Фрезерование попутное – когда направление подачи и движения кромки в точке среза совпадает. Такой способ обеспечивает наилучшую чистоту поверхности. Ниже приведена диаграмма, иллюстрирующая разницу при работе на подаче и против подачи.
Стрелки показывают движение заготовки
Имейте в виду, что на этой иллюстрации движется заготовка, а не шпиндель . На некоторых станках, например на портальном фрезере, шпиндель перемещается, поэтому метки могут меняться.
Попробуйте провести эксперимент на своем станке по резке в обоих направлениях, и вы увидите, что попутное фрезерование дает более гладкую поверхность (это в большинстве случаев. Однако, бывают и ситуации, когда встречное дает лучший результат). Обратите внимание, что в зависимости от того, каким образом вы фрезеруете, вам необходимо убедиться, что деталь не сместится от нагрузок, приложенных в этом направлении.
Характеристики встречного фрезерования:
- Ширина стружки начинается с нулевой и увеличивается по мере того, как фреза заканчивает нарезку;
- В процессе резки создаются восходящие силы, которые стремятся поднять заготовку во время фрезерования;
- При встречном фрезеровании требуется больше энергии, чем при попутном;
- Качество обрабатываемой поверхности становится хуже, потому что стружка поднимается стружечными канавками и падает перед режущим инструментом. В результате большинство стружки режется повторно. В данной ситуации может помочь подача СОЖ в зону реза;
- Инструмент изнашивается быстрее, чем при попутном фрезеровании;
- Встречное предпочтительно для обработки шероховатых поверхностей;
- Инструмент отклоняется параллельно направлению подачи
Особенности попутного фрезерования:
- Ширина стружки начинается с максимальной и уменьшается;
- Стружка падает за режущим инструментом, тем самым уменьшается ее повторный рез;
- Меньше износ инструмента – срок службы продлевается на 50%;
- Улучшается качество обработки поверхности из-за меньшего вторичного нарезания;
- Требуется меньшая мощность;
- Резание на подаче оказывает нисходящее усилие на деталь, что упрощает требования к ее креплению. Нисходящее усилие также может помочь уменьшить вибрацию при установке станка на тонких полах;
- Фрезерование на подаче снижает упрочнение детали;
- Тем не менее, оно может вызывать сколы при фрезеровании горячекатанных материалов из-за закаленного слоя на поверхности.
- Отклонение инструмента происходит перпендикулярно подаче, поэтому оно может увеличивать или уменьшать ширину разреза и влиять на точность.
Люфт и попутное фрезерование
Существует следующая проблема с попутной фрезеровкой, которая заключается в том, что инструмент может выбирать люфт передачи , если силы резания достаточно велики. Проблема в том, что в процессе резания рабочий стол будет тянуться на счет усилий на фрезе. И если в передаче есть люфт, это приведет к смещению стола с заготовкой на величину люфта. И, если величина люфта будет достаточной, и режущий инструмент работает с достаточной мощностью - это вызовет вибрацию, может привести к поломке инструмента и возможно даже травме оператора из-за летящих осколков. Поэтому многие мастерские запрещают попутную фрезеровку, на всех станках, у которых известен люфт. Некоторые станки оборудуются передачами с выборкой люфта, например ШВП с двойными гайками.Один из способов рассмотреть этот вопрос – подойти к нему с точки зрения подачи зуб. Это показатель того, сколько материала каждый зуб режущего инструмента пытается срезать. Типичные значения для чистовой обработки составляют от 2-4 сотки на зуб. Для черновой обработки эта величина может увеличиться до нескольких десяток. В худшем случае попутное фрезерование может зацепить станину и рывком переместить деталь на всю величину люфта в тот момент, когда зуб режет деталь. Поэтому к моменту врезания следующего зуба подача увеличится на величину люфта. Предположим, что черновая подача на оборот равна 6 соток и есть люфт 4 сотки. В худшем случае подача на зуб может внезапно увеличиться до 0.1 мм. Это, конечно, еще не конец света, но уже порядочная нагрузка. Теперь предположим, что у вас более старый станок с люфтом 0.3 мм и подача на зуб составляет 8 соток. Если случится выборка люфта, то следующий зуб начнет резать стружку в 0.38 мм вместо 0.08. Это с большой вероятностью означает поломку инструмента.
Нужно учитывать, достаточно ли сила резания для того, чтобы выборки люфта. Многое будет зависеть от сценария точной обработки вашего станка. Если у вас легкий стол на шариковых направляющих с низким трением, он может легко схватиться инструментом. Если у вас много железа на столе, и, вы работаете с затянутыми регулировочными клиньями, возможность схватывания будет меньше. Есть способы рассчитать силу резания, нов в общем подходе необходимы использовать меньшие концевые фрезы, меньшую глубину резания, более низкие подачи и более низкую скорость вращения шпинделя – все это уменьшает силу резания и вероятность схватывания и выборки люфта.
Кстати, станки с ЧПУ вообще-то не должны иметь заметного люфта, поэтому это больше касается ручных машин.
При определенных условиях попутное фрезерование создает отрицательную геометрию резания.
До этого момента, вы, вероятно, думали, что стоит использовать попутное фрезерование везде где можно. Ведь такой подход создает лучшее качество обрабатываемой поверхности, требует меньше энергии и менее подвержен отклонению режущего инструмента. А операторы, работающие в ручном режиме, говорят что не стоит использовать попутное, потому что это опасно при работе на машине с люфтом. На самом деле, правда где-то посередине. Можно отметить следующие эмпирические правила:
- При фрезеровании на глубину в половину диаметра фрезы или меньше лучше использовать попутное (при условии, что у вашей машины низкий люфт, и это безопасно);
- При фрезеровании на глубину ¾ диаметра фрезы способ фрезерования не имеет значения;
- При фрезеровании на глубину ¾ - 1 диаметра фрезы лучше встречное.
Каким образом направление фрезерования подачи влияет на отклонение и точность инструмента?
На следующем рисунке показаны небольшие стрелки (называемые векторами), показывают направление отклонение инструмента, когда резец перемещается по траектории инструмента:
Стрелки показывают где режущее усилие пытается отклонить фрезу. Встречный рез вверху, попутное фрезерование внизу
Обратите внимание, что вектор отклоняющей силы более параллелен разрезу при встречном фрезеровании (хотя стрелки длиннее и показывают более высокие силы резания). При фрезеровании на попутной подаче вектор силы практически перпендикулярен разрезу. Если ваша фреза отклоняется на 3 сотки, не является ли более предпочтительным направить его вдоль подачи? Также альтернативой может быть удаление или углубление фрезы в линию реза(изменения съема за проход). Обратно, длины векторов при встречном больше, чем при попутном. Это говорит о том, что силы резания более мощные, и инструмент с большей вероятностью отклонится.
Попробуйте использовать попутное фрезерование для черновой обработки, потому что это даст вам возможность работать быстрее, а эффект от отклонения инструмента существенно не влияет на точность и не имеет значения – последующий финишный проход обеспечит точность. Вы можете грубо работать значительно быстрее, потому что усилие резания меньше и толсто-тонкий профиль стружки переносит тепло на стружку. Стружка уносит тепло, что особенно важно для обработки твердых материалов таких как нержавеющая сталь. Тем самым обеспечивается лучшее качество обрабатываемой поверхности, если вы можете позволить повторный финишный проход.
Встречное фрезерование для финишной обработки
Это противоречит здравому смыслу, по мнению большинства операторов станков. При прочих равных условиях они правы, но есть нюансы.Проблема в том, что отклонение влияет и на чистоту поверхности. Если вектор сил резания почти параллелен направлению подачи, вы можете считать, что часть вектора, которая толкает его «от параллели» очень мала. Потому инструмент будет иметь небольшую тенденцию отклоняться и наносить «волны».
Обратите внимание, что это может быть особенно важно при работе с тонкими стенками, где они очень тонки!
Поэтому важно перейти на встречное фрезерование для финишной обработки, если вам вообще неприемлемо отклонение. По крайней мере, следует избегать слишком большой глубины реза при попутном фрезеровании, чтобы избежать отклонений. Чтобы свести отклонения к минимуму, следует использовать не более 30% диаметра режущего инструмента для встречного фрезерования и 5% для попутного.
Правильное управление отклонением может помочь вам избежать необходимости дополнительного фрезерования для очистки поверхности.
Встречное фрезерование для микрообработки
По тем же причинам, а особенно если учесть, что отклонение намного хуже влияет на микрофрезерование, стоит выбирать встречный тип вместо попутного для обработкиРазбираемся в разнице качества фрезерования при встречном и попутном направлении режущих граней относительно материала.
Во время встречного фрезерования зуб фрезы во время снятия стружки с обрабатываемого материала нагружается плавно, благодаря чему ресурс инструмента исчерпывается гораздо дольше по сравнению с попутным фрезерованием.
Такой способ фрезерования также поможет продлить срок службы фрезы в случае с поверхностно уплотненной заготовкой, так как снятие стружки начинается с неплотного подкоркового слоя материала.
В зависимости от направления вращения фрезы выделяют 2 типа фрезерования: встречное и попутное.
Попутным называют такой способ фрезерования, при котором подача материала совпадает с направлением вращения фрезы, рис.1.
Рис. 1. Встречное фрезерование - А. Попутное фрезерование- Б.
Если же направление фрезерования и подача противоположно направлены, то имеем дело со встречным фрезерованием
Как недостатки, так и преимущества есть у обоих способов.
При попутном фрезеровании зуб фрезы в момент входа в заготовку нагружается скачкообразно, происходит удар о поверхность обрабатываемого материала. Как следствие из этого получаем повышенный износ инструмента. Наиболее существенно этот эффект проявляется при обработке поверхностно уплотненного материала и обработке поверхности прямозубыми цилиндрическими фрезами.
При попутном фрезеровании происходит уплотнение обрабатываемой поверхности. Это, конечно, нельзя однозначно отнести к достоинствам или недостаткам. Уплотнение связано с тем, что непосредственно в зоне обработки происходят пластические деформации срезаемого слоя материала, а благодаря тому, что силы давления фрезы и реакции заготовки в зоне обработки направлены встречно, происходит сминание (то самое уплотнение) слоя материала заготовки.
Благодаря тому, что фреза в процессе работы давит на заготовку, прижимая ее к опорной поверхности и тем самым увеличивая жесткость сопряжения, точность обработки получается выше, по сравнению со встречным фрезерованием.
Во время встречного фрезерования зуб фрезы во время снятия стружки с обрабатываемого материала нагружается плавно, благодаря чему ресурс инструмента исчерпывается гораздо дольше по сравнению с попутным фрезерованием. Такой способ фрезерования также поможет продлить срок службы фрезы в случае с поверхностно уплотненной заготовкой, так как снятие стружки начинается с неплотного подкоркового слоя материала. В области же плотной корки (выделена область «А» на рис.1 б) разделение материала происходит во многом за счет сил растяжения и изгиба. Эти виды нагрузки требуют гораздо меньшего усилия для разрушения материала, в отличие от сминания, которое имеем в случае с попутным фрезерованием.
При встречном способе фрезерования изменение плотности обрабатываемого слоя материала происходит в меньшей степени. Однако при этом возможно проскальзывание зуба по поверхности заготовки, что приведет к упрочнению продавленного слоя и последующему увеличению требуемой для обработки нагрузки.
При встречном способе обработки материала фреза в процессе работы стремится вытянуть слой материала из заготовки. При этом толщина срезаемой стружки непостоянна. Из-за вызываемых при этом упругих деформаций возникает вибрация и, как следствие, снижается качество обрабатываемой поверхности.
Итак, учитывая названные преимущества и недостатки рассматриваемых способов фрезерования можно сделать выводы, что попутное фрезерование больше подходит для:
Чистовой обработки;
В случаях, когда снимается тонкий слой за проход;
Обработки поверхностно не уплотненных материалов.
Встречное фрезерование больше подходит для:
Черновой обработки материала;
Обработки поверхностно уплотненных материалов.
Разбираемся в разнице качества фрезерования при встречном и попутном направлении режущих граней относительно материала.
Во время встречного фрезерования зуб фрезы во время снятия стружки с обрабатываемого материала нагружается плавно, благодаря чему ресурс инструмента исчерпывается гораздо дольше по сравнению с попутным фрезерованием.
Такой способ фрезерования также поможет продлить срок службы фрезы в случае с поверхностно уплотненной заготовкой, так как снятие стружки начинается с неплотного подкоркового слоя материала.
В зависимости от направления вращения фрезы выделяют 2 типа фрезерования: встречное и попутное.
Попутным называют такой способ фрезерования, при котором подача материала совпадает с направлением вращения фрезы, рис.1.
Рис. 1. Встречное фрезерование - А. Попутное фрезерование- Б.
Если же направление фрезерования и подача противоположно направлены, то имеем дело со встречным фрезерованием
Как недостатки, так и преимущества есть у обоих способов.
При попутном фрезеровании зуб фрезы в момент входа в заготовку нагружается скачкообразно, происходит удар о поверхность обрабатываемого материала. Как следствие из этого получаем повышенный износ инструмента. Наиболее существенно этот эффект проявляется при обработке поверхностно уплотненного материала и обработке поверхности прямозубыми цилиндрическими фрезами.
При попутном фрезеровании происходит уплотнение обрабатываемой поверхности. Это, конечно, нельзя однозначно отнести к достоинствам или недостаткам. Уплотнение связано с тем, что непосредственно в зоне обработки происходят пластические деформации срезаемого слоя материала, а благодаря тому, что силы давления фрезы и реакции заготовки в зоне обработки направлены встречно, происходит сминание (то самое уплотнение) слоя материала заготовки.
Благодаря тому, что фреза в процессе работы давит на заготовку, прижимая ее к опорной поверхности и тем самым увеличивая жесткость сопряжения, точность обработки получается выше, по сравнению со встречным фрезерованием.
Во время встречного фрезерования зуб фрезы во время снятия стружки с обрабатываемого материала нагружается плавно, благодаря чему ресурс инструмента исчерпывается гораздо дольше по сравнению с попутным фрезерованием. Такой способ фрезерования также поможет продлить срок службы фрезы в случае с поверхностно уплотненной заготовкой, так как снятие стружки начинается с неплотного подкоркового слоя материала. В области же плотной корки (выделена область «А» на рис.1 б) разделение материала происходит во многом за счет сил растяжения и изгиба. Эти виды нагрузки требуют гораздо меньшего усилия для разрушения материала, в отличие от сминания, которое имеем в случае с попутным фрезерованием.
При встречном способе фрезерования изменение плотности обрабатываемого слоя материала происходит в меньшей степени. Однако при этом возможно проскальзывание зуба по поверхности заготовки, что приведет к упрочнению продавленного слоя и последующему увеличению требуемой для обработки нагрузки.
При встречном способе обработки материала фреза в процессе работы стремится вытянуть слой материала из заготовки. При этом толщина срезаемой стружки непостоянна. Из-за вызываемых при этом упругих деформаций возникает вибрация и, как следствие, снижается качество обрабатываемой поверхности.
Итак, учитывая названные преимущества и недостатки рассматриваемых способов фрезерования можно сделать выводы, что попутное фрезерование больше подходит для:
Чистовой обработки;
В случаях, когда снимается тонкий слой за проход;
Обработки поверхностно не уплотненных материалов.
Встречное фрезерование больше подходит для:
Черновой обработки материала;
Обработки поверхностно уплотненных материалов.
Фрезерование, в зависимости от направления подачи и используемого металлорежущего инструмента, может быть:
- встречным;
- попутным.
Выбор в пользу той или иной технологии осуществляется на основании не только типа фрезы и направления подачи, но и толщины среза. При этом и встречное, и попутное фрезерование обладают как преимуществами, так и недостатками.
Специфика технологии попутного фрезерования
Под данной разновидностью фрезерных работ подразумевается, что обрабатываемое металлоизделие перемещается в одном направлении с движением фрезы. К достоинствам этой технологии можно отнести:
- простоту удаления образуемой в ходе работ стружки с заготовки, поскольку она остается за инструментом;
- отсутствие необходимости монтажа специальных зажимных приспособлений на металлорежущее оборудование, так как заготовка прижимается к столу за счет сил резания;
- обеспечение отменной шероховатости за счет плавного снятия припуска с болванки;
- медленный и равномерный износ зубьев фрезы, что позволяет снизить себестоимость фрезерных работ и продлить эксплуатационный период режущего инструмента.
Без «минусов» попутное фрезерование также не обходится. Прежде всего, при данном виде обработки нужно проверить устройство передвижения стола на наличие зазоров. Если они обнаруживаются, то следует быть готовым к сильным вибрациям, которые негативно отображаются на качестве работ.
Еще одна проблема – сильная ударная нагрузка на зубья фрез. Следовательно, чтобы сделать возможным использование фрез, станок должен обладать высокой жесткостью. Только на таких металлорежущих агрегатах можно максимально надежно закрепить заготовку.
Попутное фрезерование не подходит для обработки штамповок, поковок и прочих металлоизделий с необработанной поверхностью. Это объясняется тем фактом, что подобные болванки содержат особые включения, при попадании на которые зубья фрезы начинают выкрашиваться.
Характерные черты встречного фрезерования
Встречное фрезерование или фрезерование «против подачи» (так его называют многие специалисты) – способ металлообработки, при котором инструмент вращается в направлении, противоположном подаче обрабатываемого изделия. Реализация технологии сопровождается сложностями с отводом стружки. Выполняется этот процесс крайне неудобно из-за того, что образуемая стружка скапливается перед фрезой, а это значительно ускоряет ее износ.
При закреплении заготовки на столе необходимо применять специальные зажимы, обеспечивающие прочную фиксацию. Особенностью таких приспособлений является усложнение конструкции станка и снижение его эффективности.
Встречное фрезерование практически не используется при чистовой металлообработке, поскольку стружка серьезно повреждает обработанную металлическую поверхность. Кстати, неравномерность толщины снимаемого слоя металла – еще один недостаток данной методики металлообработки.
Что касается «плюсов» встречного фрезерования, то они сводятся к:
- упрочнению поверхностного слоя детали, обусловленного деформацией материала;
- мягкому осуществлению процесса резания, независимо от обрабатываемого металла. При этом плавно нагружается фрезерный станок.
В итоге, каждый из приведенных выше типов фрезерования обладает и преимуществами, и недостатками. Из этого следует, что выбор методики должен осуществляться индивидуально для каждого случая с учетом требуемой чистоты обработки. Узнать больше о фрезеровании можно на
При нарезании цилиндрических зубчатых колес на зубофрезерном станке осуществляются следующие рабочие движения:
- вращение фрезы - главное движение при резании
- вращение стола с заготовкой, согласованное с вращением фрезы,- обкатка
- перемещение суппорта с фрезой параллельно оси стола - движение подачи
Суппорт при фрезеровании может перемещаться или сверху вниз или снизу вверх.
рис. 38 а, в, г. Встречное фрезерование
При перемещении суппорта сверху вниз осуществляется встречное фрезерование. В этом случае при вращении фрезы зубья ее движутся относительно заготовки в направлении от торца с нарезанной частью зубьев к торцу с ненарезанной частью, т. е. навстречу срезаемому слою металла (рис. 38, а).
При перемещении суппорта снизу вверх происходит попутное фрезерование. В этом случае зубья фрезы движутся относительно заготовки в направлении от торца с ненарезанной частью зубьев к торцу с нарезанной, т. е. попутно со срезаемым слоем металла (рис. 38, б).
Вследствие неодинакового направления силы при встречном и попутном фрезеровании она по-разному влияет на процесс резания.
Преимущества
- Нагрузка на станок более плавная и не зависимо какую поверхность имеет заготовка процесс резания идет мягко и равномерно
- Упрочнение обработанной поверхности за счет деформации металла
Недостатки встречного фрезерования
- Силы резания направлены на то, чтобы оторвать заготовку от приспособления и этот факт требует надежное ее крепление в базовом приспособлении
- Значительный и быстрый износ режущего инструмента, что в свою очередь не позволяет работать с применением высоких режимов резания
- Плохое удаление стружки. Она вылетает перед фрезой и может попасть в зону резания, что приведет к царапинам по обработанной поверхности
рис. 38 б, д, е. Попутное фрезерование
Силу давления на зубья фрезы R, перпендикулярную их поверхности, можно разложить по двум направлениям: на горизонтальную силу R Г и вертикальную R В.
При встречном фрезеровании горизонтальная сила действует на фрезу в направлении от ее оси (рис. 38, в) и отжимает суппорт от направляющих стойки, вследствие чего снижается устойчивость фрезы.
При попутном фрезеровании горизонтальная сила действует на фрезу по направлению к ее оси и прижимает суппорт к направляющим, увеличивая устойчивость фрезы, что способствует повышению точности обработки и позволяет работать на повышенных скоростях.
При встречном фрезеровании винт, перемещающий суппорт вниз, нажимает на верхние стороны витков гайки суппорта (рис. 38, г), а вертикальная сила направлена против направления подачи и прижимает витки гайки к виткам винта; этим устраняются зазоры между ними и фреза работает с равномерной подачей без вибрации.
При попутном фрезеровании винт, перемещающий суппорт вверх, нажимает на нижние стороны витков гайки (рис. 38, е), а направление вертикальной силы совпадает с направлением подачи. В момент врезания зубьев фрезы вертикальная сила увеличивается (R В > S) и отжимает витки гайки от витков винта за счет зазора между ними; происходит колебание суппорта, создающее неравномерную подачу, вследствие чего возникают вибрации. Для устранения отжима гайки в механизме перемещения суппорта применяются устройства, прижимающие гайку к винту (компенсирующие гайки, противовесы, гидравлические системы).
Если станок снабжен компенсирующим устройством, то попутное фрезерование имеет преимущество перед встречным, так как обеспечивает более высокую чистоту нарезаемых зубьев и позволяет работать на повышенных скоростях.
Преимущества попутного фрезерования:
- Благодаря тому, что силы резания которые возникают при попутном фрезеровании направлены в направлении заготовки ее прижимает к зажимному приспособлению и по этому нет необходимости применять хитроумные зажимные устройства и лишать заготовку всех степеней свободы.
- Стойкость фрезы гораздо выше чем при встречном фрезеровании так как износ зубьев инструмента по задним поверхностям менее значительный и идет равномерно
- Качество поверхностей имеет хорошую шероховатость за счет плавной деформации снимаемого припуска металла
- Удобное направление схода стружки. Она остается позади режущего инструмента и легко удаляется
Недостатки попутного фрезерования:
- Наверное самый основной недостаток это невозможность использования данного способа при обработке заготовок с грубыми необработанными поверхностями (поковки, литье, штамповки). Это связано с тем, что различные твердые включения которые содержаться в корке могут сильно износить инструмент или даже привести к его поломке.
- Так как зубья фрезы работают при ударной нагрузке то необходимо, чтобы приспособление было жестко и надежно закреплено на станке. Да и сам станок должен быть достаточно жестким.
- В механизмах перемещения стола должны отсутствовать зазоры для исключения появления вибраций.
- а - однопроходный цикл с попутной подачей
- б - однопроходный цикл со встречной подачей
- в - однопроходный цикл с радиальным врезанием и попутной подачей
- г - двухпроходный цикл с попутной подачей
- д - двухпроходный цикл со встречной подачей
- е - двухпроходный цикл с попутной и встречной подачами
Малахов Я.А. Зубообрабатывающие и резьбофрезерные станки и их наладка. ВШ, Москва, 1972. Андрей Белазор.
