Фрезерование: процесс, типы, режущий инструмент и сравнение

Механики часто прибегают к плоскому фрезерованию, когда им нужно быстро и точно обрабатывать плоские поверхности. Этот метод предполагает использование фрезы, ось которой параллельна поверхности заготовки, что позволяет всей кромке инструмента выполнять большую часть работы. Производители ценят плоское фрезерование за его скорость, стабильность и простоту настройки.

В этой статье мы познакомим вас с простым фрезерованием, рассмотрим различные типы фрез, объясним, как настроить и выполнить операцию, сравним ее с другими методами фрезерования и поделимся советами по получению наилучших результатов.

Что такое простое фрезерование?

Фрезерование по плоскости, иногда называемое фрезерованием плит или поверхностным фрезерованием, заключается в том, что заготовка удерживается на столе и вращающийся инструмент перемещается по её верхней поверхности. Многочисленные зубья фрезы снимают тонкие слои материала за каждый проход. При правильных условиях обработки получается гладкая, ровная поверхность, параллельная оси фрезы.

Основная идея плоского фрезерования заключается в том, что фреза вращается, и либо фреза, либо заготовка движется по прямой. Это отличает её от методов, где фреза движется по криволинейной траектории или под углом. Плоское фрезерование идеально подходит для строгания больших торцевых поверхностей, оснований или уступов с идеальной ровностью.

Краткая история простого фрезерования

Истоки плоского фрезерования восходят к концу XVIII века, когда мастера искали более быстрые способы ручной обработки плоских поверхностей. Первые фрезерные станки были оснащены простыми резцами и имели ручную подачу. Появление горизонтально-фрезерных станков в середине XIX века стало переломным моментом. Эти станки удерживали резец параллельно столу, что позволяло выполнять более глубокие резы и повышать производительность.

Появление ЧПУ в XX веке преобразило плоское фрезерование, автоматизировав траекторию движения фрезы, подачу и частоту вращения шпинделя. Современные предприятия по-прежнему используют этот проверенный временем метод обработки базовых плоскостей, демонстрируя непреходящую ценность плоского фрезерования.

Основные параметры резания при плоском фрезеровании

Каждая операция плоского фрезерования требует точной настройки:

1. Скорость шпинделя (Н, об/мин)
2. Подача стола (Vf, мм/мин)
3. Подача на зуб (fz, мм/зуб)
4. Глубина резания (ap, мм)
5. Ширина реза (ae, мм)
6. Угол наклона спирали (β, градусы)
7. Количество зубцов (Z)
8. Диаметр фрезы (Dc, мм)
9. Мощность машины (кВт)
10. Расход охлаждающей жидкости (л/мин)

Операторы рассчитывают подачу стола как Vf = fz × Z × N и корректируют другие значения для балансировки отделки, времени цикла и срока службы инструмента.

Допуски и износ инструмента

При правильном обслуживании фрезерная установка может выдерживать допуски ±0.05 мм. Система ЧПУ может увеличить этот допуск до ±0.01 мм для простых плоских поверхностей.

Износ инструмента снижает точность обработки, увеличивая усилия резания и вибрацию. К распространённым видам износа относятся износ по задней поверхности более 0.3 мм, выкрашивание кромок и наростообразование. Мастерские часто меняют фрезы каждые 500 мм³ снимаемого объёма или при ухудшении качества поверхности.

Ожидаемые допуски и качество поверхности

Допуски при плоском фрезеровании обычно составляют от ±0.05 мм до ±0.1 мм. Современные фрезерные станки с ЧПУ с прочным креплением позволяют сузить этот диапазон до ±0.01 мм для простых плоских операций. Шероховатость поверхности при черновой обработке часто составляет Ra 3–6 мкм, а при использовании мелкозубых фрез и контролируемой подачи она может быть снижена до Ra 1.6 мкм и выше. Качество обработки определяется остротой фрезы, стабильностью подачи и жесткостью станка.

Типы плоских фрез

Существует две основные группы плоских фрез: тяжёлые и лёгкие. Оба типа имеют общую цилиндрическую форму с режущими зубьями по краю, но различаются количеством зубьев, углом наклона и сферой применения.

Легкие плоские фрезы

Фрезы для лёгкой обработки имеют больше зубьев и меньший угол режущей кромки, часто менее 25°. Более близкое расположение зубьев обеспечивает более плавный рез и позволяет добиться высокого качества поверхности. Эти фрезы идеально подходят для точного контроля над небольшой глубиной реза, например, при обработке верхней части формы или подгонке деталей, которые должны плавно скользить друг по другу.

На небольшом фрезерном центре оператор выбирает фрезу лёгкого режима работы, чтобы избежать перегрузки шпинделя и уменьшить вибрацию. В результате получается гладкая, ровная поверхность, которая часто практически не требует дополнительной обработки.

Тяжелые плоские фрезы

У прочных фрез обычно меньше зубьев и более крутой угол наклона зубьев, часто от 25° до 45°. Более широкие зазоры между зубьями облегчают отвод стружки. Это делает прочные фрезы хорошим выбором, когда требуется быстро снять большие объёмы материала. Более крутой угол наклона зубьев также снижает вибрацию при резке толстого металла или других твёрдых материалов.

Оператор фрезера выберет мощный резак для таких задач, как выравнивание толстого стального листа или выравнивание большого чугунного блока. Поскольку каждый зубец врезается глубже, процесс происходит быстрее, но оставляет более грубую поверхность. Если впоследствии потребуется более тонкая отделка, можно использовать легкий резак или шлифовальный станок.

Как выбрать резак для вашей работы

Тип резца	Зубы (флейты)	Угол спирали	Кейсы	Глубина резания за проход
Легкий	14-20	<25 °	Алюминий, латунь, пластик (фокус на отделке)	1–3 мм
Тяжелый	6-10	25-45 °	Сталь, чугун, грубая обработка пластин	До 8 мм

Простое правило помогает подобрать размер фрезы к заготовке: выберите фрезу, ширина которой составляет примерно 80% от ширины детали. Более широкие инструменты позволяют реже выполнять проходы и обеспечивают более равномерное резание. Узкие фрезы лучше подходят для обработки деталей с узкими зазорами или угловыми элементами.

Материал фрезы также имеет значение:

• Быстрорежущая сталь (HSS) подходит для общих задач по обработке мягких металлов.
• карбид отлично справляется с твердыми сплавами, такими как титан, нержавеющая сталь и суперсплавы.

Всегда проверяйте требования к мощности. Примерное значение составляет 1 кВт на каждые 25 мм ширины фрезы под нагрузкой.

Пошаговая настройка и процесс фрезерования

Операция простого фрезерования выполняется в чёткой последовательности этапов, что обеспечивает точность и безопасность фрезы и заготовки. Ниже представлен стандартный рабочий процесс.

Выбор типа станка и фрезерования

Сначала выберите между горизонтальным и вертикальным фрезерным станком. Горизонтальные станки лучше всего подходят для обработки больших объёмов материала и плоских широких поверхностей. Вертикальные станки обеспечивают лучший обзор и контроль при выполнении небольших и точных резов.

Крепление заготовки

Затем надёжно закрепите заготовку на столе. Используйте тиски, ступенчатые блоки или угловые пластины для фиксации заготовки. Заготовка не должна смещаться или вибрировать под действием силы резания.

Установка и выравнивание резака

Затем установите выбранную фрезу в шпиндель. Убедитесь, что фреза установлена в держателе ровно. Убедитесь, что ось шпинделя и фрезы совпадает с осью заготовки, чтобы избежать неровностей при резке.

Калибровка машины

Теперь откалибруйте цифровые индикаторы или маховики станка. Установите оси в ноль, задав заданную точку на заготовке. Убедитесь, что перемещения по осям X, Y и Z соответствуют настройкам шкалы.

Установка скорости, подачи и глубины резания

После калибровки установите частоту вращения шпинделя и подачу в соответствии с рекомендациями производителя материала и фрезы. Глубину резания следует планировать так, чтобы каждый проход снимал ровно столько материала, сколько нужно, не перегружая инструмент.

Выполнение разреза

Наконец, запустите шпиндель и введите фрезу в заготовку. Ведите стол или фрезу так, чтобы режущие кромки двигались по прямой линии по поверхности. Следите за плавностью схода стружки и прислушивайтесь к любым необычным шумам. При появлении вибрации или дребезжания внесите небольшие коррективы. Вне процесса резания отслеживается чрезмерная вибрация, необычные звуки и любые признаки износа инструмента.

Материалы для плоского фрезерования

Фрезерование в режиме реального времени позволяет обрабатывать широкий спектр материалов. Для каждой группы материалов требуется своя настройка и инструмент.

• Черные металлы
• Цветные металлы
• жаропрочные сплавы
• Пластмассы и композиты

Твёрдость, теплопроводность и обрабатываемость каждого материала определяют параметры резания. Например:

• Твердые стали
  • Используйте твердосплавные фрезы на меньших подачах, около 0.05 мм/зуб.
  • Глубина реза не превышает 3 мм, что ограничивает накопление тепла.
• Алюминий
  • Используйте фрезы из быстрорежущей стали на более высоких оборотах (скорость резания до 120 м/мин).
  • Подача на зуб может достигать 0.25 мм/зуб, что обеспечивает быстрое снятие материала.
• композиты
  • Более низкая подача помогает избежать выдергивания волокон.
  • Специализированные фрезеры минимизируют расслоение и обеспечивают чистые кромки.

Самые легкие и самые твердые материалы для обработки на станке

• Самый простой: алюминий (особенно серии 6xxx и 7xxx) из-за его низкой прочности и чистой стружки.
• Самый твердый: инконель, из-за его быстрого упрочнения и плохой теплопроводности.

Алюминий позволяет операторам увеличивать скорость и подачу для сокращения времени цикла. Инконель вынуждает снижать скорость, использовать твёрдый сплав с покрытием и мириться с быстрым износом инструмента.

Типы станков и инструментов для плоского фрезерования

Фрезерование по вертикали может осуществляться на станках различных типов:

• Горизонтальные мельницы
  • Лучше всего подходит для интенсивного съема материала с помощью плиторезных станков.
  • Опора оправки и прочные шпиндели выдерживают крутящий момент.
• Вертикальные мельницы
  • Более простая настройка и лучшая видимость для отделочных работ.
  • Торцевые фрезы часто используются в качестве простых фрез в небольших мастерских.
• Универсальные мельницы
  • Поворотные столы позволяют операторам резать наклонные поверхности без повторного закрепления.
• Фрезерные станки с ЧПУ
  • Автоматизируйте многопроходную обработку, смену инструмента и управление охлаждающей жидкостью для бесперебойного производства.

Инструментальные принадлежности включают в себя оправки, адаптеры для торцевых фрез, тиски, угловые пластины и модульные системы креплений.

Преимущества и недостатки плоского фрезерования

Фрезерование по технологии Flat milling имеет очевидные преимущества, но и ограничения. Взвесьте все за и против, прежде чем выбрать этот метод.

Наши преимущества

• Плиткорезы обрабатывают большие объёмы материала за несколько проходов. Это преимущество заключается в сокращении продолжительности цикла.
• Стандартные фрезы остаются доступными по цене. Это преимущество обусловлено малым запасом инструмента.
• В цехах применяется фрезерование металлов, пластиков и композитов. Это преимущество обусловлено широкой областью применения.
• Система ЧПУ гарантирует, что каждый проход будет соответствовать предыдущему. Этот параметр гарантирует стабильное качество деталей.
• Техники настраивают резку слябов быстрее, чем сложные 3D-траектории инструмента. Суть этой простоты — сокращение времени настройки.
• Автоматизированная смена поддонов позволяет магазинам работать без выходных. Цель этой функции — повышение производительности.
• Контролируемая резка оставляет минимум отходов. Суть этого качества — эффективное использование материала.
• Фрезерование в режиме плоских поверхностей позволяет создавать базовые поверхности для сверления, расточки и чистовой обработки. Цель этой роли — интеграция процесса.

Недостатками

• В отличие от контурного фрезерования, при плоском фрезеровании инструмент перемещается только прямыми параллельными проходами, поэтому с его помощью невозможно создавать сложные формы.
• Для получения сверхгладкой поверхности вам может потребоваться дополнительная операция, например, чистовое фрезерование или шлифование.
• Для плоского фрезерования требуется прочная конструкция и жесткая рама станка, чтобы избежать прогиба.

Лучшие практики для бесперебойной работы

Достижение наилучшего результата при фрезеровании сводится к подготовке, контролю и обслуживанию. Следуйте этим советам:

1. Всегда дважды проверяйте зажимы, тиски и приспособления перед началом резки.
2. Тупые фрезы увеличивают вибрацию, снижают качество обработки и сокращают срок службы инструмента. Регулярно меняйте или перетачивайте фрезы.
3. Подберите скорость шпинделя и подачу стола в соответствии с материалом и установленным инструментом. Если вам нужна помощь, обратитесь к таблицам инструментов или руководствам по программному обеспечению.
4. Не снимайте слишком много материала за один проход. Серия неглубоких проходов часто обеспечивает более равномерное резание и увеличивает срок службы инструмента.
5. Если вы слышите стук, уменьшите скорость подачи или глубину резания. Стук оставляет следы на поверхности и может повредить фрезу.
6. Используйте обдув воздухом или щётку для удаления стружки между проходами. Налипший материал может повредить фрезу и заготовку.

Применение этих советов гарантирует бесперебойную работу фрезерных станков и достижение желаемого качества поверхности.

Распространенные ошибки и как их избежать

1. Неправильный выбор фрезы: Выбор лёгкого инструмента для тяжёлой резки приводит к вибрации. Корректировка заключается в подборе инструмента под задачу.
2. Чрезмерный вылет инструмента: длинная оправка, выступающая из шпинделя, вызывает вибрацию. Для решения этой проблемы можно использовать внешние опоры или укороченные оправки.
3. Превышение скорости: Превышение рекомендуемой частоты вращения для фрез из быстрорежущей стали приводит к быстрому износу. Решение проблемы — соблюдение графиков скорости.
4. Пренебрежение износом инструмента: тупые резцы увеличивают силы резания и шероховатость. Профилактика заключается в регулярном осмотре и замене.
5. Плохое выравнивание: даже перекос стола на 0.02 мм создаёт неровности. Решением проблемы является регулировка угла наклона и перпендикулярности перед резкой.

Вопросы стоимости и партии

Расценки на фрезерование обычно варьируются от 60 до 120 долларов в час. Стоимость зависит от:

• Твердость материала и скорость износа резца.
• Размер детали и объем удаления.
• Тип станка (горизонтальный, вертикальный, с ЧПУ).
• Время на установку креплений и откатку.

Для небольших партий простое фрезерование остается экономичным благодаря стандартному инструментарию и быстрой переналадке.

Применение простого фрезерования

Сочетание скорости, точности и гибкости при фрезеровании сделало его краеугольным камнем во многих отраслях:

Аэрокосмическое производство

Детали для аэрокосмической техники требуют строгих допусков и безупречной обработки поверхности. Инженеры используют фрезерование для обработки нервюр крыла, секций фюзеляжа и креплений двигателя. Этот процесс гарантирует точность соединения компонентов и их надежную работу при высоких скоростях и давлении.

Автомобильное производство

Производители автомобилей используют фрезерование блоков двигателей, головок блоков цилиндров и корпусов коробок передач. Высокосерийное производство требует быстрых и повторяемых операций, и фрезерование обеспечивает необходимую производительность без ущерба для точности размеров.

Строительная и тяжелая техника

Крупногабаритные конструктивные элементы, такие как стальные листы для мостов и рамы для землеройной техники, часто изготавливаются в виде черновых отливок. Фрезерование позволяет быстро уменьшить их до точных размеров, что позволяет эффективно выполнять сборку и сварку.

Производство медицинского оборудования

Производителям медицинских приборов необходимы строгие допуски и биосовместимая обработка поверхностей. Фрезерные станки обрабатывают имплантаты из нержавеющей стали и титана, хирургические инструменты и корпуса для диагностического оборудования. Этот процесс обеспечивает точный контроль поверхности, что обеспечивает безопасность пациентов и надежность устройств.

Сравнение простого фрезерования с другими фрезерными операциями

Простое фрезерование имеет сходство с несколькими другие процессы фрезерования, но ключевые различия определяют оптимальный выбор для конкретной задачи.

Эксплуатация	Ориентация оси резака	Режущее движение	Типичные области применения	Качество поверхности и точность
Обычное фрезерование	Параллельно поверхности заготовки	Прямые, линейные проходы	Большие плоские поверхности, базовые грани	Очень высокая плоскостность и качество отделки
Торцевое фрезерование	Перпендикулярно поверхности	Вращательная резка на торце фрезы	Быстрое удаление большого количества материала на широких поверхностях	Умеренная отделка; более быстрое удаление материала
Концевое фрезерование	Вдоль периферии и конца фрезы	Контурная обработка, прорезка, формирование карманов	Сложные профили, пазы, карманы, детальные элементы	Хорошая отделка; отлично подходит для сложных работ
Профильное фрезерование	Изменяет форму в соответствии с профилем	Многокоординатное управление по контуру	Изгибы, контуры, неправильные формы, 3D-профили	Изменяемая отделка; фокус на геометрию

• При плоском фрезеровании используется цилиндрическая фреза, ось которой проходит параллельно заготовке, что делает этот метод идеальным для обработки плоских поверхностей с жесткими допусками и превосходным качеством поверхности.
• Торцевое фрезерование Ось фрезы расположена перпендикулярно, что позволяет быстро снимать большие объемы материала, но с более грубой отделкой.
• Концевое фрезерование добавляет режущие кромки как на периферии, так и на конце инструмента, что позволяет обрабатывать углубления и сложные формы.
• Профильное фрезерование следует заданному пути обработки кривых и неровных контуров, жертвуя некоторой плоскостностью поверхности ради геометрической гибкости.

Поставщик фрезерных услуг

Если вашему проекту требуется надежная обработка плоских поверхностей, BOYI TECHNOLOGY предлагает услуги высшего класса Услуги фрезерования с ЧПУ Подтверждено сертификатом ISO 9001:2015. Наши передовые цеха оснащены 3-, 4- и 5-координатными фрезерными станками, обрабатывающими детали размером от 1 × 1 мм до 4000 × 1500 × 600 мм. Мы обеспечиваем жесткие допуски до ±0.01 мм и быстрые сроки выполнения заказов — даже один день для простых заказов.

Связаться с BOYI TECHNOLOGY сегодня, чтобы обсудить ваши требования к фрезерованию и получить расценки на прототипы или производственные партии.

Заключение

Фрезерование по вертикали — это надежный, эффективный и универсальный метод обработки плоских поверхностей из различных материалов. Благодаря правильному выбору фрезы, настройке станка и контролю процесса производители могут использовать фрезерование по вертикали для достижения высокой скорости съема материала, стабильной точности и превосходного качества поверхности.

FAQ