Руководство по фрезерованию профиля: определение, процесс и инструменты

Профильное фрезерование - это фрезерование который формирует заготовку, следуя предварительно разработанному контуру. Он используется для создания точных кривых, контуров и элементов во многих отраслях. В этом руководстве мы обсуждаем, что такое профильное фрезерование, как оно работает на практике, какие инструменты и стратегии используются в этом процессе, а также проблемы, которые необходимо преодолеть операторам.

Что такое профильное фрезерование?

Профильное фрезерование определяется как процесс, в котором вращающийся резец удаляет материал по контуру детали. Инженеры используют профильное фрезерование для создания внешних форм, внутренних контуров и поверхностных текстур на таких материалах, как металлы, пластики и композиты.

Производители ценят профильное фрезерование, поскольку оно обеспечивает постоянное качество и сложную детализацию компонентов. Во многих случаях станок с числовым программным управлением (ЧПУ) направляет резец по заданной траектории инструмента.

Этапы процесса фрезерования профиля

Процесс профильного фрезерования делится на несколько этапов. Каждый этап имеет четкую цель и помогает достичь конечной желаемой формы и качества поверхности.

• Черновая обработка: Машина удаляет большую часть материала. Инженеры используют агрессивные режущие инструменты, такие как круглые пластины и черновые фрезы, чтобы установить общую форму.
• Получистовая обработка: Машина улучшает форму и оставляет равномерный слой материала. Техники используют меньшие, более точные фрезы, чтобы уменьшить остаточный материал.
• Отделка: Машина завершает обработку компонента, удаляя тонкий слой материала, оставшийся после черновой и получистовой обработки. Операторы обычно выбирают такие инструменты, как концевые фрезы со сферическим концом для получения гладкой поверхности.
• Суперфинишная обработка (опционально): Процесс дополнительно улучшает качество поверхности с помощью высокоскоростных методов. Иногда операторы применяют усовершенствованные траектории резания, чтобы минимизировать ручную коррекцию.

Двумерное и трехмерное фрезерование

Профильное фрезерование можно классифицировать как 2D или 3D в зависимости от сложности формы:

• 3D фрезерование профиля: Процесс используется для сложных форм и более глубоких контуров. Фреза движется по нескольким осям, что позволяет создавать детальные геометрии.
• 2D фрезерование профиля: Этот процесс лучше всего подходит для плоских поверхностей и форм с ограниченной глубиной. Фреза движется в основном в одной плоскости.

Выбор и настройка инструмента для профильного фрезерования

Выбор правильного инструмента — одна из важнейших частей процесса профильного фрезерования. Каждому производителю необходимо понимать различия между режущими инструментами и выбирать их в зависимости от планируемых операций. Выбор варьируется для черновой, получистовой, чистовой и суперчистовой обработки.

Инструменты для черновой и получистовой обработки

На ранних этапах профильного фрезерования производители обычно используют следующие инструменты:

• Круглые вставки: Эти пластины прочные и выбираются для черновой обработки, поскольку они позволяют быстро снимать большие объемы материала.
• Концепции с радиусом кривизны: Эти инструменты выбраны потому, что они помогают снизить вибрации во время обработки.

Ниже представлена ​​сводная таблица инструментов для черновой/получистовой обработки:

Тип инструмента	Кейсы	Размер машины/шпинделя	Требования к стабильности	Гибкость
Круглые вставки	Черновая и получерновая обработка	ИСО 40, 50	Высокий	Хорошо
Инструменты с изогнутым радиусом	Черновая и получерновая обработка	ИСО 30, 40	Средний	Хорошо

Инструменты для финишной и суперфинишной обработки

Производители также используют на последних этапах инструменты для тонкой резки. К ним относятся:

• Фрезы со сферическим концом: Эти инструменты популярны из-за их способности работать со сложными поверхностями.
• Цельные твердосплавные инструменты: Они применяются в случаях, когда необходима высокоскоростная резка и точный контроль.

Ниже представлена ​​сводная таблица по инструментам для финишной и суперфинишной обработки:

Тип инструмента	Кейсы	Требования к стабильности	Подходящая операция
Концевые фрезы с шаровой головкой	Отделка и суперотделка	От среднего до низкого	Гладкая отделка поверхности
Твердосплавные концевые фрезы	Отделка и суперотделка	Низкий	Сверхтонкая резка

Кроме того, производители рассматривают такие инструментальные материалы, как карбид для высокой износостойкости и быстрорежущую сталь (HSS) для экономической эффективности. Инженеры выбирают подходящий инструментальный материал на основе условий резания и свойств материала заготовки.

Ниже приведено сравнение материалов инструментов, которое поможет выбрать подходящий инструмент:

Материал инструмента	Главные преимущества	Типичные области применения
карбид	Высокая износостойкость и долговечность	Высокоскоростная обработка твердых материалов
Быстрорежущая сталь (HSS)	Экономически эффективный и гибкий	Обработка общего назначения
Производители керамической посуды	Термостойкость с высокой точностью	Отделка твердых материалов, где точность имеет решающее значение

Преимущества и ограничения профильного фрезерования

Понимая как преимущества, так и ограничения профильного фрезерования, производители могут принимать обоснованные решения, которые улучшают процессы обработки.

Аспект	Наши преимущества	ограничения
Точность и аккуратность	– Высокая чистота поверхности и повторяемость допусков. – Тонкие детали сложной геометрии.	– Износ инструмента и проблемы, связанные с нагревом, со временем могут привести к снижению точности.
Гибкость	– Применимо к различным материалам и сложным формам. – Адаптирован для массового производства.	– Глубокие, крутые полости или очень сложные профили могут создавать проблемы с жесткостью и отводом стружки.
Производительность и эффективность	– Эффективное удаление материала с сокращением ручной обработки. – Оптимизированные траектории резки сокращают время цикла.	– Операции тонкой отделки могут потребовать нескольких проходов, что увеличивает время цикла обработки деликатных деталей.
Оптимизация инструментов и процессов	– Усовершенствованная оснастка позволяет снизить общие затраты при крупносерийном производстве. – Автоматические настройки с помощью адаптивного управления.	– Высококачественные инструменты и техническое обслуживание увеличивают эксплуатационные расходы. – Высокая первоначальная стоимость машины.
Навыки оператора и автоматизация	– При правильном программировании операции становятся высокоповторяемыми и предсказуемыми.	– Высокая зависимость от квалифицированных операторов и передовой интеграции CAD/CAM.
Воздействие на окружающую среду и энергетику	– Сокращение отходов материалов и общее повышение эффективности массового производства.	– Высокоскоростная обработка требует значительных затрат энергии, что может привести к увеличению эксплуатационных расходов.

Применение профильного фрезерования

Многочисленные отрасли промышленности извлекают выгоду из возможностей профильного фрезерования. Технология наиболее распространена в секторах, где точность, сложность и надежная репликация имеют первостепенное значение. Некоторые из наиболее заметных секторов включают:

• Aerospace: Изготовление турбинных лопаток и сложных конструктивных элементов.
• Автомобили: Производство деталей двигателей, коробок передач и кузовных деталей.
• Изготовление пресс-форм и штампов: Формирование высокоточные пресс-формы для литье под давлением и кастинг.
• Медицинское оборудование: Изготовление точных хирургических инструментов и имплантатов.
• Инструментальная и штамповая промышленность: Создание сложных инструментов и штампов для различных производственных процессов.

Ключевые факторы и расчеты при профильном фрезеровании

Каждая операция обработки использует измерения и расчеты для управления процессом и обеспечения наивысшего качества и производительности. Инженеры уделяют пристальное внимание нескольким ключевым факторам во время фрезерования профиля:

Соображения по геометрии

Конструкция каждой детали должна включать измерения минимальных радиусов, максимальных глубин полостей и общей формы. Каждый производитель составляет карту этих размеров, чтобы выбрать правильный инструмент.

Свойства материала

Каждый материал имеет такие свойства, как твердость, прочность и теплопроводность. Каждая машина должна настраивать параметры резки в зависимости от разрезаемого материала. Например, каждый производитель устанавливает более низкие скорости для твердых материалов, таких как сталь, и более высокие скорости для более мягких материалов, таких как алюминий.

Эффективный диаметр резки (Dcap)

Каждый оператор пересчитывает истинную скорость резания, используя эффективный диаметр фрезы, когда глубина резания невелика. Каждый расчет помогает поддерживать безопасную работу.

Расчетные скорости резания и подачи

Каждая компания использует рекомендуемые значения, а затем адаптирует их на основе тестовых резов. Каждый расчет включает корректировку скорости инструмента (vc), подачи на зуб (fz) и конечной скорости резания (vf). Каждый пример показывает, что небольшое изменение в процессе может существенно улучшить общую производительность.

В упрощенной таблице приведены основные параметры расчета:

фактор	Пример значения	Релевантность:
Номинальный диаметр фрезы	10 мм	База для расчета скоростей резания
Глубина резания (ap)	Зависит от операции	Влияет на толщину стружки и распределение тепла
Подача на зуб (fz)	0.08 - 0.12 мм	Определяет качество поверхности и силы резания
Эффективный диаметр резки	Зависит от вовлеченности	Используется для регулировки истинной скорости резания.

Каждый производитель должен выполнять эти расчеты при планировании процесса, чтобы добиться максимально эффективного удаления материала без ущерба для качества заготовки.

Снижение вибраций и увеличение срока службы инструмента

Каждый производитель сталкивается с проблемой вибрации при глубоком или длительном использовании инструмента. Снижение вибрации имеет жизненно важное значение для обеспечения высокой точности заготовки и более длительного срока службы инструмента. Каждый инженер использует несколько методов контроля вибрации:

• Уменьшение глубины резания: Каждый оператор уменьшает глубину резания при обработке глубоких профилей. Каждый станок затем работает в условиях, которые уменьшают прогиб.
• Использование жестких модульных инструментов: Каждая установка использует модульные инструменты с хорошим балансом и низким биением. Каждая машина использует эти инструменты для минимизации изгиба и вибрации.
• Применение демпфирующих инструментов или удлинителей: Каждый инженер использует технологию демпфирования, когда длина инструмента превышает допустимые пропорции. Каждое решение может включать использование тяжелых металлических удлинителей для повышения жесткости изгиба.
• Балансировка режущих и удерживающих инструментов: Каждый оператор обеспечивает правильную балансировку инструментов при высоких скоростях вращения шпинделя. Каждый шаг включает проверку балансировки резки для уменьшения вибрации инструмента.

Методы траектории инструмента: контурная обработка, копировальное фрезерование и альтернативы

Каждый подход к фрезерованию профиля зависит от стратегии траектории инструмента, которую использует станок. Инженеры выбирают между такими методами, как контурное фрезерование и копировальное фрезерование, исходя из сложности форм и возможностей станка.

Контурное фрезерование (фрезерование по ватерлинии)

Каждый оператор использует контурное фрезерование при создании сложных форм. Каждый программный пакет разработан для обеспечения плавных, непрерывных движений инструмента, которые позволяют избежать резких изменений в зацеплении инструмента. Каждое преимущество контурного фрезерования включает в себя улучшенную отделку поверхности, лучший контроль над скоростью резания и снижение резких изменений направления.

Копирование Фрезерование

Каждый метод подразумевает повторение запрограммированного пути для устранения материала предсказуемым образом. Каждый станок, использующий копировальное фрезерование, подвергается риску вибрации инструмента и повторяющихся следов входа и выхода. Каждый станок минимизирует эти риски, используя функции опережающего просмотра в программном обеспечении.

Спиральные и наклонные траектории инструмента

Каждая технология использует винтовой подход для непрерывного взаимодействия инструмента. Каждый процесс минимизирует внезапные нагрузки на инструмент, а программное обеспечение каждого станка повышает долговечность инструмента.

Понижающее фрезерование против восходящего фрезерования

Каждый метод отличается направлением вращения инструмента относительно подачи. Каждый инженер выбирает нисходящее фрезерование, когда требуется гладкая отделка. Каждая альтернатива, восходящее фрезерование, используется для более жестких применений.

Читайте также: Разница в восходящем и попутном фрезеровании

Заключение

Современное производство продолжает получать значительные выгоды от технологии профильного фрезерования. Этот передовой метод позволяет производить очень сложные конструкции, обеспечивая при этом превосходную отделку поверхности. Поскольку спрос на точность и эффективность растет во всех отраслях промышленности, для сохранения конкурентоспособности необходимо соответствовать развивающимся технологиям.

БОЙИ ТЕХНОЛОГИИ специализируется на Услуги высокоточной фрезерной обработки с ЧПУ. Оснащенные передовым оборудованием и инструментами, включая 3-, 4- и 5-осевые фрезерные станки с ЧПУ, мы поставляем сложные и точные компоненты, соответствующие потребностям различных отраслей промышленности по всему миру.

Не ждите — отправляйте свои файлы дизайна или требования к проекту на [электронная почта защищена] сегодня для быстрой сметы и индивидуального решения. Позвольте нам помочь вам воплотить ваши идеи в жизнь с быстротой и точностью.