Встречное фрезерование схема фрезерования. Особенности технологий встречного и попутного фрезерования

При обработке металлов резанием с помощью цилиндрических и дисковых фрез имеется возможность выбора направления подачи инструмента относительно движения заготовки – попутное и встречное. У каждого из способов обработки есть свои достоинства и недостатки, выбор направления движения зависит от характера обработки детали.

Попутное фрезерование

При попутном режиме резания движение детали совпадает с направлением перемещения фрезы. Главной особенностью данного способа является скачкообразное погружение зуба в заготовку и, соответственно, сильная ударная нагрузка и повышенный износ режущей части. Это наиболее заметно при обработке поверхностно уплотненных деталей, а также при использовании цилиндрического прямозубого инструмента.

Важным эффектом попутного реза является уплотнение поверхности детали. В зависимости от технологических требований это может быть как достоинством, так и недостатком метода. Уплотнение происходит по причине пластинчатой деформации срезаемого слоя. Преимуществом попутной обработки является давление фрезы на заготовку, что увеличивает жесткость сопряжения и точность фрезерования.

Основные достоинства метода:

Простое удаление стружки благодаря тому, что она образуется позади инструмента.
Нет необходимости в применении специальных прижимных механизмов, для обеспечения жесткости сопряжения достаточно силы резания.
Плавный съём металла и, соответственно, высокое качество поверхности.
Медленный и равномерный износ зубьев фрезы, увеличение ресурса работы инструмента.

Одним из недостатков попутного фрезерования является необходимость отсутствия зазоров при передвижении стола. В противном случае обработка будет сопровождаться серьёзными вибрационными нагрузками и уменьшением качества обработки. Второй важный недостаток – ударная нагрузка на зубья фрезы.

Все эти ограничения позволяют применять попутное фрезерование только на жестких станках при повышенных требованиях к фиксации заготовки. Большое значение играет и качество поверхности, при низком качестве обработки фреза может быстро выйти из строя. Поэтому данный способ фрезерования не подходит для поковок, штамповок и других заготовок без предварительной черновой обработки.

Особенности встречного метода

При встречном фрезеровании направление вращения фрезы противоположно движению детали. Поэтому если при попутном основной действующей силой реза является сминание поверхностного слоя, то при встречном большую часть работы выполняют растяжение и изгиб. Это обеспечивает плавное погружение зуба и увеличение ресурса эксплуатации инструмента даже при обработке деталей с упрочненным поверхностным слоем. Но при этом возможно и проскальзывание зуба, что приводит к увеличению прочности продавленного слоя металла.

Недостатком метода является сложность удаления стружки, непостоянство её толщины. Вследствие этого возникает вибрация и снижается качество обработки. Поэтому требуется максимально прочная фиксация детали.

Выводы

У каждого из методов есть свои достоинства и недостатки, и выбор зависит от условий фрезерования и требований к качеству поверхности. Попутное фрезерование оптимально для:

чистовой обработки;
съёма тонкого слоя за один проход;
фрезерования деталей без поверхностного упрочнения.

Соответственно встречное более всего подходит для черновой обработки и работы с поверхностно упрочненными деталями. Оба способа широко используются в современной металлообработке.

Встречное и попутное фрезерование - операции, выполняемые дисковыми или цилиндрическими фрезами и зависящие от направления подачи.

Данные способы фрезерования отличаются не только выбором инструмента и направления подачи, но и толщиной среза. Она может иметь нулевое значение при входе фрезы или, наоборот, максимальное, в зависимости от того, какой тип фрезерования используется.

Встречное фрезерование

Особенность встречного фрезерования состоит в несовпадении движения фрезы и обрабатываемой заготовки. Фреза и заготовка движутся в противоположных направлениях.

Во время встречного фрезерования изменение толщины среза происходит от минимального значения до максимальной отметки на завершающем этапе.

Плавность встречного фрезерования обусловлена постепенным нарастанием толщины среза и равномерным распределением нагрузки станка.

Попутное фрезерование

Попутное фрезерование означает совпадение движений фрезы и заготовки.

При попутном фрезеровании толщина среза меняется от максимального значения в момент входа фрезы до минимальной отметки при выходе режущего инструмента из обрабатываемой поверхности.

Попутное фрезерование связано с повышенной нагрузкой и на инструмент, и на станок. Это обуславливается резким ударом, возникающим в результате столкновения фрезы и заготовки. Попутное фрезерование рекомендуется выполнять на достаточно жестких и виброустойчивых станках.

Достоинства попутного фрезерования

При всех положительных свойствах встречного фрезерования, попутное фрезерование обладает большими достоинствами - наилучшая фиксация заготовки при помощи стола и направляющих; положительный угол наклона режущей кромки; высокая степень устойчивости фрезы. Во время встречного фрезерования фреза стремится оторвать заготовку от стола, что снижает качество обработки.

Оборудование для фрезерования

Фрезерный станок становится основным оборудованием для осуществления данной операции. Фрезерование можно производить на токарно-фрезерном станке, в котором сочетаются функции токарного станка и фрезерного оборудования. в случае необходимости можно приобрести и как самостоятельное оборудование, не совмещающее функции фрезерного станка.

Каждый раз, когда режущая кромка входит в резание, она подвергается ударной нагрузке. Для успешного выполнения фрезерования необходимо обеспечить надлежащий контакт между режущей кромкой и обрабатываемым материалом на входе и выходе из резания. Во время фрезерования заготовка подаётся по направлению вращения фрезы или против него, что влияет на начало и конец резания и выбор варианта фрезерования – попутное или встречное.

Золотое правило фрезерования – от толстой стружки к тонкой

В процессе фрезерования необходимо постоянно следить за характером формируемой стружки. При этом необходимо учитывать положение фрезы, которое влияет на процесс формирования стружки, и стремиться к увеличению толщины стружки на входе и уменьшению на выходе из резания, что является гарантией стабильного процесса фрезерования.

Помните золотое правило фрезерования – от толстой стружки к тонкой стружке – и стремитесь к минимальной толщине стружки при выходе из резания.

Попутное фрезерование

При попутном фрезеровании (фрезерование по подаче) направление подачи заготовки совпадает с вектором скорости резания. Попутное фрезерование всегда является предпочтительным методом, при условии, что станок, заготовка и крепление позволяют его применить.

При попутном фрезеровании периферией толщина стружки максимальна на входе в резание и постепенно уменьшается, достигая нуля на выходе из резания. Это позволяет избежать затирания режущей кромки и выглаживания обрабатываемой поверхности в начальный момент резания.

Большая толщина стружки даёт определённые преимущества. Под действием сил резания фреза прижимается к заготовке, благодаря чему режущая кромка находится в постоянном контакте с материалом.

Однако, так как фреза имеет тенденцию прижимать заготовку, станок должен обеспечивать беззазорный привод в механизме подачи стола. Когда фреза вжимается в заготовку, подача непреднамеренно увеличивается, что может вызвать чрезмерное увеличение толщины стружки и повреждение режущей кромки. В таких случаях следует рассмотреть возможность использования встречного фрезерования.

Встречное фрезерование

При встречном фрезеровании (традиционное фрезерование) направление подачи заготовки противоположно скорости резания.

Толщина стружки равна нулю при входе в резание и постепенно увеличивается к выходу из резания. Режущая кромка должна вжиматься в заготовку, создавая эффект выкатывания за счёт трения, высокой температуры и – нередко – контакта с поверхностно-упрочнённой поверхностью, полученной предыдущей режущей кромкой. Всё это негативно влияет на стойкость инструмента.

Большая толщина стружки и высокая температура на выходе из резания могут вызывать высокие растягивающие напряжения, которые негативно влияют на стойкость инструмента и часто ведут к быстрой поломке режущих кромок. Кроме этого, они могут вызывать налипание или наваривание стружки на режущую кромку, в результате чего она останется на режущей кромке до начала следующего резания и вызовет повреждение кромки.

Под действием сил резания фреза и заготовка отжимаются друг от друга, при этом радиальные силы стремятся оторвать заготовку от стола.

Встречное фрезерование может дать определённые преимущества при значительных колебаниях припуска на обработку. Также рекомендуется использовать встречное фрезерование при обработке жаропрочных сплавов с помощью керамических пластин, так как керамика чувствительна к нагрузкам, возникающим при врезании.

Закрепление заготовки

Направление подачи инструмента предъявляет различные требования к закреплению заготовки. При встречном фрезеровании зажимное приспособление должен противостоять силам, отрывающим заготовку от стола. А при попутном фрезеровании – силам, прижимающим заготовку к столу.

Несмотря на то, что у большинства операторов ЧПУ есть привычка использовать встречное фрезерование, бывают случаи когда попутное предпочтительней. Прежде чем приступить к рассмотрению каждого из них, давайте определим разницу.

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.

Отклонение инструмента и точность реза при фрезеровании на подаче и против подачи

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 обработки

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.