Что такое фрезерование с ЧПУ?

 

 

 

Фрезерование с ЧПУ или фрезерование с числовым программным управлением — это процесс обработки, в котором используются управляемые компьютером и вращающиеся многоточечные режущие инструменты для постепенного удаления материала с заготовки и производства деталей или продуктов по индивидуальному заказу. Этот процесс подходит для обработки различных материалов, таких как металл, пластик, дерево, а также для производства различных деталей и продуктов по индивидуальному заказу.

 

 

Разнообразие функций доступно под эгидой услуги прецизионной обработки с ЧПУ, включая механическую, химическую, электрическую и термическую обработку. Фрезерование с ЧПУ — это процесс обработки, включающий сверление, точение и различные другие процессы обработки, которые означают, что материал удаляется с заготовки механическими средствами, такими как действие режущего инструмента фрезерного станка.

 

 

В этой статье основное внимание уделяется процессу фрезерования с ЧПУ, дается обзор основ процесса, а также компонентов и инструментов 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 фрезы используются для формирования заготовки на столе, который обычно подвижен, хотя некоторые фрезерные станки также имеют подвижные фрезы. Фрезерование изначально было ручной операцией, выполняемой рабочими, но сегодня большая часть фрезерования выполняется фрезерными станками с ЧПУ, которые используют компьютеры для контроля процесса фрезерования. Фрезерование с ЧПУ может обеспечить большую точность, аккуратность и производительность, но есть ситуации, когда ручное фрезерование полезно. Ручное фрезерование требует больших технических навыков и опыта, что сокращает время выполнения заказа. Оно также имеет дополнительное преимущество, заключающееся в том, что ручные фрезерные станки менее дороги, и пользователю не нужно беспокоиться о программировании станка.

 

 

 

 

Обзор фрезерования с ЧПУ

 

 

 

Как и большинство традиционных процессов механической обработки с ЧПУ, процесс фрезерования с ЧПУ использует компьютерное управление для управления и манипулирования станком, который режет и формирует заготовку. Кроме того, процесс следует тем же основным производственным этапам, что и все процессы обработки с ЧПУ, включая:

 

 

• Разработка модели САПР
• Преобразование модели САПР в программу ЧПУ
• Настройка фрезерного станка с ЧПУ
• Выполнение фрезерных работ

 

 

Процесс фрезерования с ЧПУ начинается с создания 2D или 3D CAD-проекта детали. Затем полный проект экспортируется в совместимый с ЧПУ формат файла и преобразуется программным обеспечением CAM в программу станка с ЧПУ, которая управляет движениями станка и перемещением инструмента по заготовке. Перед тем, как операторы запускают программу ЧПУ, они подготавливают фрезерный станок с ЧПУ, закрепляя заготовку на рабочей поверхности станка (например, столе) или приспособлении для заготовки (например, тисках) и монтируя фрезерный инструмент на шпинделе станка. Процесс фрезерования с ЧПУ использует горизонтальные или вертикальные мощные фрезерные станки с ЧПУ — в зависимости от спецификаций и требований фрезерного приложения — и вращающиеся многоточечные (т. е. многозубые) режущие инструменты, такие как фрезы и сверла. Когда станок готов, оператор запускает программу через интерфейс станка, побуждая станок выполнить операцию фрезерования.

 

 

 

После запуска процесса фрезерования с ЧПУ станок начинает вращать режущий инструмент со скоростью до тысяч оборотов в минуту. В зависимости от типа используемого фрезерного станка и требований фрезерного приложения, когда инструмент погружается в заготовку, станок выполняет одно из следующих действий, чтобы сделать необходимые разрезы в заготовке:

 

 

1. Медленно подайте заготовку в неподвижный вращающийся инструмент.

 

2. Перемещайте инструмент по закрепленной заготовке.

 

3. Относительно движущиеся инструменты и заготовки

 

 

При фрезеровании с ЧПУ, в отличие от процесса ручного фрезерования, станок обычно перемещает подвижную заготовку вращением режущего инструмента, а не вращением режущего инструмента. Операция фрезерования, которая следует этой конвенции, называется операцией попутного фрезерования, в то время как противоположная операция называется операцией обычного фрезерования.

 

 

В целом, фрезерование лучше всего подходит в качестве вспомогательного или финишного процесса для уже обработанной заготовки, чтобы обеспечить определение или создание таких элементов детали, как отверстия, пазы и резьба. Однако этот процесс также может использоваться для формования исходного материала от начала до конца. В обоих случаях процесс фрезерования постепенно удаляет материал для создания желаемой формы и вида детали. Сначала инструмент отрезает небольшие кусочки или стружку от заготовки, чтобы создать приблизительную форму. Затем заготовка фрезеруется с большей скоростью и с большей точностью, завершая деталь с ее точными характеристиками и спецификациями. Обычно готовую деталь необходимо обрабатывать несколько раз, чтобы достичь требуемой точности и допусков. Для деталей с более сложной геометрией после завершения операции фрезерования и изготовления детали в соответствии с индивидуальными спецификациями фрезерd часть поступает на этапы финишной и последующей обработки производства.

 

 

 

 

Эксплуатация фрезерного станка с ЧПУ

 

 

 

Фрезерование с ЧПУ — это процесс обработки, подходящий для производства высокоточных деталей с высоким допуском в прототипах, единичных экземплярах и малых и средних производственных партиях. В то время как детали обычно изготавливаются с допусками от +/- 2 до +/- 10 проволок, некоторые фрезерные станки могут достигать допусков до +/- 1 проволоки или даже выше. Универсальность процесса фрезерования позволяет использовать его в широком спектре отраслей и для различных функций и конструкций деталей, включая пазы, фаски, резьбы и полости. Наиболее распространенные операции фрезерования с ЧПУ включают:

 

 

 

• Торцевое фрезерование

 

• Угловое фрезерование

 

• Фрезерование формы

 

• торцевое фрезерование

 

 

 

Торцевое фрезерование, при котором ось вращения режущего инструмента перпендикулярна поверхности заготовки. Этот метод использует торцевую фрезу, имеющую зубья как на периферийной, так и на инструментальной поверхности, где периферийные зубья используются в основном для резки, а торцевые зубья — для финишной обработки. Обычно торцевое фрезерование используется для создания плоских поверхностей и контуров на готовых деталях и способно обеспечить более высокое качество отделки, чем другие процессы фрезерования. Этот процесс поддерживают как вертикальные, так и горизонтальные фрезерные станки.

 

 

Типы торцевого фрезерования включают концевые и боковые фрезы, в которых используются концевые и боковые фрезы соответственно.

 

 

 

Торцевое фрезерование

 

 

Торцевое фрезерование, также известное как торцевое фрезерование или фрезерование пластин, где ось вращения режущего инструмента параллельна поверхности заготовки. В этом процессе используются обычные зубья фрезы для выполнения операции резки на периферии. Узкие и широкие фрезы доступны в зависимости от спецификаций фрезерного применения, таких как глубина резания и размер заготовки. Узкие ножи делают более глубокие резы, в то время как широкие ножи могут использоваться для резки больших площадей поверхности. Если плоское фрезерование требует удаления большого количества материала с заготовки, оператор начинает с использования фрезы с крупными зубьями, низкой скорости резания и высокой скорости подачи для получения приблизительной геометрии индивидуально разработанной детали. Затем оператор вводит фрезы с более мелкими зубьями, более высокую скорость резания и более медленную скорость подачи для получения деталей готовой детали.

 

 

 

Угловое фрезерование

 

 

Угловое фрезерование — это когда ось вращения режущего инструмента находится под углом относительно поверхности заготовки. В этом процессе используется одноугловая фреза (угол определяется на основе конкретной обрабатываемой конструкции) для создания угловых элементов, таких как фаски, зубцы и пазы. Распространенным применением углового фрезерования является изготовление ласточкина хвоста, для чего используется фреза ласточкин хвост 45°, 50°, 55° или 60° в зависимости от конструкции ласточкина хвоста.

 

 

 

Фрезерование формы

 

 

Фрезерование формы относится к фрезерованию.g операции, которые включают нерегулярные поверхности, контуры и контуры, такие как детали с криволинейными и плоскими поверхностями или полностью криволинейными поверхностями. В этом процессе используются фасонные фрезы или летучие фрезы, которые специализированы для определенных применений, таких как выпуклые, вогнутые и угловые радиусные фрезы. Некоторые распространенные применения фасонного фрезерования включают производство полусферических и полукруглых полостей, бусин и профилей, а также сложных конструкций и сложных деталей с одной установки машины.

 

 

 

Другие операции завода

 

 

В дополнение к вышеперечисленным операциям фрезерные станки могут также использоваться для выполнения других специализированных фрезерных и обрабатывающих операций. Примеры других типов фрезерных операций, которые доступны, включают:

 

 

Пошаговое фрезерование: Ступенчатое фрезерование относится к фрезерным операциям, при которых станок обрабатывает две или более параллельных поверхностей заготовки за один проход. В этом процессе используются два инструмента на одном шпинделе станка, которые расположены таким образом, что инструменты находятся по обе стороны заготовки и могут фрезеровать обе стороны одновременно.

 

Комбинированное фрезерование: Что такое комбинированное фрезерование? Комбинированное фрезерование — это фрезерная операция, которая использует два или более инструмента (обычно инструменты разных размеров, форм или ширины) на одном шпинделе станка. Каждый резец может выполнять одну и ту же операцию резки или разные операции резки одновременно, что позволяет производить более сложные детали за более короткое время производства.

 

 

Контурное фрезерование: Контурное фрезерование относится к процессу, когда станок создает траектории резания на заготовке вдоль вертикальных или наклонных поверхностей. В этом процессе используется оборудование для контурного фрезерования и режущие инструменты, которые могут быть параллельны или перпендикулярны поверхности заготовки.

 

 

Зуборезка: Зубонарезание — это фрезерная операция, которая использует эвольвентные зубчатые фрезы для изготовления зубьев шестерен. Эти фрезы являются типом фасонных фрез и доступны в различных формах и размерах шага в зависимости от количества зубьев, требуемых для конкретной конструкции шестерни. В ходе этого процесса также могут использоваться специальные головки токарного инструмента для изготовления зубьев шестерен.

 

 

Другие процессы обработки: Поскольку фрезерные станки поддерживают использование других станочных инструментов, помимо фрезерного инструмента, их можно использовать для других процессов обработки, помимо фрезерования, таких как сверление, расточка, развертывание и нарезание резьбы.

Как и большинство процессов обработки с ЧПУ, процесс фрезерования с ЧПУ использует программное обеспечение CAD для создания исходного проекта детали и программное обеспечение CAM 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.

 

 

 

 

Меры предосторожности для фрезерных станков

 

 

 

Фрезерные станки обычно делятся на горизонтальные и вертикальные и различаются по количеству осей движения.

 

 

На вертикальном фрезерном станке шпиндель станка ориентирован вертикально, в то время как на горизонтальном фрезерном станке шпиндель расположен горизонтально. Горизонтальные станки также включают шпиндель во время фрезерования для дополнительной поддержки и устойчивости, а также возможности поддержки нескольких режущих инструментов, например, при фрезеровании колес и фрезеровании с разворотом. Управление как вертикальными, так и горизонтальными фрезерными станками зависит от типа используемого станка. Например, некоторые станки могут поднимать и опускать шпиндель и перемещать стол вбок, в то время как другие станки имеют фиксированный шпиндель и стол, которые перемещаются горизонтально, вертикально и вращательно. При выборе между вертикальными и горизонтальными фрезерными станками производители и цеха должны учитывать требования фрезерного применения, такие как количество поверхностей, которые необходимо фрезеровать, а также размер и форму детали. Например, тяжелые заготовки лучше подходят для операций горизонтального фрезерования, в то время как операции с прошивкой лучше подходят для операций вертикального фрезерования. Также доступно вспомогательное оборудование, которое можно модернизировать на вертикальных или горизонтальных станках для поддержки обратного процесса.

 

 

Большинство фрезерных станков с ЧПУ работают с 3–5 осями, обычно обеспечивая производительность вдоль осей XYZ и, где применимо, вокруг оси вращения. Оси X и Y представляют горизонтальное движение (движение влево и вправо и вперед и назад по плоскости соответственно), тогда как ось Z представляет вертикальное движение (движение вверх и вниз), а W представляет горизонтальное движение. Ось - представляет диагональное движение в вертикальной плоскости. В базовом фрезерном станке с ЧПУ горизонтальное движение возможно по двум осям (XY), в то время как более новые модели допускают дополнительные оси движения, такие как 3-, 4- и 5-осевые станки с ЧПУ. Некоторые характеристики фрезерных станков по количеству осей движения приведены ниже.

 

 

Обработка 3 Axis CNC

 

Может удовлетворить большинство потребностей в обработке

Простая настройка машины

Требуется только одна рабочая станция

Требует высоких знаний оператора

низкая эффективность и качество

 

 

4-осевая обработка с ЧПУ

 

Лучшая функциональность, чем у 3-осевых станков

Более высокая точность и аккуратность, чем у трехкоординатных станков

Настройка станка сложнее, чем у 3-осевых станков

Дороже, чем трехкоординатные станки

 

 

5-осевая обработка с ЧПУ

 

Доступно в различных конфигурациях осей (например, 4+1, 3+2 или 5)

более могущественный

В зависимости от конфигурации удобнее управлять клавишей быстрого доступа, чем трехкоординатными и четырехкоординатными станками.

Более высокий уровень качества и точности

В зависимости от конфигурации, он работает медленнее, чем 3- и 4-осевая обработка.

Дороже, чем 3-осевые и 4-осевые станки

 

 

 

В зависимости от типа используемого фрезерного станка, станок, стол станка или оба компонента могут быть динамическими. Обычно динамические столы перемещаются по оси XY, но они также могут перемещаться вверх и вниз для регулировки глубины резания и вращаться по вертикальной или горизонтальной оси для расширения диапазона резания. Для фрезерных приложений, требующих динамического инструмента, в дополнение к присущему ему вращательному движению станок перемещается вертикально по нескольким осям, позволяя окружности инструмента (а не только его кончику) врезаться в заготовку. Фрезерные станки с ЧПУ с большей степенью свободы обеспечивают большую универсальность и сложность производимых фрезерованных деталей.

 

 

 

Тип фрезерного станка

 

 

Существует несколько различных типов фрезерных станков для различных видов обработки. Помимо классификации исключительно по конфигурации станка или количеству осей движения, фрезерные станки также можно классифицировать по их конкретным характеристикам. Некоторые из наиболее распространенных типов фрезерных станков включают:

 

 

• тип колена
• Тип барана
• Тип кровати (или тип изготовления)
• Доски

 

 

 

Коленного типа: Консольный фрезер имеет фиксированный шпиндель и вертикально регулируемый стол, опирающийся на седло с опорой на колено. В зависимости от положения станка колено может опускаться и подниматься на колонне. Некоторые примеры консольных фрезерных станков включают напольные и настольные горизонтальные фрезы.

 

 

Тип ОЗУ: Фрезерные станки с поршневым механизмом используют шпиндель, закрепленный на подвижном корпусе (т. е. поршне) колонны, что позволяет станку перемещаться по оси XY. Два наиболее распространенных типа вертикальных фрезерных станков включают в себя напольные горизонтальные и поворотные фрезерные станки общего назначения.

 

 

Тип кровати: Фрезерные станки с продольной осью используют стол, закрепленный непосредственно на станке, чтобы предотвратить перемещение заготовки по осям Y и Z. Заготовка расположена под режущим инструментом, который может перемещаться по осям XYZ в зависимости от станка. Некоторые из доступных фрезерных станков с продольной осью включают односторонние, двухсторонние и трехсторонние фрезерные станки. Односторонние станки используют один шпиндель, который перемещается по оси X или Y, в то время как двухсторонние станки используют два шпинделя, а трехсторонние станки используют три шпинделя (два горизонтальных и один вертикальный) для работы по осям XY и XYZ соответственно.

 

 

Строгальные станки: Строгальные станки похожи на станки с продольной фрезерной установкой тем, что у них есть фиксированный стол вдоль осей Y и Z и шпиндель, способный перемещаться вдоль осей XYZ. Однако строгальные станки могут поддерживать несколько станков (обычно до четырех) одновременно, что сокращает время выполнения заказов для сложных деталей.

 

 

Некоторые из специализированных типов фрезерных станков включают в себя станки с вращающимся столом, вращающиеся барабанные и планетарные фрезерные станки. Станки с вращающимся столом имеют круглый стол, который вращается вокруг вертикальной оси, и используют станки на разных высотах для черновой и чистовой обработки. Барабанные фрезерные станки похожи на станки с вращающимся столом, за исключением того, что стол называется «барабаном» и вращается вокруг горизонтальной оси. В планетарных станках стол зафиксирован, а заготовка имеет цилиндрическую форму. Вращающийся инструмент станка перемещается по поверхности заготовки, нарезая внутренние и внешние элементы, такие как резьба.

 

 

 

 

Материал для обработки с ЧПУ

 

 

 

Процесс фрезерования с ЧПУ лучше всего использовать в качестве вторичного процесса обработки для придания финишных характеристик специально разработанным деталям, но его также можно использовать для производства индивидуальных конструкций и специальных деталей от начала до конца. Технология фрезерования с ЧПУ позволяет обрабатывать детали из различных материалов, включая:

 

 

• Металлы (включая сплавы, специальные металлы, тяжелые металлы и т. д.)
• пластики (включая термореактивные материалы и термопласты)
• эластомер
• композитный материал
• дерево

 

 

 

Как и во всех процессах 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 материала. Обработка материалов. Эти критерии определяют пригодность материала для процесса фрезерования и бюджетные ограничения фрезерования соответственно. Выбранный материал определяет тип используемого станка и его конструкцию, а также оптимальные настройки станка, включая скорость резания, скорость подачи и глубину резания.

 

 

 

 

Варианты

 

 

Фрезерование с ЧПУ — это процесс обработки, подходящий для обработки различных материалов и производства различных деталей по индивидуальному заказу. Хотя этот процесс может иметь преимущества по сравнению с другими процессами обработки, он может не подходить для каждого производственного применения, и другие процессы могут оказаться более подходящими и экономически эффективными.

 

 

Некоторые другие более традиционные процессы обработки включают сверление и точение. Как и фрезерование, сверление обычно использует многоточечные инструменты (например, сверла), тогда как точение использует одноточечные инструменты. Однако при вращении заготовка может двигаться и вращаться, как в некоторых фрезерных приложениях, тогда как при сверлении заготовка остается неподвижной на протяжении всего процесса сверления.

 

 

Некоторые нетрадиционные процессы обработки (т. е. не используют станки, но все же используют механические процессы удаления материала) включают ультразвуковую обработку, водоструйную резку и абразивно-струйную обработку. Нетрадиционные, немеханические процессы обработки (т. е. химические, электрические и термические процессы обработки) предлагают другие альтернативы удалению материала с заготовок, которые не используют станки или механические процессы удаления материала, включая химическое фрезерование, электрохимическое удаление заусенцев, лазерную резку и плазменную дуговую резку. Эти нетрадиционные методы обработки поддерживают производство более сложных, требовательных и специализированных деталей, которые обычно не могут быть выполнены с помощью традиционной обработки.