1. Вступ
Фрезерування з ЧПК лежить в основі сучасної обробки, дозволяючи цехам формувати все, від аерокосмічних компонентів до автомобільних форм.
Вибір правильної фрези та стратегії впливає не лише на якість деталей, але й на тривалість циклу, ресурс інструменту, і загальна вартість.
Зокрема, торцеве фрезерування і торцеве фрезерування представляють два основні підходи, кожен із відмінною механікою, переваги, та обмеження.
Розуміючи їх ключові відмінності, інженери можуть оптимізувати швидкість видалення матеріалу, поверхнева обробка, і розмірна точність.
2. Що таке торцеве фрезерування?
Торцева фрезерна стійка є наріжним каменем видалення великого обсягу матеріалу та плоского наплавлення в сучасних операціях з ЧПК.
Орієнтуючи вісь обертання фрези перпендикулярний до заготовки, торцеві фрези зачіпають декілька пластин одночасно, виробництво широк, плоскі поверхні з високою ефективністю.
Визначення та фундаментальна механіка
У торцевому фрезеруванні, інструменту периферичних зубів і грань різця обидва знімають матеріал. Типово, корпус фрези охоплює 50 мм до 250 мм в діаметрі, житло 8–16 змінних вставок.
Оскільки шпиндель обертається на 1000– 3000 об/хв, фреза очищає поверхню за допомогою a мала осьова глибина різання (Ao ≈ 1–3 мм) і а сильне радіальне зачеплення (re ≈ 30–60% діаметра).
Ця комбінація максимізує швидкість знімання металу (MRR)— часто досягає 500-800 см³/хв з м’якої сталі — при збереженні цілісності поверхні.
Типова геометрія різця
Більшість торцевих фрез використовують змінні вставні головки, дозволяє швидко змінювати інструмент і настроювати ріжучі кромки. Загальні геометрії включають:
- Квадратні або круглі вставки (8–12 мм вписане коло) для загального фрезерування
- Вставки з високою подачею зі зменшеними кутами випередження (10–20°) для підвищення MRR
- Вставки з позитивною геометрією для низьких сил різання та чистої обробки
Шпиндельні з'єднання зазвичай використовують міцні конуси (КІШКА 50 або HSK 100) щоб мінімізувати биття (< 3 мкм) і забезпечують стабільність при великих навантаженнях.
Кінематика різання
Підкреслити кінематику торцевого фрезерування:
Осьове зачеплення (до):
- Контролює товщину різу за один прохід
- Типовий діапазон: 1–3 мм для чорнової обробки, 0.2–0,5 мм для обробки
Радіальне зачеплення (повторно):
- Визначає ширину різця в розпилі
- Часто встановлюється на 30–60% діаметра фрези для чорнової обробки
Напрямок подачі:
- Звичайне фрезерування (підніматися) покращує обробку поверхні, але може збільшити знос інструменту
- Підйом фрезерування (вниз) зменшує сили різання за рахунок довговічності інструменту
Балансування Ao, повторно, і годувати на зуб (fz ≈ 0,05–0,2 мм) оптимізує навантаження на чіп і розсіювання тепла.
Особливості торцевого фрезерування
- Фрези великого діаметру:
Широкі голови (до 250 мм) забезпечують високий MRR і швидко покривають широкі поверхні. - Мілкоосьовий, Важкі радіальні порізи:
Розподіл різу на багато пластин зменшує навантаження на пластину, продовження терміну служби інструменту. - Поверхнева обробка & Допуски:
З фінішною передачею (Ao ≈ 0.5 мм, fz ≈ 0.05 мм), магазини досягають Ra 1,6–3,2 мкм і площинність всередині ± 0,02 мм над 300 мм. - машина & Потреби в інструментах:
Потрібні жорсткі фрези з 40– шпинделі 60 кВт, теплоносій з високим потоком, і точні державки (біття < 3 мкм).
Плюси торцевого фрезерування
- Максимальне видалення металу:
MRR може перевищувати 700 CM³/хв в сталі, скорочення циклів чорнової обробки до 50%. - Покращена площина:
Великий діаметр різання усуває лінії поділу та забезпечує плоскі поверхні з мінімальними проходами. - Ефективне видалення стружки:
Широка геометрія канавок і високошвидкісна стружка очищаються швидко, запобігання повторного різання та накопичення тепла. - Менше зусилля різання на зуб:
Розподіл навантаження на 8–16 пластин зменшує товщину окремої стружки та знос пластини.
Мінуси торцевого фрезерування
- Поганий доступ до вертикальної стіни:
Геометрія фрези обмежує можливість обробки вузьких пазів або глибоких кишень — кінцеві фрези справляються з цими функціями. - Обмеження нависання:
Довгі подовжувачі інструментів (L/D > 2:1) ввести відхилення і балакучість, особливо у тонких порожнинах. - Потенціал для балаканини:
Високе радіальне зачеплення на менш жорстких машинах може викликати резонанс шпинделя або заготовки. - Вставте час простою зміни:
Кожна зупинка індексації займає ~30–60 секунд, додавання часу без різання в тривалих пробігах.
Застосування торцевого фрезерування
- Наплавлення плит & Фрезерування колод:
Вирівнювання великих відливок або грядок з площинністю краще ніж 0.02 мм над 300 мм. - Важка чорнова обробка:
Видалення 3–5 мм за один прохід у виливках і поковках перед чистовою обробкою. - Загинути & Різання цвілі:
Легкі знежирені паси (Ao ≈ 0.5 мм) для планарізації на рівні блоку перед точним фрезеруванням. - Попередні скім-паси:
Підготовка поверхонь для торцевого фрезерування шляхом видалення міліметрової заготівлі.
3. Що таке торцеве фрезерування?
Торцеве фрезерування є одним із найбільш універсальний операції в сучасному верстаті з ЧПК.
На відміну від торцевого фрезерування, де вісь різця стоїть перпендикулярно заготовці, торцеве фрезерування вирівнює вісь інструменту паралельний (або під невеликим кутом) на поверхню.
Як результат, кінцеві фрези зачіпають матеріал як на своїй периферії і на їх кінчику, що дозволяє занурення, прорізування, і контурна пластика в одній траєкторії.
Визначення та принципи різання керна
Кінцеві фрези видаляють матеріал, обертаючи фрезу з декількома канавками та переміщуючи її по визначеній траєкторії.
Машиністи можуть занурити фрезу в заготовку, потім перемістіть його вбік для прорізання або профілювання. Основні параметри включають:
- Радіальне зачеплення (ae): відсоток задіяного діаметра інструменту, з 5% (легка обробка) до 100% (повна прорізка).
- Осьова глибина різання (ап): коливається від 0.5 мм при чистовій обробці до 10–25 мм при чорновій обробці.
- Корм на зуб (fz): зазвичай 0,02–0,15 мм/зуб, залежно від діаметра інструменту та матеріалу.
Змінюючи ці, оператори балансують швидкість видалення матеріалу (MRR)—часто 200–400 см³/хв у сталі — з вимогами до довговічності інструменту та якості поверхні.
Типова геометрія різця
Кінцеві фрези бувають різноманітних форм для виконання різних завдань:
- Квадратні кінцеві фрези: Плоске дно для гострих кутів і двовимірних профілів; діаметри від 2 мм до 32 мм.
- Кульові фрези: Заокруглений кінчик для плавних 3-D контурів; поширений у штампах і прес-формах діаметром 4–20 мм.
- Кінцеві фрези з кутовим радіусом: Вбудована фурнітура на кутку, поєднання міцності та обробки; радіуси від 0.5 мм до 3 мм.
Додатково, види спеціальності включити мікрокінцеві фрези (діаметри <2 мм) для тонких коридорів і чорнові кінцеві фрези із зубчастими канавками для руйнування стружки та підвищення MRR.
Кінематика різання
Ріжуча дія кінцевого фрезерування залежить від орієнтації інструмента та траєкторії інструменту:
- Врізне різання: Оператор занурює інструмент вертикально в заготовку (ap до повної довжини інструменту), потім переходить до бічного руху.
- Прорізування: Фреза рухається по траєкторії з радіальним зачепленням 80–100%., створення прорізів за один прохід.
- Профілювання/контурування: З легким радіальним зачепленням (5–30%), різак слідує складним 2-D або 3-D траєкторіям, формування кишень і контурів.
Шляхом координації швидкості шпинделя (500– 10000 об/хв, в залежності від діаметра) з нормами подачі, машиністи підтримують стабільне навантаження на стружку та уникають відхилення інструменту.
Особливості торцевого фрезерування
- Універсальний контроль глибини: Ви можете регулювати як осьову, так і радіальну глибину в широкому діапазоні, адаптація до чорнової та чистової обробки одним типом інструменту.
- Прорізування та кишені: Кінцеві фрези чудово створюють прорізи 0.5 ширина мм (з мікроінструментами) і кишені до 50 мм глибиною.
- Контурування складних форм: Кулькові та кутові фрези створюють плавні переходи на тривимірних поверхнях, з висотою гребінця під 0.02 мм.
- Чорнова обробка & Закінчення: Чорнові варіанти ручки ап >10 мм і ae >50%, тоді як поліровані канавки на фінішних фрезах досягають Ra 0,4–1,6 мкм.
Плюси торцевого фрезерування
- 3-D Контурний доступ: Кінцеві фрези вирізають складні геометричні форми, як-от профілі турбінних лопатей або поверхні медичних імплантатів, без додаткових налаштувань.
- Висока вертикальна точність: Тісні допуски (±0,01–0,02 мм) на стінах і функції, що забезпечують належну посадку компонентів.
- Контрольована товщина стружки: Обмеживши AE до <30%, цехи зменшують зусилля різання та забезпечують стабільний знос інструменту.
- Широкий вибір інструментів: Діаметри від 0.5 мм (мікромеханічна обробка) до 50 mm підтримує широкий спектр матеріалів і застосувань.
Мінуси торцевого фрезерування
- Нижчий MRR проти. Торцеве фрезерування: Навіть агресивні кінцеві фрези для чорнової обробки досягають 300–400 см³/хв, приблизно половина того, що досягають торцеві фрези.
- Вищі сили на зуб: Глибокі вирізи зосереджують навантаження на окремих канавках, ризик сколів краю, особливо в твердосплавних інструментах малого діаметра.
- Ризик викривлення інструменту: Кінцеві фрези з великим вильотом (L/D > 4:1) прогинатися під навантаженням, спричиняючи помилку розмірів або тремтіння.
- Комплексне програмування траєкторії: Створення ефективних пазів, трохоїдальний, або 3-осьові контури вимагають передових стратегій CAM та оптимізації циклу.
Застосування торцевого фрезерування
- Точне різання & Кишеньковий: Обробка шпонкових пазів, Т-подібні прорізи, і внутрішніх порожнин до ±0,02 мм.
- 3-D Оздоблення поверхні: Створення гладких контурів форми та матриці за допомогою інструментів із кульковим носом, досягнення Ра <0.8 мкм.
- Аерокосмічна функція гравюри: Фрезерування отворів охолодження, візерунки флейти, і текст на компонентах двигуна з мікрокінцевими фрезами.
- Заокруглення кутів & Зняття фаски: Виготовлення галтелів і фасок за один прохід, усунення вторинних розривів краю.
4. Обличчя проти. Кінцеве фрезерування: Як вибрати
Вибір між торцевим і торцевим фрезеруванням залежить від кількох взаємопов’язаних факторів.
Оцінюючи геометрія частини, цілі видалення матеріалу, вимоги до поверхні та допуску, і здатність машини, Ви можете визначити оптимальну стратегію або навіть поєднати обидва методи, щоб максимізувати ефективність і якість деталей.
Критерії прийняття рішення
Геометрія частини
- Плоский, експансивні поверхні (напр.. колоди, фланці) природно костюм торцеве фрезерування.
- Слоти, кишені, і 3-D контури вимагають торцеве фрезерування для точного доступу.
Необхідна площинність & Закінчити
- Торцеві фрези забезпечують площинність у межах ±0,02 мм 300 прольоти мм і шорсткість Ra 1,6–3,2 мкм.
- Кінцеві фрези досягають щільнішої локалізації — вертикальні стінки до ±0,01 мм і обробка поверхні до Ra 0.8 мкм на невеликих площах.
Швидкість видалення матеріалу (MRR)
- Чорнове торцеве фрезерування сталі 500–800 см³/хв фрезами великого діаметру.
- Кінцеве фрезерування досягає приблизно 300–400 см³/хв навіть із чорновими торцевими фрезами.
Жорсткість машини & Шпиндельна потужність
- Для важкого торцевого фрезерування потрібні жорсткі машини (40– шпинделі 60 кВт, CAT 50/HSK 100 звужуються).
- Торцеве фрезерування, особливо для робіт з мікро- або великим витягом, потребує високошвидкісних шпинделів (10 000–20 000 Об / хв) і мінімізований виступ інструменту.
Торцеве фрезерування проти. Торцеве фрезерування — порівняльна таблиця
| Категорія | Торцеве фрезерування | Кінцеве фрезерування |
|---|---|---|
| Первинна функція | Механічна обробка великих розмірів, плоскі поверхні | Обробка пазів, кишені, контури, і функції 3D |
| Ріжуча поверхня | Нижня частина фрези (осьове зачеплення) | Дно і боки фрези (осьовий + радіальне зачеплення) |
| Типова геометрія різця | Фрези великого діаметру зі змінними пластинами (Ø50–250 мм) | Суцільнотвердосплавні або HSS кінцеві фрези (Ø3–50 мм), м'яч ніс, радіус кута |
Швидкість видалення матеріалу (MRR) |
Високий (до 800 см³/хв у сталі) | Помірний (до 400 CM³/хв) |
| Корм на зуб (Fz) | 0.1–0,3 мм/зуб | 0.02–0,15 мм/зуб |
| Досяжна обробка поверхні | Ra 1,6–3,2 мкм | Ra 0,8–1,6 мкм у обробці |
| Сильні сторони | Відмінна рівність поверхні, високі показники видалення, хороша евакуація стружки | Доступ до складних функцій, висока точність дрібних деталей |
| Слабкі сторони | Неможливо обробити вертикальні стінки або глибокі порожнини; ризик тріскотіння на довгих звисах | Нижчі показники видалення; ризик відхилення інструменту при високих співвідношеннях сторін |
| Загальні програми | Фрезерування колоди, блокове наплавлення, чорнова обробка важкої плити | Прорізування, кишеньковий, фрезерування профілю, 3D обробка форми |
| Вимоги до машини | Високий крутний момент, жорсткі машини для широкого зачеплення різців | Високошвидкісні шпинделі; здатний виконувати складні 3- або 5-осьові рухи |
| Термін служби інструменту | Знос вставки; потребує регулярної індексації або заміни | Поломка або відколи кінцевої фрези, особливо в умовах тривалої дії |
Інструкції з найкращої практики для гібридних стратегій
- етап 1 – Чорнова обробка торцевою фрезою: Видаліть 70–80% заготівлі при неглибокому осьовому та сильному радіальному різах.
- етап 2 – Напівфінішний пропуск: Використовуйте торцеву фрезу середнього діаметра (ae ~30%, ap ~2 мм) для обробки кутів і стін.
- етап 3 – Фінішний пропуск: Використовуйте тонку кінцеву фрезу (fz <0.05 мм, ap ~0,5 мм) для 3-D контурів і жорстких допусків.
- Оптимізація траєкторії: Застосуйте адаптивне очищення для кінцевих фрез, щоб підтримувати постійне навантаження на стружку та мінімізувати знос інструменту.
- Вібрація монітора: Налаштуйте Ae і Fz, щоб уникнути балаканини, особливо на установках великої відстані.
5. Висновок
Торцеве та торцеве фрезерування виконують вирішальну роль у сучасній обробці.
Торцеве фрезерування забезпечує максимальне видалення матеріалу та якість плоскої поверхні, у той час як торцеве фрезерування відкриває 3D-геометрію та вузькі елементи.
Оцінюючи дизайн частини, MRR цілі, і можливості машини, інженери можуть розгорнути оптимальну стратегію або гібридну послідовність для досягнення ефективний, високоякісне виробництво.
Рухаючись вперед, інновації, як торцеві фрези з високою подачею і мікрокінцеві фрези продовжуйте розширювати можливості обох методів, забезпечення їх актуальності у високому міксі, низький об'єм, і середовищі масового виробництва.
Це є ідеальним вибором для ваших виробничих потреб, якщо вам потрібна якісна ЧПУ фрезерні послуги.
