I. Принципы и факторы влияния попутного и обычного фрезерования на фрезерных станках с ЧПУ
(A) Принципы и связанные с ними факторы попутного фрезерования
В процессе обработки на фрезерном станке с ЧПУ попутное фрезерование является особым методом фрезерования. Когда направление вращения детали, где фреза контактирует с заготовкой, совпадает с направлением подачи заготовки, это называется попутным фрезерованием. Этот метод фрезерования тесно связан с механическими структурными характеристиками фрезерного станка, особенно с зазором между гайкой и винтом. В случае попутного фрезерования, поскольку горизонтальная составляющая силы фрезерования будет изменяться, а между винтом и гайкой есть зазор, это приведет к перемещению рабочего стола и винта влево и вправо. Это периодическое движение является важной проблемой, с которой сталкивается попутное фрезерование, которое делает движение рабочего стола крайне нестабильным. Повреждение режущего инструмента, вызванное этим нестабильным движением, очевидно, и легко вызвать повреждение зубьев режущего инструмента.
В процессе обработки на фрезерном станке с ЧПУ попутное фрезерование является особым методом фрезерования. Когда направление вращения детали, где фреза контактирует с заготовкой, совпадает с направлением подачи заготовки, это называется попутным фрезерованием. Этот метод фрезерования тесно связан с механическими структурными характеристиками фрезерного станка, особенно с зазором между гайкой и винтом. В случае попутного фрезерования, поскольку горизонтальная составляющая силы фрезерования будет изменяться, а между винтом и гайкой есть зазор, это приведет к перемещению рабочего стола и винта влево и вправо. Это периодическое движение является важной проблемой, с которой сталкивается попутное фрезерование, которое делает движение рабочего стола крайне нестабильным. Повреждение режущего инструмента, вызванное этим нестабильным движением, очевидно, и легко вызвать повреждение зубьев режущего инструмента.
Однако попутное фрезерование имеет и свои уникальные преимущества. Сила вертикального фрезерования при попутном фрезеровании направлена на прижатие заготовки к рабочему столу. В этом случае скольжение и трение между зубьями режущего инструмента и обрабатываемой поверхностью относительно невелики. Это имеет большое значение для процесса обработки. Во-первых, это способствует снижению износа зубьев режущего инструмента. Уменьшение износа зубьев режущего инструмента позволяет увеличить срок службы инструмента, снижая затраты на обработку. Во-вторых, это относительно небольшое трение может снизить эффект наклепа. Наклеп повышает твёрдость материала заготовки, что не способствует последующей обработке. Уменьшение наклепа способствует повышению качества обработки заготовки. Кроме того, попутное фрезерование позволяет снизить шероховатость поверхности, делая её более гладкой, что очень важно для обработки заготовок с высокими требованиями к качеству поверхности.
Следует отметить, что применение попутного фрезерования имеет определённые ограничения. Если зазор между винтом и гайкой рабочего стола можно отрегулировать до значения менее 0,03 мм, преимущества попутного фрезерования могут быть реализованы более эффективно, поскольку в этот момент можно эффективно контролировать перемещение. Кроме того, попутное фрезерование также является предпочтительным вариантом при фрезеровании тонких и длинных заготовок. Тонкие и длинные заготовки требуют более стабильных условий обработки. Вертикальная составляющая силы попутного фрезерования способствует фиксации заготовки и снижению таких проблем, как деформация, в процессе обработки.
(B) Принципы и связанные с ними факторы традиционного фрезерования
Обычное фрезерование является противоположностью попутного фрезерования. Когда направление вращения детали, в которой фреза контактирует с заготовкой, отличается от направления подачи (方向) заготовки, это называется обычным фрезерованием. При обычном фрезеровании направление вертикальной составляющей силы фрезерования направлено на подъем заготовки, что приводит к увеличению расстояния скольжения между зубьями режущего инструмента и обрабатываемой поверхностью и увеличению трения. Это относительно большое трение приводит к ряду проблем, таких как ускоренный износ режущего инструмента и более серьезное явление упрочнения обработанной поверхности. Упрочнение обработанной поверхности увеличивает твердость поверхности, снижает прочность материала и может повлиять на точность и качество поверхности последующих процессов обработки.
Обычное фрезерование является противоположностью попутного фрезерования. Когда направление вращения детали, в которой фреза контактирует с заготовкой, отличается от направления подачи (方向) заготовки, это называется обычным фрезерованием. При обычном фрезеровании направление вертикальной составляющей силы фрезерования направлено на подъем заготовки, что приводит к увеличению расстояния скольжения между зубьями режущего инструмента и обрабатываемой поверхностью и увеличению трения. Это относительно большое трение приводит к ряду проблем, таких как ускоренный износ режущего инструмента и более серьезное явление упрочнения обработанной поверхности. Упрочнение обработанной поверхности увеличивает твердость поверхности, снижает прочность материала и может повлиять на точность и качество поверхности последующих процессов обработки.
Однако обычное фрезерование также имеет свои преимущества. Направление горизонтальной составляющей силы фрезерования во время обычного фрезерования противоположно направлению движения подачи заготовки. Эта характеристика способствует плотному прилеганию винта и гайки. В этом случае движение рабочего стола относительно стабильно. При фрезеровании заготовок с неравномерной твердостью, таких как отливки и поковки, где на поверхности могут быть твердые корки и другие сложные ситуации, стабильность обычного фрезерования может снизить износ зубьев режущего инструмента. Поскольку при обработке таких заготовок режущий инструмент должен выдерживать относительно большие силы резания и сложные условия резания. Если движение рабочего стола нестабильно, это усугубит повреждение режущего инструмента, и обычное фрезерование может в определенной степени облегчить эту ситуацию.
II. Подробный анализ характеристик попутного и обычного фрезерования на фрезерных станках с ЧПУ
(A) Углубленный анализ характеристик попутного фрезерования
- Изменения толщины реза и процесса резки
При попутном фрезеровании толщина реза каждого зуба режущего инструмента постепенно увеличивается от меньшей к большей. Когда зуб режущего инструмента только касается заготовки, толщина реза равна нулю. Это означает, что зуб режущего инструмента скользит по режущей поверхности, оставленной предыдущим зубом режущего инструмента на начальном этапе. Только когда зуб режущего инструмента скользит на определенное расстояние по этой режущей поверхности и толщина реза достигает определенного значения, зуб режущего инструмента действительно начинает резать. Такой способ изменения толщины реза существенно отличается от способа обычного фрезерования. При тех же условиях резания этот уникальный способ начала резания оказывает важное влияние на износ режущего инструмента. Поскольку зуб режущего инструмента имеет процесс скольжения перед началом резания, воздействие на режущую кромку режущего инструмента относительно мало, что выгодно для защиты режущего инструмента. - Траектория резания и износ инструмента
По сравнению с обычным фрезерованием, путь, который зубья режущего инструмента проходят по заготовке при попутном фрезеровании, короче. Это связано с тем, что метод резания при попутном фрезеровании делает контактный путь между режущим инструментом и заготовкой более прямым. При таких обстоятельствах, при тех же условиях резания, износ режущего инструмента при использовании попутного фрезерования относительно невелик. Однако следует отметить, что попутное фрезерование подходит не для всех заготовок. Поскольку зубья режущего инструмента каждый раз начинают резание с поверхности заготовки, если на поверхности заготовки есть твердая корка, например, некоторые заготовки после литья или ковки без обработки, попутное фрезерование не подходит. Поскольку твердость твердой корки относительно высока, она будет иметь относительно большое воздействие на зубья режущего инструмента, ускорять износ режущего инструмента и даже может повредить режущий инструмент. - Деформация резания и энергопотребление
Средняя толщина режущей части при попутном фрезеровании большая, что обеспечивает относительно небольшую деформацию резания. Небольшая деформация резания обеспечивает более равномерное распределение напряжений и деформаций в материале заготовки во время резания, что снижает проблемы обработки, вызванные локальной концентрацией напряжений. В то же время, по сравнению с обычным фрезерованием, энергопотребление при попутном фрезеровании меньше. Это объясняется более рациональным распределением силы резания между режущим инструментом и заготовкой при попутном фрезеровании, что снижает ненужные потери энергии и повышает эффективность обработки. В условиях крупносерийного производства или обработки с высокими требованиями к энергопотреблению эта характеристика попутного фрезерования имеет важное экономическое значение.
(B) Углубленный анализ характеристик традиционного фрезерования
- Стабильность движения рабочего стола
При обычном фрезеровании, поскольку направление горизонтальной силы резания, действующей со стороны фрезы на заготовку, противоположно направлению подачи заготовки, винт и гайка рабочего стола всегда могут удерживать одну сторону резьбы в плотном контакте. Эта характеристика обеспечивает относительную стабильность движения рабочего стола. В процессе обработки стабильное движение рабочего стола является одним из ключевых факторов, обеспечивающих точность обработки. По сравнению с попутным фрезерованием, при попутном фрезеровании, поскольку направление горизонтальной силы резания совпадает с направлением подачи заготовки, когда сила, действующая со стороны зубьев режущего инструмента на заготовку, относительно велика, из-за наличия зазора между винтом и гайкой рабочего стола рабочий стол будет перемещаться вверх и вниз. Это движение не только нарушает стабильность процесса резания, влияет на качество обработки заготовки, но и может серьезно повредить режущий инструмент. Таким образом, в некоторых сценариях обработки с высокими требованиями к точности обработки и строгими требованиями к защите инструмента преимущество обычного фрезерования в плане стабильности делает его более подходящим выбором. - Качество обработанной поверхности
При обычном фрезеровании трение между зубьями режущего инструмента и заготовкой относительно велико, что является характерной особенностью традиционного фрезерования. Относительно большое трение приводит к более серьёзному упрочнению обработанной поверхности. Упрочнение обработанной поверхности увеличивает твёрдость поверхности, снижает прочность материала и может повлиять на точность и качество поверхности последующих процессов обработки. Например, при обработке некоторых заготовок, требующих последующей шлифовки или высокоточной сборки, холоднотвёрдая поверхность после традиционного фрезерования может потребовать дополнительной обработки для удаления холоднотвёрдого слоя и соответствия требованиям обработки. Однако в некоторых особых случаях, например, когда предъявляются определённые требования к твёрдости поверхности заготовки или последующий процесс обработки не чувствителен к поверхностному холоднотвёрдому слою, эта особенность традиционного фрезерования также может быть использована.
III. Стратегии выбора попутного и обычного фрезерования при реальной обработке
При обработке на фрезерном станке с ЧПУ выбор попутного или обычного фрезерования требует комплексного рассмотрения множества факторов. Во-первых, необходимо учитывать характеристики материала заготовки. Если материал заготовки относительно твёрдый и на его поверхности имеется твёрдая корка, например, в случае некоторых отливок и поковок, обычное фрезерование может быть лучшим выбором, поскольку оно может в определённой степени снизить износ режущего инструмента и обеспечить стабильность процесса обработки. Однако, если материал заготовки однороден по твёрдости и предъявляются высокие требования к качеству поверхности, например, при обработке некоторых прецизионных механических деталей, попутное фрезерование имеет больше преимуществ. Оно позволяет эффективно снизить шероховатость поверхности и улучшить её качество.
При обработке на фрезерном станке с ЧПУ выбор попутного или обычного фрезерования требует комплексного рассмотрения множества факторов. Во-первых, необходимо учитывать характеристики материала заготовки. Если материал заготовки относительно твёрдый и на его поверхности имеется твёрдая корка, например, в случае некоторых отливок и поковок, обычное фрезерование может быть лучшим выбором, поскольку оно может в определённой степени снизить износ режущего инструмента и обеспечить стабильность процесса обработки. Однако, если материал заготовки однороден по твёрдости и предъявляются высокие требования к качеству поверхности, например, при обработке некоторых прецизионных механических деталей, попутное фрезерование имеет больше преимуществ. Оно позволяет эффективно снизить шероховатость поверхности и улучшить её качество.
Форма и размер заготовки также являются важными факторами. Для тонких и длинных заготовок попутное фрезерование помогает уменьшить деформацию заготовки во время обработки, поскольку вертикальная составляющая силы попутного фрезерования обеспечивает лучшее прижатие заготовки к рабочему столу. Для некоторых заготовок сложной формы и больших размеров необходимо комплексно учитывать устойчивость движения рабочего стола и износ режущего инструмента. Если требования к устойчивости движения рабочего стола во время обработки относительно высоки, более подходящим выбором может быть традиционное фрезерование; если же больше внимания уделяется снижению износа режущего инструмента и повышению эффективности обработки, а также в условиях, соответствующих требованиям обработки, можно рассмотреть попутное фрезерование.
Кроме того, механические характеристики самого фрезерного станка также будут влиять на выбор попутного и обычного фрезерования. Если зазор между винтом и гайкой фрезерного станка можно точно отрегулировать до относительно небольшого значения, например, менее 0,03 мм, то преимущества попутного фрезерования могут быть лучше реализованы. Однако, если механическая точность фрезерного станка ограничена и проблема зазора не может быть эффективно решена, обычное фрезерование может быть более надежным выбором, чтобы избежать проблем с качеством обработки и повреждения инструмента, вызванных движением рабочего стола. В заключение, при обработке на фрезерном станке с ЧПУ соответствующий метод фрезерования попутного или обычного фрезерования должен быть обоснованно выбран в соответствии с конкретными требованиями к обработке и состоянием оборудования для достижения наилучшего эффекта обработки.