Что такое встречное фрезерование. Способы фрезерования: встречное и попутное

Фрезерование это есть ни что иное как механическая обработка разного рода материалов методом резания. Фрезерование выполняется для того, чтобы получить деталь, которая будет иметь необходимую шероховатость, форму или размер в обработанном виде.

Многолезвийный инструмент, который устанавливается на станке, в процессе фрезерования обычно совершает движение вращения, а заготовка, обрабатываемая с помощью этого режущего инструмента, движется в поступательном режиме.

Сам процесс резания при фрезеровке будет характеризоваться сменяющими друг друга холостыми и рабочими циклами зубьев фрез. Кроме того, могут меняться температурные колебания нагревания зубьев, сменой нагрузки, подаваемой на каждый зуб фрезы или сменой толщины снимаемой стружки.

Во время фрезеровки резание детали происходит исключительно на части дуги окружности и только до тех пор, пока зубья находятся в контакте с материалом, который обрабатывается. После этого следует холостой ход.

В процессе фрезерования каждый зуб фрезы должен преодолеть сопротивление своему действию со стороны обрабатываемого материала и силы трения, которые будут действовать на поверхности зубьев фрезы. Как правило, во время резки с заготовкой контактирует не один зуб, а сразу несколько, поэтому станку приходится преодолевать суммарное противодействие. В это время действует суммарная сила резания, она складывается из всех сил, которые действуют на зубья. Схема, по которой будут действовать силы резания во время фрезерования, будет зависеть от способа фрезеровки и типа рабочей фрезы.

Фрезерование, как радиальное, выполняемое торцевой фрезой , так и тангенциальное, с помощью цилиндрической фрезы, может быть выполнено двумя способами. Один из них – встречное фрезерование или против подачи. В этом случае направление движения материала будет противоположно направлению движения фрезы. Второй тип называется попутным фрезерованием или по подаче. В этом случае вращение самой фрезы и подачи будут совпадать.

Если фрезерование встречное , то толщина этого среза будет меняться от нуля, который можно заметить на входе зуба и до максимального значения. Его можно будет зарегистрировать при выходе зуба из контакта с заготовкой, которую он обрабатывает.

Если фрезерование попутное , то процесс резки будет наоборот происходить от максимума до нулевого значения.

Попутное фрезерование начинается с удара, происходящего в момент, когда зуб входит в контакт с обрабатываемой заготовкой, так как толщина среза в данном случае имеет максимальное значение. По этой причине попутную фрезеровку допускается производить только на станках, которые обладают достаточным уровнем жесткости. Кроме того, обязательно контролировать, чтобы не было зазора в сопряжении ходовой винт гайка между поперечной и продольной подачей фрезерного стола.

Если смотреть в целом, то попутная фрезеровка будет более выгодной при чистовых работах, когда корку, образующуюся на поверхности материала, уже сняли, а глубина срезаемого слоя не большая.

Процесс обработки при встречном фрезеровании характеризуется более спокойным резанием, так как толщина удаляемого материала нарастает плавно, а нагрузка на станок увеличивается постепенно. Встречная фрезеровка значительно полезнее при черновой обработке материала, при наличии корки или окалины (поковки).

К станкам с числовым программным управлением предъявляются особые повышенные требования по люфтам механизмов измеряемых в сотых долях миллиметра, по этому попутному фрезерованию здесь отдаётся предпочтение, что не всегда реализуемо на обычных станках.

Попутное и встречное фрезерование, попутное фрезерование, встречное фрезерование, встречное и попутное фрезерование достоинства и недостатки | Проектная компания Высь ">

– фрезерование, при котором направление движения заготовки и вектор скорости резания направлены в разные стороны. Данный метод фрезерования считается традиционным , еще его называют фрезерованием против подачи .

Однако попутное фрезерование является наиболее распространенным видом в современной металлообработке на станках с ЧПУ. Рассмотрим два этих варианта.

1. Толщина стружки на входе в резание максимальная, на выходе равна нулю. Отсутствует трение режущей кромки в момент врезания. Но наблюдается удар при врезании.

2. Силы резания прижимают заготовку к столу станка, стол к направляющим, а пластины в гнезда фрезы.

3. Нет возможности налипания стружки на пластине, и попадания ее между заготовкой и пластиной в момент последующего врезания. Стружка остается позади фрезы и не портит поверхность, удаляется из зоны резания.

4. Трения меньше, температура меньше, износ пластин по задней поверхности меньше это позволяет использовать большие скорости резания, чем при встречном фрезеровании.

5. Требуется станок достаточной мощности и жесткости, чтобы выдерживать удары в момент врезания. Жесткость приспособления также должна быть достаточной, чтобы выдерживать удары при врезании и не позволять сдвинуть заготовку в ту или иную сторону.

6. Требуется отсутствие зазоров между винтом и гайкой стола, так как в момент врезания при ударе может произойти сдвиг стола на величину зазора, что приведет к поломке фрезы. Этот фактор имеет место в основном на универсальных станках. Современные станки с ЧПУ обладают большой точностью и отсутствием каких-либо люфтов.

7. Стойкость фрезы выше, чем при встречном фрезеровании, при равных прочих условиях, кроме случаев, когда фрезерование осуществляется по твердой корке.

8. Обеспечивается высокая точность обработки.

9. Зуб фрезы нагружается скачкообразно, ввиду удара при врезании, что снижает ресурс инструмента.

10. Первый выбор для чистовой обработки и при малых съемах. Иногда на стали делают встречное фрезерование, но это сугубо индивидуально, или при больших вылетах, чтобы исключить вибрации.

11. Также хорошо подходит при обработке тонких деталей при отрезном и прорезном фрезеровании.

12. При попутном фрезеровании боковых стенок происходит отжим инструмента, что приводит к погрешностям обработки, это видно на рисунке ниже. Но если съемы не большие, то этот отжим не так значителен. Поэтому часто необходимы чистовые проходы. При встречном фрезеровании режущую кромку уводит в глубь материала и отжима не происходит.

13. Попутное фрезерование является предпочтительным методом фрезерования.

1. Толщина стружки на входе в резание равна нулю, на выходе максимальная. Режущая кромка в момент врезания некоторое расстояние скользит по поверхности пока не наберется толщина достаточная для врезания режущей кромки. Так на входе происходит трение кромки и выглаживание поверхности, возможно даже упрочнение поверхностного слоя, а также повышенные температуры и отжим фрезы под действием сил трения.

2. Большой износ задней поверхности зуба в результате трения в момент врезания.

3. Более низкие режимы резания ввиду быстрого износа по задней поверхности.

4. Требуется обильное охлаждение.

5. Радиальные силы резания стремятся оторвать заготовку от стола или приспособления. Требуется более надежное крепление заготовки.

6. Стружка большой толщины, образованной на выходе режущей кромки пластины, может налипать и оказаться между пластиной и заготовкой при следующем врезании, что может привести к поломке пластины. Также такое налипание плохо сказывается на стойкости пластины.

7. Резкая разгрузка фрезы на выходе негативно сказывается на устойчивости фрезы.

8. Зуб фрезы нагружается более плавно, что способствует повышению ресурса инструмента.

9. Первый выбор при черновой обработке, обработке по корке, упрочненном поверхностном слое.

10. Не происходит отжима инструмента, так как кромку затягивает при врезании в глубь материала.

11. При встречном фрезеровании требуется больше энергии, чем при попутном.

Несмотря на то, что встречное фрезерование характеризуется больше негативно этот метод в ряде случаев является более выигрышным нежели попутное фрезерование.

Когда используем встречное фрезерование

1. Когда припуск распределен не равномерно.

2. При фрезеровании корки отливки или поковки, при использовании здесь попутного резания будет наблюдаться быстрое притупление кромки и даже поломка пластины.

3. Когда используем керамические пластины при обработке жаропрочных сплавов, так как они плохо переносят удары, которые возникают на входе при попутном фрезеровании.

4. Если производите отрезку куска металла фрезерованием, то часто встречное фрезерование позволяет откинуть кусок в сторону, когда как попутное наоборот может этот кусок переместить под фрезу, что уже не безопасно либо он отлетит в человека, либо сломает фрезу. Поэтому необходимо, чтобы кусок был закреплен отдельным прижимом в любом из случаев.

5. При фрезеровании методом копирования сферическими фрезами встречное фрезерование является предпочтительным, хотя здесь наблюдается чередование и встречного и попутного фрезерования. Здесь максимальная толщина стружки снимается на благоприятных скоростях резания.

6. Если большой вылет инструмента вызывает вибрацию необходимо использовать встречное фрезерование на чистовых проходах.

7. Если мощность шпинделя станка не достаточна и при фрезеровании уступа появляется вибрация попробуйте использовать встречное фрезерование.

8. Если наблюдается пакетирование стружки при фрезеровании глубокого паза попробуйте встречное фрезерование.

На рисунке выше видно, как действуют силы резания: при попутном фрезеровании (б) силы стремятся прижать заготовку к столу, а при встречном (а) наоборот стремятся оторвать заготовку от стола.

При фрезеровании паза на всю ширину наблюдается чередование двух вариантов на одной стороне попутное, на второй встречное фрезерование. Это негативно сказывается на стойкости инструмента и не делает возможным работать с большой глубиной резания и подачей. Часто для такой обработки используют трохоидальный метод обработки.

Как видно, несмотря на то, что популярным методом является попутное фрезерование , во многих случаях встречное фрезерование имеет преимущества. Поэтому всегда необходимо выбирать тот способ, который наиболее подходит для конкретных условий.

Понимая механизм каждого метода, Вы сделаете правильный выбор способа фрезерования для любой Вашей ситуации и тем самым продлите срок службы инструмента, повысите качество, точность, а также и производительность обработки.

Существуют различные виды механической обработки: точение, фрезерование, сверление, строгание и т. д. Несмотря на конструкционные отличия станков и особенности технологий, управляющие программы для фрезерных, токарных, электроэрозионных, деревообрабатывающих и других станков с ЧПУ создаются по одному принципу. В этой книге основное внимание будет уделено программированию фрезерной обработки. Освоив эту разностороннюю технологию, вероят- нее всего, вы самостоятельно разберетесь и с программированием других видов обработки. Вспомним некоторые элементы теории фрезерования, которые вам обязательно пригодятся при создании управляющих программ и работе на станке.

Процесс фрезерования заключается в срезании с заготовки лишнего слоя материала для получения детали требуемой формы, размеров и шероховатости об- работанных поверхностей. При этом на станке осуществляется перемещение инструмента (фрезы) относительно заготовки или, как в нашем случае (для станка на рис. 1.4–1.5), перемещение заготовки относительно инструмента.

Для осуществления процесса резания необходимо иметь два движения – главное и движение подачи. При фрезеровании главным движением является враще- ние инструмента, а движением подачи – поступательное движение заготовки. В процессе резания происходит образование новых поверхностей путем деформирования и отделения поверхностных слоев с образованием стружки.

При обработке различают встречное и попутное фрезерование. Попутное фрезерование, или фрезерование по подаче, – способ, при котором направления движения заготовки и вектора скорости резания совпадают. При этом толщина стружки на входе зуба в резание максимальна и уменьшается до нулевого значения на выходе. При попутном фрезеровании условия входа пластины в резание более благоприятные. Удается избежать высоких температур в зоне резания и минимизировать склонность материала заготовки к упрочнению. Большая толщина стружки является в данном случае преимуществом. Силы резания прижимают заготовку к столу станка, а пластины – в гнезда корпуса, способствуя их надежному креплению. Попутное фрезерование является предпочтительным при условии, что жесткость оборудования, крепления и сам обрабатываемый материал позволяют применять данный метод.

Встречное фрезерование, которое иногда называют традиционным, наблюдается, когда скорости резания и движение подачи заготовки направлены в противоположные стороны. При врезании толщина стружки равна нулю, на выходе – максимальна. В случае встречного фрезерования, когда пластина начинает работу со стружкой нулевой толщины, возникают высокие силы трения, отжимающие фрезу и заготовку друг от друга. В начальный момент врезания зуба процесс резания больше напоминает выглаживание, с сопутствующими ему высокими тем пературами и повышенным трением. Зачастую это грозит нежелательным упрочнением поверхностного слоя детали. На выходе из-за большой толщины стружки в результате внезапной разгрузки зубья фрезы испытывают динамический удар, приводящий к выкрашиванию и значительному снижению стойкости.

В процессе фрезерования стружка налипает на режущую кромку и препятствует ее работе в следующий момент врезания. При встречном фрезеровании это может привести к заклиниванию стружки между пластиной и заготовкой и, со ответственно, к повреждению пластины. Попутное фрезерование позволяет избежать подобных ситуаций. На современных станках с ЧПУ, которые обладают высокой жесткостью, виброустойчивостью и у которых отсутствуют люфты в сопряжении ходовой винт-гайка, применяется в основном попутное фрезерование.

Припуск – слой материала заготовки, который необходимо удалить при обработке. Припуск можно удалить в зависимости от его величины за один или не- сколько проходов фрезы.

Принято различать черновое и чистовое фрезерования. При черновом фрезеровании обработку производят с максимально допустимыми режимами резания для выборки наибольшего объема материала за минимальное время. При этом, как правило, оставляют небольшой припуск для последующей чистовой обработки. Чистовое фрезерование используется для получения деталей с окончательными размерами и высоким качеством поверхностей.

При обработке металлов резанием с помощью цилиндрических и дисковых фрез имеется возможность выбора направления подачи инструмента относительно движения заготовки – попутное и встречное. У каждого из способов обработки есть свои достоинства и недостатки, выбор направления движения зависит от характера обработки детали.

Попутное фрезерование

При попутном режиме резания движение детали совпадает с направлением перемещения фрезы. Главной особенностью данного способа является скачкообразное погружение зуба в заготовку и, соответственно, сильная ударная нагрузка и повышенный износ режущей части. Это наиболее заметно при обработке поверхностно уплотненных деталей, а также при использовании цилиндрического прямозубого инструмента.

Важным эффектом попутного реза является уплотнение поверхности детали. В зависимости от технологических требований это может быть как достоинством, так и недостатком метода. Уплотнение происходит по причине пластинчатой деформации срезаемого слоя. Преимуществом попутной обработки является давление фрезы на заготовку, что увеличивает жесткость сопряжения и точность фрезерования.

Основные достоинства метода:

• Простое удаление стружки благодаря тому, что она образуется позади инструмента.
• Нет необходимости в применении специальных прижимных механизмов, для обеспечения жесткости сопряжения достаточно силы резания.
• Плавный съём металла и, соответственно, высокое качество поверхности.
• Медленный и равномерный износ зубьев фрезы, увеличение ресурса работы инструмента.

Одним из недостатков попутного фрезерования является необходимость отсутствия зазоров при передвижении стола. В противном случае обработка будет сопровождаться серьёзными вибрационными нагрузками и уменьшением качества обработки. Второй важный недостаток – ударная нагрузка на зубья фрезы.

Все эти ограничения позволяют применять попутное фрезерование только на жестких станках при повышенных требованиях к фиксации заготовки. Большое значение играет и качество поверхности, при низком качестве обработки фреза может быстро выйти из строя. Поэтому данный способ фрезерования не подходит для поковок, штамповок и других заготовок без предварительной черновой обработки.

Особенности встречного метода

При встречном фрезеровании направление вращения фрезы противоположно движению детали. Поэтому если при попутном основной действующей силой реза является сминание поверхностного слоя, то при встречном большую часть работы выполняют растяжение и изгиб. Это обеспечивает плавное погружение зуба и увеличение ресурса эксплуатации инструмента даже при обработке деталей с упрочненным поверхностным слоем. Но при этом возможно и проскальзывание зуба, что приводит к увеличению прочности продавленного слоя металла.

Недостатком метода является сложность удаления стружки, непостоянство её толщины. Вследствие этого возникает вибрация и снижается качество обработки. Поэтому требуется максимально прочная фиксация детали.

Выводы

У каждого из методов есть свои достоинства и недостатки, и выбор зависит от условий фрезерования и требований к качеству поверхности. Попутное фрезерование оптимально для:

• чистовой обработки;
• съёма тонкого слоя за один проход;
• фрезерования деталей без поверхностного упрочнения.

Соответственно встречное более всего подходит для черновой обработки и работы с поверхностно упрочненными деталями. Оба способа широко используются в современной металлообработке.

На рис. 21 показан пример обработки торцовой фрезой. В корпус торцовой фрезы 5 установлены вставные зубья — резцы 4. Каждым резцом снимается припуск, определяемый подачей s z и глубиной резания t. Зубья фрезы срезают припуск по криволинейной траектории. В зависимости от расположения обрабатываемой детали относительно фрезы меняются условия резания.

Рис. 21. : 1 — обработанная поверхность, 2— поверхность резания, 3 — обрабатываемая поверхность резания. 4 — резец (вставной нож), 5 — корпус фрезы; v — направление вращения фрезы, s z —подача, приходящаяся на один зуб фрезы, t — глубина резания

Рис. 22. Различные положения торцовой фрезы относительно обрабатываемой детали:

а— симметричное, б — выше центра (встречное фрезерование); в— ниже центра (попутное фрезерование); 1 — фреза, 2 — обрабатываемая деталь; v — направление вращения фрезы, s — направление подачи

На рис. 22 показано различное взаимное положение фрезы и обрабатываемой детали. На рис. 22, а обрабатываемая деталь 2 расположена относительно оси фрезы 1 симметрично. В этом случае сечение стружки в процессе резания хотя и не постоянно, но оказывается примерно одинаковым в момент входа резца в металл и в момент выхода. Направление действия силы резания по отношению к направлению подачи также не постоянно, но остается близким к 90°, особенно, если диаметр фрезы существенно больше ширины обрабатываемой поверхности.

В случае, когда деталь расположена относительно фрезы не симметрично (выше центра), как это показано на рис. 22, б, условия резания значительно изменяются. В момент входа резца в металл сечение стружки оказывается существенно меньшим, чем при его выходе. Движение резца в процессе резания осуществляется всегда навстречу движению подачи. Такие условия резания получили название встречного фрезерования.

Если обрабатываемую деталь сместить относительно оси фрезы в противоположную сторону (ниже центра), как это показано на рис. 22, в, то сечение стружки в момент входа резца в металл станет больше, чем при его выходе, а направление движения резца окажется близким к направлению подачи. Такие условия фрезерования получили название попутного фрезерования.

При обработке хрупких металлов иногда надо создавать условия плавного выхода резца из металла, чтобы не допустить выкрашивания кромки обрабатываемой детали. Это будет соответствовать методу попутного фрезерования. Однако при таком методе всегда возникает опасность произвольного перемещения обрабатываемой детали вместе со столом ставка в направлении движения режущей кромки. Это может произойти, если в механизме перемещения стола имеются большие зазоры. При произвольном перемещении стола процесс резания происходит рывками, увеличивается шероховатость обработанной поверхности и возникает опасность поломки фрезы. Поэтому прежде, чем установить режим попутного фрезерования, необходимо отрегулировать зазоры в механизме движения стола. Для этого на станке предусмотрены соответствующие устройства.

На рис. 23 показано попутное и встречное фрезерование применительно к фрезерованию цилиндрической фрезой.

Рис. 23. Обработка цилиндрической фрезой :

а — попутное фрезерование, б— встречное фрезерование; v— направление вращения фрезы, s п —подача попутная, s в —подачавстречная, s z — подача на один зуб фрезы, t— глубина резания, В — ширина фрезерования

Из рис. 23, а видно, как изменяется сечение стружки от наибольшего значения к наименьшему при попутном фрезеровании и от наименьшего к наибольшему при встречном фрезеровании (рис. 23, б).

Рис. 24. Схема действия сил при встречном и попутном фрезеровании : а— попутное фрезерование, б — встречное фрезерование; R — сила резания, Р х — горизонтальная составляющая силы резания, Р у — вертикальная составляющая силы резания, P ок —окружное усилие, P рад —радиальное усилие, s — направление подачи, v — направление вращения фрезы, D — диаметр фрезы

На рис. 24 показана схема действия сил, возникающих при различных методах фрезерования. Сила резания Rскладывается из окружного усилия Р ок, направление которого совпадает с направлением скорости резания v, и радиального усилия Р рад.величина которого пропорциональна глубине резания. Для сравнения условий резания рассматривается положение режущей кромки, когда она находится под одним и тем же углом относительно вертикали (рис. 24, а, б). В этом случае сечение стружки будет одинаковым. Одинаковым будут и величины силы резания окружного и радиального усилий, но направления векторов силы окажутся различными.

Разложим вектор силы резания на две составляющие Р х и Р у и сравним их действие при попутном и встречном фрезеровании.

Горизонтальная составляющая Р х при попутном фрезеровании действует в том же направлении, что и подача, а вертикальная составляющая Р у направлена вниз, прижимая обрабатываемую деталь к столу.

При встречном фрезеровании горизонтальная составляющая Р х направлена навстречу подаче, а вертикальная составляющая Р у обращена вверх, как бы отрывая деталь от стола. Чем больше величина припуска, тем в большей степени проявляется действие этой составляющей.

Если при попутном фрезеровании опасными являются зазоры в резьбовом соединении ходового винта и гайки станка, с помощью которых стол перемещается в направлении подачи, то при встречном фрезеровании опасность вызывают зазоры в направляющих стола поскольку вертикальная составляющая Р у может приподнять стол вместе с обрабатываемой деталью, а это приведет к возникновению колебаний (вибраций). Механизмы подач стола при встречном фрезеровании испытывают наибольшую нагрузку. Для этого случая регулируются предохранительные механизмы станка.