Що таке фрезерування з ЧПУ?
Фрезерування з ЧПК, повна назва — Фрезерування з цифровим керуванням, — це процес обробки, який використовує керовані комп’ютером і обертові багатоточкові ріжучі інструменти для поступового видалення матеріалу з заготовки та виготовлення деталі або виробу за індивідуальним замовленням. Цей процес підходить для обробки різних матеріалів, таких як метал, пластик, дерево, а також для виготовлення різноманітних деталей і виробів, розроблених на замовлення.
Численні можливості доступні під егідою послуг точної обробки з ЧПК, включаючи механічну, хімічну, електричну та термічну обробку. Фрезерування з ЧПК — це механічний процес, який включає свердління, токарну обробку та різні інші процеси механічної обробки, що означає, що матеріал видаляється з заготовки механічними засобами, наприклад дією ріжучого інструменту фрезерного верстата.
Ця стаття присвячена процесу фрезерування з ЧПК, викладаючи основи процесу, а також компоненти та інструменти фрезерного верстата з ЧПК. Крім того, у цій статті розглядаються різні операції фрезерування та пропонуються альтернативи процесу фрезерування з ЧПК.
Визначення Міллінга
Що таке фрезерування? Це тип обробки, який використовує інструмент для формування заготовки на столі, який зазвичай є рухомим, хоча деякі фрезерні верстати також мають рухомі інструменти. Спочатку фрезерування було ручною операцією, яку виконували робітники, але сьогодні більшість фрезерних робіт виконується на фрезерних верстатах з ЧПК, які використовують комп’ютери для контролю за процесом фрезерування. Фрезерування з ЧПУ може забезпечити більшу точність і продуктивність, але є ситуації, коли ручне фрезерування може бути корисним. Ручне фрезерування вимагає великих технічних навичок і досвіду, що скорочує час виконання робіт. Це також має додаткову перевагу, оскільки ручні млини дешевші, і користувачам не потрібно турбуватися про програмування машини.
Огляд фрезерування з ЧПК
Як і більшість традиційних механічних процесів обробки з ЧПК, процеси фрезерування з ЧПК використовують комп’ютерне керування для роботи та маніпулювання верстатами, які ріжуть і формують заготовки. Крім того, цей процес складається з тих самих основних етапів виробництва, що й усі процеси обробки з ЧПК, зокрема:
- Проектування моделей САПР
- Перетворення моделей САПР на програми ЧПУ
- Налагодження фрезерного верстата з ЧПУ
- Виконайте фрезерну операцію
Що таке фрезерування з ЧПУ?
Команда Фрезерування з ЧПУ процес починається зі створення 2D або 3D дизайну деталі CAD. Повний дизайн потім експортується у формат файлу, сумісний із ЧПК, і перетворюється за допомогою програмного забезпечення CAM у програму верстата з ЧПК, яка диктує рух верстата та рух інструменту по заготовці. Перед тим, як оператор запустить програму з ЧПК, він готує фрезерний верстат з ЧПК, закріплюючи заготовку на робочій поверхні верстата (тобто на столі) або до тримача заготовки (наприклад, лещата) і монтуючи фрезерний інструмент на верстаті. інструментальний шпиндель. У процесі фрезерування з ЧПК використовуються потужні горизонтальні або вертикальні фрезерні верстати з ЧПК – залежно від специфікацій і вимог фрезерної програми – а також обертові багатоточкові (тобто багатозубі) ріжучі інструменти, такі як фрези та свердла. Коли машина готова, оператор запускає програму через інтерфейс машини, яка пропонує машині виконати операцію фрезерування.
Після запуску процесу фрезерування з ЧПК верстат починає обертати ріжучий інструмент зі швидкістю до кількох тисяч обертів на хвилину. Залежно від типу використовуваного фрезерного верстата та вимог фрезерування, коли інструмент занурюється в заготовку, верстат виконає одну з наступних дій, щоб зробити необхідні надрізи на заготовці:
- Повільно подайте заготовку в нерухомий обертовий інструмент
- Переміщення інструменту по нерухомій заготовці
- Відносний рух інструмента і заготовки
На відміну від процесу ручного фрезерування, у фрезеруванні з ЧПУ верстат зазвичай подає рухому деталь за рахунок обертання ріжучого інструменту, а не за рахунок обертання ріжучого інструменту. Операції фрезерування, які дотримуються цієї угоди, називаються операціями фрезерування підйому, тоді як протилежна операція називається звичайними операціями фрезерування.
Загалом, фрезерування найкраще підходить як допоміжний або фінішний процес до обробленої заготовки, щоб забезпечити визначення деталей деталей, таких як отвори, прорізи та різьблення, або для створення деталей деталей. Однак процес також можна використовувати для формування основного матеріалу від початку до кінця. В обох випадках процес фрезерування поступово видаляє матеріал для створення потрібної форми та форми деталі. Спочатку інструмент вирізає невеликі шматочки або стружки з заготовки, щоб створити приблизну форму. Потім заготівлю фрезерують за вищим графіком і з більшою точністю, щоб завершити деталь із її точними характеристиками та специфікаціями. Часто готову деталь потрібно обробити кілька разів, щоб досягти бажаної точності та допусків. Для деталей зі складнішою геометрією після завершення операції фрезерування та виготовлення деталі відповідно до специфікацій, розроблених на замовлення, відфрезерована деталь переходить до етапів фінішної обробки та подальшої обробки.
Операція фрезерування з ЧПУ
Фрезерування з ЧПУ це процес обробки, придатний для виготовлення високоточних деталей із високим допуском у прототипах, одноразових і малих та середніх серіях. Хоча деталі зазвичай виготовляються з допусками від +/- 2 ниток до +/- 10 ниток, деякі фрезерні верстати можуть досягати допусків +/- 1 ниток або навіть вище. Універсальність процесу фрезерування дозволяє використовувати його в широкому діапазоні галузей промисловості та для різноманітних функцій і конструкцій деталей, включаючи прорізи, фаски, різьби та кишені. Найпоширеніші фрезерні операції з ЧПУ включають:
- Торцеве фрезерування
- Плоске фрезерування
- Кутове фрезерування
- Фрезерування форми
торцеве фрезерування
Торцеве фрезерування, при якому вісь обертання ріжучого інструменту перпендикулярна поверхні заготовки. У цьому методі використовується торцева фреза, яка має зуби як по периметру, так і по поверхні інструменту, де зуби по периметру в основному використовуються для різання, а торцеві зуби використовуються для обробки. Як правило, торцеве фрезерування використовується для створення плоских поверхонь і контурів на готовій деталі та здатне забезпечити більш якісну обробку, ніж інші процеси фрезерування. І вертикальні, і горизонтальні фрезерні верстати підтримують цей процес.
Типи торцевого фрезерування включають торцеві фрези та бічні фрези, які використовують торцеві фрези та бічні фрези відповідно.
Плоске фрезерування
Торцеве фрезерування, також відоме як торцеве фрезерування або фрезерування плит, при якому вісь обертання ріжучого інструменту паралельна поверхні заготовки. Процес використовує звичайні зуби фрези для виконання операцій різання на периферії. Залежно від специфікацій застосування фрезерування, таких як глибина різання та розмір заготовки, доступні вузькі та широкі фрези. Вузькі ножі дозволяють робити глибші надрізи, тоді як широкі ножі можна використовувати для різання більшої поверхні. Якщо торцеве фрезерування вимагає видалення великої кількості матеріалу з заготовки, оператор починає з використання фрези з грубими зубами, низьких швидкостей різання та високих швидкостей подачі, щоб отримати приблизну геометрію деталі, розробленої на замовлення. Потім оператори впроваджують фрези з дрібнішими зубцями, вищі швидкості різання та менші швидкості подачі для виготовлення деталей готової деталі.
Кутове фрезерування
Кутове фрезерування — це коли вісь обертання ріжучого інструменту знаходиться під кутом відносно поверхні заготовки. У процесі використовуються однокутові фрези (під кутом відповідно до конкретної конструкції, що обробляється) для створення кутових елементів, таких як фаски, зубці та канавки. Загальним застосуванням кутового фрезерування є виробництво ластівчин хвостів, де використовуються фрези 45°, 50°, 55° або 60° залежно від конструкції ластівчиного хвоста.
Фрезерування форми
Фрезерування профілів відноситься до операцій фрезерування нерегулярних поверхонь, контурів і профілів, таких як деталі з криволінійними та плоскими поверхнями або повністю криволінійними поверхнями. У цьому процесі використовуються профільні або муфтові фрези, розроблені для спеціальних застосувань, наприклад, опуклі, увігнуті та кутові фрези. Деякі з поширених застосувань фрезерування форм включають виробництво напівсферичних і напівкруглих порожнин, штапиків і профілів, а також складних конструкцій і заплутаних деталей з однієї установки машини.
Інші фрезерні операції
Крім перерахованих вище операцій, фрезерні верстати можуть використовуватися для виконання інших спеціальних фрезерних і механічних операцій. Приклади інших типів фрезерних операцій:
Крок фрезерування: Поетапне фрезерування означає операцію фрезерування, під час якої верстат обробляє дві або більше паралельних поверхонь заготовки одним різом. У процесі використовуються два фрези на одному шпинделі верстата, розташовані так, що фрези знаходяться з обох боків заготовки та можуть фрезерувати обидві сторони одночасно
Комбіноване фрезерування: Що таке комбіноване фрезерування? Комбіноване фрезерування — це фрезерна операція, яка виконується двома або більше інструментами (зазвичай різних розмірів, форм або ширини) на одній оправці верстата. Кожен різак може виконувати ту саму операцію різання одночасно або різні операції різання одночасно, що дозволяє виготовляти більш складні деталі за коротший час виробництва.
Контурне фрезерування: Контурне фрезерування – це те, коли верстат створює траєкторію різання на заготовці вздовж вертикальної або похилої поверхні. У процесі використовується профільне фрезерне обладнання та ріжучі інструменти, які можуть бути розташовані паралельно або перпендикулярно поверхні заготовки.
Зубчаста нарізка: Нарізування зубчастих коліс — це операція фрезерування, яка використовує евольвентну зубчасту фрезу для створення зубів шестерні. Ці фрези є типом профільних фрез і доступні в різних формах і розмірах кроку залежно від кількості зубів, необхідних для конкретної конструкції зубчастого колеса. У цьому процесі для виготовлення зубів шестерень також можна використовувати спеціальні токарні насадки.
Інші процеси обробки: Оскільки фрезерні верстати підтримують використання інших верстатів, крім фрезерних інструментів, їх можна використовувати для інших процесів обробки, крім фрезерування, таких як свердління, розточування, розгортання та нарізання різьб.
Як і більшість процесів обробки з ЧПК, процес фрезерування з ЧПК використовує програмне забезпечення CAD для створення початкової конструкції деталі та програмне забезпечення CAM для створення програми ЧПК, яка надає інструкції обробки для виготовлення деталі. Потім програма ЧПК завантажується на вибраний верстат ЧПК, щоб ініціювати та виконувати процес фрезерування.
Застереження щодо фрезерування
Зазвичай фрезерні верстати поділяються на горизонтальні та вертикальні конфігурації верстатів і розрізняються за кількістю осей руху.
На вертикальному фрезерному верстаті шпиндель верстата орієнтований вертикально, тоді як у горизонтальному положенні шпиндель фрезерного верстата розташований горизонтально. Горизонтальні верстати також включають шпинделі під час фрезерування для додаткової опори та стабільності, а також здатності підтримувати широкий спектр ріжучих інструментів, наприклад, при фрезеруванні з колесами та стрижнями.
Керування як вертикальними, так і горизонтальними фрезерними верстатами залежить від типу використовуваного верстата. Наприклад, деякі верстати можуть піднімати й опускати шпиндель і переміщати стіл убік, тоді як інші верстати мають фіксований шпиндель і стіл, які можуть рухатися горизонтально, вертикально та обертально. Вибираючи вертикальні та горизонтальні фрезерні верстати, виробники та магазини повинні враховувати вимоги до застосування фрезерування, наприклад, кількість поверхонь, які необхідно фрезерувати, розмір і форму деталі. Наприклад, важкі заготовки краще підходять для операцій горизонтального фрезерування, тоді як програми з грузилом краще підходять для операцій вертикального фрезерування. Також доступне допоміжне обладнання, яке може модернізувати вертикальні або горизонтальні машини для підтримки протилежного процесу.
Більшість фрез з ЧПК можуть використовувати від 3 до 5 осей, що зазвичай забезпечує роботу вздовж осі XYZ і (якщо застосовно) навколо осі обертання. Вісь X і Y представляють горизонтальний рух (переміщення ліворуч і праворуч і вперед і назад по площині відповідно), тоді як вісь Z представляє вертикальний рух (переміщення вгору і вниз), а W представляє горизонтальний рух. – Вісь представляє діагональний рух у вертикальній площині. У базових фрезерних верстатах з ЧПК горизонтальне переміщення можливе за двома осями (XY), тоді як новіші моделі допускають додаткову вісь руху, наприклад 3-, 4- та 5-осьові верстати з ЧПК. Нижче наведено огляд деяких характеристик фрезерних верстатів, класифікованих за кількістю осей руху.
3 вісь
- Здатний задовольнити більшість потреб обробки
- Налаштування машини просте.
- Потрібна лише одна робоча станція
- Підвищені вимоги до знань операторів
- зниження ефективності та якості
4 вісь
- Кращі можливості, ніж 3-осьові машини
- Вища точність і точність, ніж 3-осьові машини
- Налаштування машини складніше, ніж 3-осьові верстати
- Дорожче, ніж тривісний верстат
5 вісь
- Можна налаштувати з декількома осями (наприклад, 4+1, 3+2 або 5)
- більш потужний
- Залежно від конфігурації, більш швидкі ключі легше працювати, ніж три- та чотиривісні верстати
- Вищий рівень якості та точності
- Залежно від конфігурації, він працює повільніше, ніж 3- та 4-осьова обробка
- Дорожче, ніж 3-х і 4-осьові машини
Залежно від типу використовуваного фрезерного верстата верстат, стіл верстата або обидва компоненти можуть бути динамічними. Як правило, динамічні столи рухаються вздовж осі XY, але вони також можуть рухатися вгору та вниз, щоб регулювати глибину різання, і обертатися вздовж вертикальної або горизонтальної осі, щоб розширити різання. Для фрезерування, де потрібні динамічні інструменти, окрім властивого йому обертального руху, верстат рухається вертикально вздовж кількох осей, дозволяючи окружності інструменту (а не лише його кінчику) врізатися в заготовку. Фрезерні верстати з ЧПК із більшим ступенем свободи забезпечують більшу універсальність і складність вироблених деталей.
Тип фрезерного верстата
Кілька різних типів фрезерних верстатів доступні для різних застосувань обробки. Окрім класифікації виключно на основі конфігурації машини або кількості осей руху, фрезерні верстати також можна класифікувати відповідно до їхніх конкретних характеристик. Деякі з найпоширеніших типів фрезерних верстатів включають:
- колінний тип
- Баранний тип
- Тип ліжка (або тип виготовлення)
- стругальник
Колінний тип: фрезерні верстати колінного типу мають фіксований шпиндель і вертикально регульований стіл, який спирається на сідло, яке підтримується коліном. Залежно від положення тренажера коліно може опускатися і підніматися на колоні. Деякі приклади колінних млинів включають підлогові та настільні горизонтальні млини.
Тип штока: у фрезерних верстатах із штоком використовується шпиндель, закріплений на колоні, що дозволяє верстату рухатися вздовж осі XY за допомогою рухомого корпусу (тобто RAM). Два найпоширеніші типи вертикально-фрезерних верстатів включають підлогові горизонтальні та фрезерні верстати з ріжучою головкою.
Тип станини: фрезерний верстат типу станини використовує стіл, безпосередньо закріплений на верстаті, щоб запобігти переміщенню заготовки вздовж осей Y і Z. Заготовка знаходиться під ріжучим інструментом, який в залежності від верстата може переміщатися по осі XYZ. Деякі доступні фрезерні верстати з станиною включають односторонні, двосторонні та тристоронні фрезерні верстати. Односторонні машини використовують один шпиндель, який рухається вздовж осі X або Y, тоді як двосторонні машини використовують два шпинделі, тоді як тристоронні машини використовують три шпинделі (два горизонтальних і один вертикальний) для обробки вздовж осей XY і XYZ, відповідно.
Стругальні фрези. Стругальні фрези схожі на станинні, оскільки вони мають стіл, закріплений уздовж осей Y і Z, і шпиндель, який може рухатися вздовж осі XYZ. Однак стругальні верстати можуть одночасно підтримувати декілька верстатів (зазвичай до чотирьох), скорочуючи час виготовлення складних деталей.
Деякі з доступних спеціальних типів фрезерних верстатів включають фрезерні верстати з поворотним столом, барабанні та планетарні фрезерні верстати. Фрезерні верстати з поворотним столом мають круглий стіл, який обертається навколо вертикальної осі та використовує верстати, розташовані на різних висотах для чорнової та чистової обробки. Барабанний фрезерний верстат схожий на верстат з поворотним столом, за винятком того, що стіл називається «барабан» і він обертається навколо горизонтальної осі. У планетарному верстаті стіл нерухомий, а заготовка має циліндричну форму. Машина, що обертається, рухається поверхнею заготовки, нарізаючи як внутрішні, так і зовнішні елементи, наприклад різьблення.
Обробка матеріалів
Процес фрезерування з ЧПК найкраще використовувати як допоміжний процес обробки, щоб забезпечити можливості фінішної обробки деталей, розроблених на замовлення, але його також можна використовувати для виготовлення спеціально розроблених і спеціальних деталей від початку до кінця. Технологія фрезерування з ЧПК дозволяє обробляти деталі з різних матеріалів, зокрема:
- Метали (включаючи сплави, спеціальні метали, важкі метали тощо)
- Пластмаси (включаючи реактопласти та термопласти)
- еластомер
- композитний матеріал
- дерево
Як і в усіх процесах обробки, під час вибору матеріалу для фрезерування слід враховувати кілька факторів, наприклад властивості матеріалу (тобто твердість, міцність на розтягування та зсув, хімічну стійкість і стійкість до високих температур) і економічну ефективність матеріалу. обробний матеріал. Ці критерії визначають, відповідно, чи підходить матеріал для процесу фрезерування та бюджетні обмеження застосування фрезерування. Вибраний матеріал визначає тип використовуваної машини та її конструкцію, а також оптимальні налаштування машини, включаючи швидкість різання, швидкість подачі та глибину різання.
Отже, що таке фрезерування з ЧПУ?
Фрезерування з ЧПК — це процес обробки, який підходить для обробки різних матеріалів і виготовлення різноманітних деталей, розроблених на замовлення. Хоча цей процес може демонструвати переваги перед іншими процесами обробки, він може не підходити для кожного виробничого застосування, а інші процеси можуть виявитися більш придатними та економічно ефективними.
Деякі інші більш традиційні процеси обробки включають свердління та точіння. Подібно до фрезерування, свердління зазвичай виконується багатоточковим інструментом (тобто свердлом), тоді як точіння виконується одноточковим інструментом. Однак під час обертання заготовка може рухатися та обертатися, як деякі фрезерні програми, тоді як під час свердління заготовка залишається нерухомою протягом усього процесу свердління.
Деякі нетрадиційні процеси механічної обробки (тобто без використання верстатів, але все ще з процесами механічного видалення матеріалу) включають ультразвукову обробку, різання струменем води та абразивну струменеву обробку. Нетрадиційні процеси немеханічної обробки (тобто процеси хімічної, електричної та термічної обробки) пропонують інші альтернативи видаленню матеріалу із заготовок, які не використовують верстати або механічні процеси видалення матеріалу, включаючи хімічне фрезерування, електрохімічне видалення задирок, лазерне різання та різання плазмовою дугою. . Ці нетрадиційні методи обробки підтримують виробництво більш складних, більш вимогливих і спеціалізованих деталей, які часто неможливі за допомогою звичайної обробки.
