---|---|---|
| Greitasis{0}}plienas (HSS) | Tvirtas, nebrangus, vidutinio kietumo | Mažo-greičio operacijos, sudėtingos formos pjaustyklės, prototipai |
| Cementuotas karbidas | Didelis kietumas, atsparumas karščiui, trapus | Bendrosios paskirties-frezavimas, greitasis apdirbimas{1}} |
| Dengtas karbidas | Padidintas atsparumas dilimui, sumažinta trintis | Didelio{0}}našumo frezavimas, sunkiai-pjaunamos- medžiagos |
| Keramika | Ypatingas kietumas, cheminis stabilumas aukštoje temperatūroje | Grūdintas plienas, ketus, greita{0}} apdaila |
| Kubinis boro nitridas (CBN) | Antra-kiečiausia medžiaga, terminis stabilumas | Hardened ferrous materials (>45 HRC) |
| Polikristalinis deimantas (PCD) | Didžiausias kietumas, maža trintis | Spalvotieji metalai{0}}, kompozitai, abrazyvinės medžiagos |
2. Pjovimo geometrijos
Sraigtinis kampas: Įtakoja pjovimo jėgos kryptį, drožlių pašalinimą ir paviršiaus apdailą. Dideli spiralės kampai (45–60 laipsnių) sumažina vibraciją ir pagerina paviršiaus kokybę, tačiau padidina ašines jėgas.
Grėblio kampas: Įtakoja drožlių susidarymą, pjovimo jėgas ir krašto stiprumą. Teigiami šlaito kampai sumažina jėgas, bet susilpnina kraštą; neigiami grėblio kampai sustiprina kraštą, bet padidina jėgas ir šilumą.
Kampo spindulys: nustato lokalizuotą streso koncentraciją; didesni spinduliai pagerina įrankio tarnavimo laiką, bet sumažina pasiekiamą kampų aštrumą.
Fleitų skaičius: Mažiau griovelių suteikia didesnes drožlių kišenes šiurkštumui ir geresnį drožlių pašalinimą iš minkštų medžiagų; daugiau fleitų padidina apdailos ir kietų medžiagų našumą.
Ruošinio medžiagos ir apdirbamumas
表格
| Medžiagos kategorija | Apdirbamumo iššūkiai | Rekomenduojamos strategijos |
|---|---|---|
| Aliuminio lydiniai | Suvirinimas drožlėmis (BUE), gumavimas | Poliruotos rievės, dideli posvyrio kampai, didelis greitis, MQL arba oro pūtimas |
| Anglies ir legiruotasis plienas | Subalansuotas apdirbamumas; darbo užgrūdinimas kai kuriose klasėse | Standartiniai karbido įrankiai; optimizuoti konkrečiam klasei |
| Nerūdijantys plienai | Darbinis grūdinimas, prastas šilumos laidumas, BUE | Aštrūs kraštai, teigiamas grėblys, šlifavimas, tvirtas aušinimo skystis |
| Titano lydiniai | Žemas šilumos laidumas, cheminis reaktyvumas, spyruoklinis-atgal | Mažas greitis, didelis padavimo greitis, standi sąranka, užliejamas aušinimo skystis |
| Nikelio{0}}superlydiniai | Ekstremalus grūdinimas, abrazyviniai karbidai, aukšta pjovimo temperatūra | Keraminis arba padengtas karbidas, mažas greitis, pertraukiami pjovimai, kai įmanoma |
| Hardened steels (>45 HRC) | Didelės pjovimo jėgos, abrazyvinis nusidėvėjimas | CBN arba keraminės frezos,{0}}didelis kietasis frezavimas, trochoidiniai takai |
Pažangios frezavimo strategijos
1. Didelės spartos{1}}apdirbimas (HSM)
Characterized by high cutting speeds, high feed rates, and shallow depths of cut. Benefits include reduced cutting forces, improved surface finish, and extended tool life through reduced heat transfer to the tool. Requires rigid machines with high spindle speeds (often >10 000 aps./min.), dinaminis balansavimas ir pažangi CAM programinė įranga, užtikrinanti sklandų įrankių judėjimą.
2. Didelio{1}}efektyvumo frezavimas (HEM) / trochoidinis frezavimas
Naudoja nedidelį radialinį sukibimą (paprastai 5–15 % pjaustytuvo skersmens) su dideliu ašiniu gyliu ir padidinta pastūma. Įrankis palaiko pastovią drožlių apkrovą, sumažina šilumos susidarymą ir leidžia išnaudoti visą -fleitos- ilgį. Ypač efektyvus įpjovimui ir kišenėms į sudėtingas medžiagas, kur įprastas pilnas{6}}išpjovimas perkrautų įrankį.
3. Adaptyvusis valymas / dinaminis frezavimas
CAM{0}}sugeneruoti įrankių keliai, kurie automatiškai koreguoja pastūmos greitį ir žingsnius, kad būtų išlaikyta pastovi įrankio apkrova. Apsaugo įrankio perkrovą kampuose ir sudėtingose geometrijose, padidina medžiagos pašalinimo greitį ir apsaugo pjaustytuvą.
4. 5-Ašies vienalaikis frezavimas
Įgalina apdirbti sudėtingus{0}}laisvos formos paviršius vienoje sąrankoje, pakreipiant įrankį ruošinio atžvilgiu. Privalumai apima patobulintą paviršiaus apdailą dėl optimalios įrankio orientacijos, prieigos prie įpjovimo funkcijų ir sutrumpėjusio nustatymo laiko. Labai svarbus aviacijos ir kosmoso komponentams, sparnuotėms, turbinų mentėms ir pelėsių ertmėms.
Kokybės svarstymai
表格
| Kokybės atributas | Įtakojantys veiksniai | Kontrolės metodai |
|---|---|---|
| Matmenų tikslumas | Mašinos padėties nustatymo tikslumas, terminis dreifas, įrankio įlinkis, ruošinio deformacija | Proceso-zondavimas, temperatūros kompensavimas, nuspėjamojo įrankių nusidėvėjimo modeliai |
| Paviršiaus šiurkštumas | Tiekimas vienam dantukui, pjoviklio geometrija, vibracija, pastatytas{0}}kraštas | Optimizuoti parametrai, vibracijos slopinimas, tinkamos įrankių dangos |
| Paviršiaus vientisumas | Liekamieji įtempiai, mikrostruktūriniai pakitimai, balto sluoksnio susidarymas | Kontroliuojami pjovimo parametrai, apdorojimas po-apdirbimo |
| Geometrinės tolerancijos | Mašinos tikslumas, tvirtinimo pakartojamumas, įrankio trajektorijos tikslumas | Kalibravimas, CMM patikra, statistinio proceso valdymas |
Ekonominiai ir aplinkosaugos aspektai
Šiuolaikinėse frezavimo operacijose vis daugiau dėmesio skiriama tvarumui kartu su produktyvumu:
Minimalus tepimo kiekis (MQL): Tiekia nedidelius tepalo kiekius tiesiai į pjovimo zoną ir sumažina aušinimo skysčio sąnaudas 90%+, palyginti su aušinimo užtvindymo sistema
Sausasis apdirbimas: Visiškai pašalina aušinimo skystį ten, kur leidžia medžiaga ir procesas, sumažindamas poveikį aplinkai ir šalinimo išlaidas
Įrankio atnaujinimas: Kietojo karbido galinių frezų šlifavimas ir pakartotinis padengimas prailgina įrankio gyvavimo ciklą ir sumažina įrankių sąnaudas
Energijos efektyvumas: optimizuoti pjovimo parametrai ir mašinos parengties režimai sumažina energijos sąnaudas-daliai
Santrauka
Frezavimas išlieka vienu universaliausių ir plačiausiai taikomų medžiagų šalinimo procesų gamyboje. Dėl galimybės labai tiksliai gaminti sudėtingas geometrijas iš daugybės medžiagų, jis yra nepakeičiamas šiuolaikinėje pramonėje. Evoliucija nuo rankinių staklių iki sudėtingų kelių -ašių CNC apdirbimo centrų, kartu su pažangia CAM programine įranga, pjovimo įrankių dangomis ir procesų stebėjimo sistemomis, ir toliau plečia ribas, kurias galima pasiekti tikslumo, efektyvumo ir paviršiaus kokybės požiūriu.
