Фрезерование детали: методы, этапы, оборудование

О чем речь? Фрезерование детали – один из основных видов металлообработки, применяемых на производстве. Позволяет изготавливать объемные изделия разной сложности. Применяется для производства корпусов РЭА, медицинских инструментов, деталей для самолетостроения.

Как выполняется? Фрезеруют изделия разными методами. В зависимости от сложности обработки применяются особые оснастка и оборудование. Наилучший результат показывают станки с ЧПУ.

Суть фрезерования детали

Фрезерование — это высокотехнологичная операция, предназначенная для модификации заготовок, преимущественно из металла, с целью получения деталей с точными размерами и формами. В современных условиях обработка деталей фрезерованием с использованием станков с числовым программным управлением (ЧПУ) становится важным элементом автоматизации производства.

Метод фрезерной обработки деталей дает возможность точно убирать лишний материал, шлифовать пазы, создавать желобки, насечки и другие рельефные элементы, а также производить резку, сверление и восстанавливать изношенные компоненты. Для выполнения этих операций применяют разные типы фрез, включая цилиндрические, шарообразные, конические, торцевые, концевые, зубчатые и фасонные.

Они могут быть как с одной, так и с несколькими режущими кромками, что расширяет их функционал. Фрезерование деталей может происходить в горизонтальной или вертикальной плоскости. Иногда используются многошпиндельные станки. Они позволяют нескольким инструментам работать одновременно в разных направлениях.

Обработка деталей фрезерованием широко применяется в различных секторах промышленности, таких как машиностроение, станкостроение, автомобилестроение, ювелирное дело, производство оружия, обеспечивая необходимые параметры.

Фрезерование детали — это многоступенчатый процесс, где каждый этап играет важную роль в достижении высокой точности, качества готового изделия. Рассмотрим основные шаги обработки:

• закрепление детали для фрезерования: металлическая заготовка тщательно фиксируется на рабочем столе фрезерного станка с использованием особых зажимных устройств;
• подбор и настройка: фрезы и другой режущий инструмент определяются и регулируются в зависимости от требований к результатам процесса;
• установка параметров обработки: определяются точки начала и завершения работы, нулевая точка и координатные оси для точного позиционирования фрез;
• настройка режима: параметры, такие как скорость вращения шпинделя, подача и глубина резки, устанавливаются в зависимости от типа обработки.
• включение системы охлаждения инструмента: для оптимальной работы станка и предотвращения перегрева инструмента;
• основная деятельность: на этом этапе происходит непосредственно фрезерование, начиная с грубой обработки и завершая финишным шлифованием поверхности детали;

• промежуточный контроль: периодическая проверка позволяет выявить дефекты и избежать ошибок на начальных стадиях процесса;
• завершение обработки или переход к следующей стадии.

Каждый тип деятельности требует подходящих инструментов. Например, цилиндрические фрезы имеют свои параметры: их рабочая часть должна быть длиннее глубины реза на 10 мм, а диаметр — соответствовать ширине поверхности.

Торцевые фрезы производят минимальный шум, так как они дополнительно прижимают заготовку к столу во время обработки. Применение многофункциональных наборов инструмента ускорит выполнение сложных задач, повышая производительность при изготовлении деталей с замысловатой геометрией. Многошпиндельные станки, позволяющие использовать несколько фрез одновременно, форсируют обработку и снижают риск ошибок, связанных с возможным смещением заготовки.

Методы фрезерования детали

В обработке металлических заготовок используют несколько подходов, различающихся направлением движения материала относительно инструмента.

Каждый из этих методов обладает рядом особенностей, влияющих на его эффективность и область применения:

Попутный метод фрезерования детали

При его использовании направление вращения фрезы совпадает с вектором подачи материала. Данный метод обеспечивает ряд значительных преимуществ:

• стабильность заготовки: под воздействием инерционных сил деталь, обрабатываемая фрезерованием, надежно удерживается на станине, что минимизирует необходимость ее сильного закрепления и снижает риск деформации материала;
• гладкость обработки: снятие материала происходит плавно и равномерно, что обеспечивает минимальную шероховатость поверхности;
• экономия инструмента: при таком способе фреза изнашивается медленнее, так как режущие кромки остаются острыми в течение более длительного времени.
• быстрое удаление стружки: она отводится эффективно без необходимости использования дополнительных устройств.

Несмотря на свои плюсы, попутный метод имеет и ограничения.

Он не подходит для материалов с твердыми включениями и требует предварительной черновой обработки. Также данная технология может сопровождаться вибрациями, для устранения которых необходимо использовать станки с повышенной жесткостью.

Метод встречного фрезерования деталей

В отличие от попутного метода, встречное фрезерование предполагает движение инструмента против вектора подачи заготовки. Такой подход увеличивает производительность и обладает рядом других преимуществ:

• уменьшение нагрузки на оборудование: снижает износ и продлевает его срок службы;
• точность обработки: фреза плавно воздействует на материал, что позволяет аккуратно увеличивать глубину реза, не выходя за установленные допуски;
• отсутствие вибраций: даже при обработке детали с неровной поверхностью.

Тем не менее, встречное фрезерование деталей имеет недостатки.

Для работы по этому методу требуется жестко фиксировать заготовку, так как силы резания частично направлены вверх и могут приподнять материал. Также это приводит к более быстрому износу фрезы и сложностям с удалением стружки, которая может застревать в зоне воздействия.

Оснастка для фрезерования деталей

Типы инструмента для различных этапов обработки:

• Дисковые фрезы: универсальные. Находят применение в таких операциях, как подрезка, прорезание канавок, создание фасок. Могут иметь режущие грани с одной, двух сторон.
• Торцевые фрезы: идеально подходят для обработки поверхностей, расположенных перпендикулярно направлению вращения инструмента. Чаще всего их применяют для работы с плоскими и ступенчатыми элементами.
• Цилиндрические фрезы: бывают с прямыми и винтовыми зубьями. Применяются на горизонтальных фрезерных станках. Они задействуются в производстве различных элементов для приборо- и машиностроения.
• Угловые фрезы: создают угловые канавки и наклонные поверхности, а также служат для обработки стружечных канавок. По конструкции бывают одно- и двухугловыми — с режущими гранями, расположенными на одном или обоих конусах.

• Пальцевые (торцевые) фрезы: их рабочие кромки позволяют выполнять обработку пазов, уступов, выемок, создавать прямоугольные поверхности.
• Шариковые и радиусные фрезы: первые модели создают полусферические выемки, а вторые — сложные канавки.
• Фасонные фрезы: применяются для работы с профилями сложной формы. Коническая или остроконечная режущая часть помогает создавать разные виды рельефа.
• Червячные фрезы: используются для нарезки на цилиндрических шестернях и колесах прямых или косых зубьев.
• Корончатые фрезы: это тип инструмента, позволяющий формировать отверстия за короткое время, что ускоряет процесс обработки по сравнению с обычным сверлением.

Фрезерование деталей на станке с ЧПУ

Работа на традиционном фрезерном станке требует значительного внимания и аккуратности.

Тем не менее, при использовании стандартных станков всегда существует риск ошибок из-за человеческого фактора, что может отрицательно сказаться на качестве конечного изделия.

Станки с ЧПУ становятся все более популярными, поскольку они позволяют производить фрезерование деталей точно по чертежам с минимальными отклонениями от заданных размеров и высоким качеством поверхности. По сути, процесс на станках с ЧПУ повторяет работу на обычном оборудовании, но здесь все параметры — глубина реза, конфигурация, размеры — задаются в программе. Машина самостоятельно выполняет точные операции, избавляя оператора от необходимости вручную контролировать каждый этап.

Распространение ЧПУ-станков связано с рядом преимуществ. Оператору требуется лишь проверить механизмы станка, установить нужный режущий инструмент, зафиксировать деталь для фрезерования, загрузить программу и запустить работу. В дальнейшем его задача сводится к наблюдению за процессом и снятию готовой детали по завершении. Помимо удобства эксплуатации, станки с ЧПУ обладают следующими преимуществами:

• высокая производительность и значительная скорость изготовления деталей по сравнению с обычными станками;
• быстрая смена инструмента благодаря револьверной головке, которая в зависимости от модели может вмещать до 12 фрез;

• высочайшая точность обработки с отклонением не более 0,01 мм;
• плавное движение фрезы и подачи обеспечивают чистую, почти полированную поверхность;
• возможность создания изделий с любыми конфигурациями, включая сложные;
• простое обслуживание, позволяющее одному оператору работать одновременно на нескольких станках в зависимости от сложности и длительности обработки деталей.

Часто задаваемые вопросы о фрезеровании деталей

Из каких этапов состоит процесс обработки?

Фрезерование требует тщательной подготовки и соблюдения технологии, чтобы достичь точного результата. Этот процесс состоит из нескольких последовательных этапов:

• Подготовительный: на этом шаге рабочий инструмент закрепляется на шпинделе, а деталь для фрезерования надежно фиксируется на рабочем столе станка.
• Настройка параметров: операторы задают ключевые характеристики обработки, включая глубину реза за один проход, направление движения заготовки, плавность подачи и скорость вращения инструмента.

• Пробный запуск: для проверки параметров фрезу запускают на минимальной скорости. Сталь касается фрезы едва заметно, что позволяет убедиться в правильности глубины реза и безопасно оценить настройку станка. После завершения пробного шага шпиндель возвращается в исходное положение, где при необходимости параметры корректируются.
• Основное фрезерование: при втором запуске двигатель включается на рабочую скорость, заготовка подается под фрезу. Оператор контролирует весь процесс.

Как режимы резания влияют на результат?

На старых моделях фрезерных станков настройку всех параметров производит оператор, и от его точности зависит множество факторов:

• направление и плавность подачи материала;
• скорость вращения шпинделя (обороты);
• толщина срезаемого за один проход слоя.

Все данные фиксируются в специальных таблицах, однако возможны погрешности, если используется некачественный материал или оборудование имеет износ. Ошибки могут возникать также из-за ненадежной фиксации детали для фрезерования или чрезмерных вибраций в процессе работы. Для устранения подобных проблем и повышения точности используют станки с ЧПУ, которые позволяют минимизировать риски.

Как правильно ухаживать за оборудованием для фрезерования деталей?

Для обеспечения долговечности и точности работы станка необходимо регулярно проверять его техническое состояние. По завершению работы следует тщательно очистить основные компоненты устройства. Мусор и производственные отходы не следует просто сдувать — их нужно удалять с помощью щеток и кисточек. Пятна масла устраняются тканью, пропитанной керосином. Когда задействуется фреза диаметром более 10 мм, для удобства рекомендуется применять револьверный упор.

Изготовление деталей фрезерованием находит широкое применение в различных отраслях промышленности и металлообработки. Современные технологии позволяют работать с такими материалами, как титан, алюминий, медь, полимеры, композиты и многими другими. Высокая точность фрезеровки позволяет изготавливать не только детали общего назначения, но и компоненты для спецприменений, а также ювелирные изделия.