1. Indledning
CNC fræsning er kernen i moderne bearbejdning, gør det muligt for butikker at forme alt fra rumfartskomponenter til bilstøbeforme.
Valg af den rigtige fræser og strategi påvirker ikke kun delens kvalitet, men påvirker også cyklustiden, værktøjets levetid, og samlede omkostninger.
Især, planfræsning og slutfræsning repræsentere to grundlæggende tilgange, hver med karakteristisk mekanik, Fordele, og begrænsninger.
Ved at forstå deres vigtigste forskelle, ingeniører kan optimere materialefjernelseshastigheder, overfladefinish, og dimensionel nøjagtighed.
2. Hvad er ansigtsfræsning?
Planfræsning står som en hjørnesten i fjernelse af store mængder materiale og plan overfladebehandling i moderne CNC-operationer.
Ved at orientere fræserens rotationsakse vinkelret til arbejdsemnet, planfræsere aktiverer flere skær samtidigt, producerer bredt, flade overflader med høj effektivitet.
Definition og grundlæggende mekanik
I planfræsning, værktøjets perifere tænder og skæreflade begge fjerner materiale. Typisk, skærelegemet spænder over 50 mm til 250 mm i diameter, bolig 8–16 vendeskær.
Da spindlen roterer kl 1000–3000 RPM, fræseren skummer overfladen med en lav aksial skæredybde (Ao ≈ 1–3 mm) og en kraftigt radialt indgreb (re ≈ 30–60 % af diameteren).
Denne kombination maksimerer metalfjernelseshastighed (MRR)- ofte når 500-800 cm³/min i blødt stål – samtidig med at overfladens integritet bevares.
Typiske skæregeometrier
De fleste ansigtsmøller bruger vendbare indsatshoveder, tillader hurtige værktøjsskift og tilpasselige skær. Fælles geometrier omfatter:
- Firkantede eller runde indsatser (8–12 mm indskrevet cirkel) til almindelig fræsning
- High-feed indsatser med reducerede ledningsvinkler (10–20°) at øge MRR
- Indlæg med positiv geometri for lave skærekræfter og fin finish
Spindelforbindelser anvender normalt robuste tilspidsninger (KAT 50 eller HSK 100) for at minimere udløbet (< 3 µm) og sikre stabilitet under tunge skærebelastninger.
Skærekinematik
Planfræsningskinematik understreger:
Aksialt indgreb (Til):
- Styrer skæretykkelse pr. gennemløb
- Typisk rækkevidde: 1–3 mm til skrub, 0.2–0,5 mm til efterbehandling
Radialt engagement (vedr):
- Dikterer skærebredden i snit
- Ofte indstillet til 30–60 % af fræserens diameter til skrub
Foderretning:
- Konventionel fræsning (klatre) forbedrer overfladefinish, men kan øge værktøjsslid
- Klatrefræsning (ned) reducerer skærekræfterne på bekostning af værktøjets levetid
Balancering Ao, vedr, og foder pr. tand (fz ≈ 0,05–0,2 mm) optimerer spånbelastning og varmeafledning.
Funktioner ved ansigtsfræsning
- Skær med stor diameter:
Brede hoveder (op til 250 mm) leverer høj MRR og dækker brede overflader hurtigt. - Lavvandet aksial, Kraftige radiale snit:
Ved at sprede snittet over mange skær reduceres belastningen pr. skær, forlænge værktøjets levetid. - Overfladefinish & Tolerancer:
Med et afsluttende pas (Ao ≈ 0.5 mm, fz ≈ 0.05 mm), butikker opnår Ra 1,6-3,2 µm og fladhed indeni ±0,02 mm over 300 mm. - Maskine & Værktøjsbehov:
Kræver stive møller med 40–60 kW spindler, højflow kølevæske, og præcise værktøjsholdere (udløb < 3 µm).
Fordele ved ansigtsfræsning
- Maksimeret metalfjernelse:
MRR kan overstige 700 cm³/min i stål, reducere skrubbearbejdningscyklusser med op til 50%. - Overlegen fladhed:
Stor skærediameter eliminerer skillelinjer og giver plane overflader med minimale gennemløb. - Effektiv spånevakuering:
Bred fløjtegeometri og højhastighedsspåner klares hurtigt, forhindre genskæring og varmeopbygning. - Lavere skærekræfter pr. tand:
Spredning af belastning over 8-16 skær reducerer individuel spåntykkelse og skærslid.
Ulemper ved ansigtsfræsning
- Dårlig adgang til lodret væg:
Fræsergeometri begrænser muligheden for at bearbejde smalle slidser eller dybe lommer - endefræsere håndterer disse funktioner. - Overhængsbegrænsninger:
Lange værktøjsudvidelser (L/D > 2:1) indføre afbøjning og snak, især i slanke hulrum. - Potentiale for Chatteri:
Højt radialt indgreb på mindre stive maskiner kan excitere spindel- eller emneresonanser. - Indsæt Skiftenedetid:
Hvert indekseringsstop tager ~30–60 sekunder, tilføjer ikke-skærende tid i lange løb.
Anvendelser af planfræsning
- Pladeoverflade & Dækfræsning:
Udjævning af store støbegods eller senge med planhed bedre end 0.02 mm over 300 mm. - Kraftig skrubning:
Fjernelse af 3–5 mm pr. gennemløb i støbegods og smedegods før efterbehandling. - Dø & Skimmelsvamp flueskæring:
Lette skimpas (Ao ≈ 0.5 mm) til planarisering i blokniveau forud for præcisionsfræsning. - Foreløbige skim-pas:
Forberedelse af overflader til endefræsningsfunktioner ved at fjerne spån i millimeterskala.
3. Hvad er endefræsning?
Endefræsning repræsenterer en af de mest alsidig operationer i moderne CNC-bearbejdning.
I modsætning til planfræsning, hvor fræserens akse står vinkelret på emnet, endefræsning justerer værktøjets akse parallel (eller i en lille vinkel) til overfladen.
Som et resultat, endefræsere indgriber materiale både i deres periferi og på deres spids, aktiverer dykker, spaltning, og konturering i en enkelt værktøjsbane.
Definition og kerneskæringsprincipper
Pindfræsere fjerner materiale ved at rotere en multi-rille fræser og forskyde den langs definerede værktøjsbaner.
Maskinmestre kan dykke fræseren ned i emnet, flyt den derefter sideværts for slidsning eller profilering. Nøgleparametre omfatter:
- Radialt engagement (ae): procentdel af værktøjets diameter indkoblet, fra 5% (let efterbehandling) op til 100% (fuld spaltning).
- Aksial skæredybde (ap): spænder fra 0.5 mm i finbearbejdning til 10–25 mm i skrubbearbejdninger.
- Foder pr. tand (fz): typisk 0,02–0,15 mm/tand, afhængig af værktøjets diameter og materiale.
Ved at variere disse, operatører afbalancerer materialefjernelseshastigheden (MRR)—ofte 200–400 cm³/min i stål—med krav til værktøjslevetid og overfladefinish.
Typiske skæregeometrier
Pindfræsere kommer i en lang række forskellige former, der passer til forskellige opgaver:
- Firkantede endemøller: Flad bund til skarpe hjørner og 2D-profiler; diametre fra 2 mm til 32 mm.
- Ball End Mills: Afrundet spids for glatte 3D-konturer; almindelig i form- og formbearbejdning med diametre på 4-20 mm.
- Hjørne radius endefræsere: Indbygget filet på hjørnet, kombinerer styrke og finish; radier fra 0.5 mm til 3 mm.
Derudover, specialtyper omfatte mikro-endefræsere (diametre <2 mm) til fine korridorer og Roughing End Mills med takkede fløjter til at knække spåner og booste MRR.
Skærekinematik
Endfræsningens skærehandling afhænger af værktøjets orientering og værktøjsbane:
- Dykskæring: Operatøren sænker værktøjet lodret ind i emnet (ap op til den fulde værktøjslængde), går derefter over til sidebevægelse.
- Slotting: Kutteren bevæger sig langs en bane med 80–100 % radialt indgreb, skabe slots i et enkelt gennemløb.
- Profilering/konturering: Med let radial indgreb (5–30%), fræseren følger komplekse 2-D- eller 3-D-baner, formende lommer og konturer.
Ved at koordinere spindelhastigheden (500–10000 RPM, afhængig af diameter) med tilførselshastigheder, maskinmestre opretholder stabile spånbelastninger og undgår værktøjsudbøjning.
Funktioner ved endefræsning
- Alsidig dybdekontrol: Du kan justere både aksiale og radiale dybder over et bredt område, tilpasning til skrub- og sletbearbejdning i én værktøjstype.
- Slotting og lommer: Pindfræsere udmærker sig ved at skabe slots ned til 0.5 mm bredde (med mikroværktøjer) og lommer op til 50 mm dyb.
- Contouring komplekse former: Kugle- og hjørneradius-pindfræsere producerer glatte overgange på 3-D overflader, med kammuslinghøjder under 0.02 mm.
- Roughing & Efterbehandling: Skrubningsvarianter håndtag ca >10 mm og ae >50%, mens polerede riller på efterbehandlingsfræsere opnår Ra 0,4–1,6 µm.
Fordele ved endefræsning
- 3-D Konturadgang: Pindfræsere udskærer indviklede geometrier - som turbinebladsprofiler eller medicinske implantatoverflader - uden sekundære opsætninger.
- Høj vertikal nøjagtighed: Stramme tolerancer (±0,01–0,02 mm) på vægge og funktioner sikrer korrekt komponentpasning.
- Kontrolleret spåntykkelse: Ved at begrænse AE til <30%, butikker reducerer skærekræfterne og opnår ensartet værktøjsslid.
- Bredt værktøjsudvalg: Diameter fra 0.5 mm (mikrobearbejdning) op til 50 mm understøtter en bred vifte af materialer og applikationer.
Ulemper ved endefræsning
- Lavere MRR vs. Ansigtsfræsning: Selv aggressive skrub-pindfræsere topper omkring 300–400 cm³/min, omkring halvdelen af, hvad planmøller opnår.
- Højere kræfter pr. tand: Dybe snit koncentrerer belastninger på individuelle fløjter, risikerer kantafslag, især i hårdmetalværktøjer med små diametre.
- Risiko for værktøjsudbøjning: Langrækkende pindfræsere (L/D > 4:1) afbøje under belastning, forårsager dimensionsfejl eller snak.
- Kompleks værktøjsbaneprogrammering: Genererer effektiv slotting, trochoidal, eller 3-akse konturer kræver avancerede CAM-strategier og cyklusoptimering.
Anvendelser af endefræsning
- Præcisionsslidsning & Lommer: Bearbejdning af nøglebaner, T-slots, og indre hulrum til ±0,02 mm.
- 3-D Overfladebehandling: Genererer glatte form- og formkonturer med kuglenæseværktøjer, Opnå RA <0.8 µm.
- Aerospace Feature gravering: Fræsning af kølehuller, fløjtemønstre, og tekst om motorkomponenter med mikro-endefræsere.
- Hjørne afrunding & Affasning: Fremstilling af fileter og affasninger i én omgang, eliminering af sekundære kantbrud.
4. Ansigt vs. Slutfræsning: Hvordan man vælger
Valget mellem plan- og endefræsning afhænger af flere indbyrdes forbundne faktorer.
Ved at vurdere del geometri, mål for materialefjernelse, krav til overflade og tolerance, og maskinkapacitet, du kan bestemme den optimale strategi – eller endda kombinere begge metoder – for at maksimere effektiviteten og delekvaliteten.
Beslutningskriterier
Del geometri
- Flad, ekspansive overflader (f.eks. dæk, flanger) naturligt dragt planfræsning.
- Slots, lommer, og 3-D konturer kræver slutfræsning for præcis adgang.
Påkrævet fladhed & Slutte
- Planfræsere leverer fladhed inden for ±0,02 mm over 300 mm spændvidder og ruhed på Ra 1,6–3,2 µm.
- Pindfræsere opnår strammere lokaliserede funktioner - lodrette vægge til ±0,01 mm og overfladefinish ned til Ra 0.8 µm på små områder.
Materialefjernelseshastighed (MRR)
- Planfræsning 500–800 cm³/min i stål med fræsere med stor diameter.
- Pindfræsning topper omkring 300-400 cm³/min selv med skrub-pindfræsere.
Maskinstivhed & Spindelkraft
- Kraftig planfræsning kræver stive maskiner (40–60 kW spindler, CAT 50/HSK 100 tilspidser).
- Slutfræsning – især mikro- eller lang rækkevidde – kræver spindler med høj hastighed (10 000–20 000 RPM) og minimeret værktøjsudhæng.
Face Milling vs. Slutfræsning — sammenligningstabel
| Kategori | Ansigtsfræsning | Slutfræsning |
|---|---|---|
| Primær funktion | Bearbejdning stor, flade overflader | Bearbejdning af slots, lommer, konturer, og 3D-funktioner |
| Skæreoverflade | Bunden af fræseren (aksial indgreb) | Bund og sider af fræseren (aksial + radialt indgreb) |
| Typisk skæregeometri | Fræsere med stor diameter med vendeskær (Ø50–250 mm) | Hårdmetal eller HSS endefræsere (Ø3–50 mm), kuglenæse, hjørneradius |
Materialefjernelseshastighed (MRR) |
Høj (op til 800 cm³/min i stål) | Moderat (op til 400 cm³/min) |
| Foder pr. tand (Fz) | 0.1–0,3 mm/tand | 0.02–0,15 mm/tand |
| Overfladefinish opnåelig | Ra 1,6-3,2 µm | Ra 0,8–1,6 µm i efterbehandlingsapplikationer |
| Styrker | Fremragende overfladeplanhed, høje fjernelsesrater, god spånevakuering | Adgang til komplekse funktioner, høj præcision på små dele |
| Svagheder | Kan ikke bearbejde lodrette vægge eller dybe hulrum; risiko for snask på lange udhæng | Lavere fjernelsesrater; risiko for værktøjsudbøjning ved høje billedformater |
| Fælles applikationer | Dækfræsning, blokoverflade, grov plade skrubning | Slotting, lommer, profilfræsning, 3D form efterbehandling |
| Maskinkrav | Højt drejningsmoment, stive maskiner til bred skæreindgreb | Højhastigheds spindler; i stand til komplekse 3-akse eller 5-akse bevægelser |
| Værktøjslivsovervejelser | Indsæt slid; har brug for regelmæssig indeksering eller udskiftning | Pindfræserbrud eller flisning, især under lang rækkevidde forhold |
Retningslinjer for bedste praksis for hybridstrategier
- Scene 1 – Skrubbebearbejdning med Face Mill: Fjern 70–80 % af lageret ved lavt aksialt og kraftigt radialt snit.
- Scene 2 – Semi-finishing Pass: Brug en endefræser med middel diameter (ae ~30 %, ap ~2 mm) at trimme hjørner og vægge.
- Scene 3 – Målpas: Brug en fin endefræser (fz <0.05 mm, ap ~0,5 mm) til 3-D konturer og snævre tolerancer.
- Optimer Toolpath: Anvend adaptiv rydning til pindfræsere for at opretholde konstant spånbelastning og minimere værktøjsslid.
- Overvåg vibrationer: Juster Ae og Fz for at undgå snak, især på lang rækkevidde opsætninger.
5. Konklusion
Plan- og endefræsning spiller hver især afgørende roller i moderne bearbejdning.
Planfræsning maksimerer materialefjernelse og flad overfladekvalitet, mens endefræsning låser op for 3D-geometri og stramme funktioner.
Ved at evaluere deldesign, MRR mål, og maskinkapacitet, ingeniører kan implementere den optimale strategi - eller en hybrid sekvens - for at opnå effektiv, produktion af høj kvalitet.
Bevæger sig fremad, innovationer som højfodrende planfræsere og mikro-endefræsere fortsætte med at udvide mulighederne for begge metoder, sikre deres relevans i high-mix, Lavvolumen, og masseproduktionsmiljøer.
DENNE er det perfekte valg til dine produktionsbehov, hvis du har brug for høj kvalitet CNC fræsetjenester.
