Обработка на станках с ЧПУ: причины образования заусенцев на деталях, обработанных на станках с ЧПУ

 

 

 

Процесс металлообработки часто сопровождается образованием заусенцев. Наличие заусенцев не только снижает точность и качество поверхности деталей, обработанных на станках с ЧПУ , но и влияет на эксплуатационные характеристики изделий, а иногда даже приводит к авариям. Для решения проблемы образования заусенцев обычно используют процесс удаления заусенцев. Удаление заусенцев — это непроизводительный процесс, который не только увеличивает стоимость деталей, обработанных на станках с ЧПУ, и продлевает производственный цикл изделия, но и приводит к браку всего изделия и экономическим потерям из-за неправильного удаления заусенцев.

 

 

В данной статье систематически анализируются основные факторы, влияющие на образование заусенцев при фрезеровании концевых фрез, а также обсуждаются методы и технологии снижения и контроля заусенцев при фрезеровании с ЧПУ, начиная с проектирования конструкции и заканчивая всем процессом производства.

 

 

 

1. Основные виды заусенцев при концевом фрезеровании на станках с ЧПУ.

 

Согласно системе классификации заусенцев на режущей кромке в зависимости от движения режущего инструмента, заусенцы, образующиеся в процессе концевого фрезерования, в основном включают заусенцы по обеим сторонам главной кромки, заусенцы в направлении резания по бокам, заусенцы в направлении резания на нижней кромке, а также заусенцы при подаче внутрь и наружу. Существует пять видов направленных заусенцев.

 

 

 

 

 

 

Заусенцы, образованные концевым фрезерованием на станках с ЧПУ

 

В целом, по сравнению с другими заусенцами, заусенцы в направлении резки нижнего края имеют большой размер и их трудно удалить. Поэтому в данной статье заусенец в направлении резки от нижнего края рассматривается как основной объект исследования для проведения исследований. В зависимости от размера и формы заусенца в направлении резки при концевом фрезеровании его можно разделить на следующие три типа: заусенец I-типа (больший размер, трудно удалить и высокая стоимость удаления), заусенец II-типа (меньший размер, может быть удален или легко удален) и заусенцы III-го типа, т. е. отрицательные заусенцы.

 

 

 

 

 

Типы заусенцев в направлении резания при резке нижней кромки во время фрезерования с ЧПУ

 

 

 

2. Основные факторы, влияющие на образование заусенцев концевой фрезы

 

Образование заусенцев — очень сложный процесс деформации материала. Различные факторы, такие как свойства материала заготовки, геометрия, обработка поверхности, геометрия инструмента, траектория резания инструмента, износ инструмента, параметры резания и использование охлаждающей жидкости, напрямую влияют на образование заусенцев.

 

На рисунке 3 представлена ​​блок-схема факторов, влияющих на образование заусенцев от концевой фрезы. В конкретных условиях фрезерования на станке с ЧПУ форма и размер заусенцев зависят от совокупного воздействия различных факторов, однако разные факторы оказывают различное влияние на образование заусенцев.

 

 

 

 

 

Диаграмма причинно-следственной связи форм заусенцев фрезерования с ЧПУ

 

 

 

 

01. Вход/выход инструмента

 

В обычных условиях заусенец, образующийся при вращении инструмента наружу из заготовки, больше заусенца, образующегося при вращении инструмента внутрь заготовки.

 

 

02. Уголок срезанный плоскостью

 

Угол резания плоскости оказывает большое влияние на образование заусенцев в направлении резания нижней кромки. Угол резания плоскости определяется как при повороте режущей кромки из торца заготовки в плоскости, перпендикулярной оси фрезы в точке на режущей кромке, направление скорости резания (векторная комбинация скорости инструмента и скорости подачи) в этой точке совпадает с направлением режущей кромки. Угол между направлениями торца заготовки. Направление торца заготовки - от точки ввинчивания инструмента до точки вывинчивания инструмента. Как показано на рисунке 5, Ψ - это угол резания плоскости, и его диапазон составляет 0°<Ψ≤180°.

 

Результаты испытаний показывают, что высота заусенца изменяется с изменением глубины резания, то есть заусенец изменяется с заусенца I-типа на заусенец II-типа с увеличением глубины резания. Минимальная глубина фрезерования, при которой образуются заусенцы II-го типа, обычно называется предельной глубиной резания, выражаемой dcr. На рисунке 6 показано влияние угла резания плоскости и глубины резания на высоту заусенца при обработке алюминиевого сплава.

 

 

 

 

 

 

Форма заусенца, угол плоскости выреза и глубина резания

 

Из рисунка 6 видно, что чем больше угол среза плоскости, тем больше предельная глубина резания; когда угол среза плоскости больше 120°, размер заусенца I-типа больше, а предельная глубина резания перехода к заусенцу II-типа также больше. Поэтому малый угол среза плоскости способствует образованию заусенцев II-типа, поскольку чем меньше Ψ, тем выше жесткость опоры конечной поверхности и тем сложнее формировать заусенцы.

 

Из рисунка 5 видно, что величина и направление скорости подачи будут иметь определенное влияние на величину и направление составной скорости v, которая затем повлияет на угол среза плоскости и образование заусенцев. Поэтому, чем больше угол смещения α между скоростью подачи и выходной кромкой, тем меньше Ψ, что в большей степени способствует подавлению образования крупных заусенцев (как показано на рисунке 7).

 

 

 

 

 

 

Влияние направления подачи на образование заусенцев

 

 

 

03. Последовательность выхода из подсказки инструмента EOS

 

При торцевом фрезеровании размер заусенца во многом определяется последовательностью выхода режущей кромки инструмента. Как показано на рисунке 8: точка A — это точка на вторичной режущей кромке, точка C — это точка на главной режущей кромке, а точка B — вершина режущей кромки инструмента. Предполагается, что носик инструмента острый, то есть радиус дуги носика инструмента не учитывается. Если сторона BC выходит из заготовки первой, а сторона AB выходит из заготовки позже, стружка шарнирно закрепляется на обработанной поверхности, и по мере фрезерования стружка выталкивается из заготовки, образуя нижнюю кромку большего размера и вырезая заусенцы в направлении резания. Если сторона AB выходит из заготовки первой, а сторона BC выходит из заготовки позже, стружка шарнирно закрепляется на переходной поверхности и вырезается из заготовки, образуя нижнюю кромку меньшего размера, чтобы вырезать заусенец направления резания.

 

 

Испытание показывает, что: ①Последовательность выхода режущей кромки инструмента, которая в свою очередь увеличивает размер заусенца, следующая:

 

ABC/BAC/ACB/BCA/CAB/CBA. ② Результат, полученный с помощью EOS, тот же, за исключением того, что при той же последовательности выхода размер заусенца, полученного от пластикового материала, больше, чем у хрупкого материала.

 

Порядок выхода режущей кромки инструмента зависит не только от геометрии инструмента, но и от таких факторов, как скорость подачи, глубина фрезерования, геометрия заготовки и условия резания.

 

 

 

 

 

Рисунок 8. Последовательность извлечения режущей кромки инструмента и образование заусенцев

 

 

 

04. Влияние других факторов

 

①Параметры фрезерования на станке с ЧПУ, температура фрезерования , условия резания и т. д. также оказывают определенное влияние на образование заусенцев. Некоторые основные факторы, такие как скорость подачи, глубина фрезерования на станке с ЧПУ и т. д., отражаются в теории угла плоского резания, и вытекает теория EOS последовательности выхода инструмента из обрабатываемой области; подробно это рассматривать не будет;

 

②Чем лучше пластичность деталей, обработанных на станках с ЧПУ, тем легче образовывать заусенцы типа I. В процессе обработки концевым фрезерованием хрупких материалов на станках с ЧПУ, если скорость подачи или угол резания плоскости велики, это способствует образованию заусенцев типа III (дефектов);

 

③ Когда угол между торцевой поверхностью заготовки и обрабатываемой плоскостью больше прямого угла, образование заусенцев может быть подавлено за счет повышенной жесткости опоры торцевой поверхности;

 

④Использование фрезерной жидкости позволяет продлить срок службы инструмента, уменьшить его износ, смазать процесс фрезерования с ЧПУ, а затем уменьшить размер заусенцев;

 

⑤ Износ инструмента оказывает большое влияние на образование заусенцев. Когда инструмент изнашивается до определенной степени, дуга режущей кромки инструмента увеличивается, не только размер заусенца в направлении выхода инструмента, но и образование заусенца в направлении резания инструмента, механизм требует дальнейшего глубокого исследования.

 

⑥ Другие факторы, такие как материал инструмента, также оказывают определенное влияние на образование заусенцев. При тех же условиях резания алмазные инструменты более способствуют предотвращению образования заусенцев, чем другие инструменты.

 

 

 

3. Основной способ контроля образования заусенцев при фрезеровании с ЧПУ

 

На образование заусенцев концевой фрезы влияет множество факторов, которые связаны не только с конкретным процессом фрезерования с ЧПУ, но и со структурой заготовки, геометрией инструмента и другими факторами. Для уменьшения заусенцев концевой фрезы необходимо контролировать и уменьшать образование заусенцев по многим аспектам.

 

 

01. Разумный структурный дизайн

 

На образование заусенцев в значительной степени влияет структура деталей, обработанных на станках с ЧПУ . Структура деталей, обработанных на станках с ЧПУ, различна, и форма и размер заусенцев на кромках после обработки на станках с ЧПУ также сильно различаются. Если материал и обработка поверхности деталей, обработанных на станках с ЧПУ, предопределены, то геометрия заготовки и кромки являются важным фактором, определяющим образование заусенцев.

 

 

02. Правильная последовательность обработки на станке с ЧПУ

 

Последовательность обработки с ЧПУ также оказывает определенное влияние на форму и размер заусенцев концевой фрезы. Различные формы и размеры заусенцев имеют разные рабочие нагрузки по удалению заусенцев и связанные с этим затраты. Поэтому выбор подходящей последовательности обработки с ЧПУ является эффективным способом снижения затрат на удаление заусенцев. На рисунке 10 показано использование надлежащих последовательностей обработки с ЧПУ для контроля образования более крупных заусенцев.

 

 

 

Рисунок 9. Выбор метода управления последовательностью обработки на станке с ЧПУ

 

На рисунке 10а, если отверстие сначала просверлено, а затем фрезерована плоскость, по окружности отверстия, скорее всего, образуется большой вырезной фрезерный заусенец; если плоскость сначала фрезерована, а затем просверлено отверстие, по окружности отверстия будет только небольшой вырезной заусенец. Аналогично, на рисунке 10б, размер заусенца, образованного при фрезеровании верхней поверхности с ЧПУ, а затем фрезеровании вогнутого контура, меньше размера заусенца, образованного при обработке вогнутого контура с ЧПУ, а затем фрезеровании плоскости.

 

 

03. Избегайте выхода инструмента

 

Избегание отвода инструмента является эффективным способом предотвращения образования заусенцев, поскольку отвод инструмента является основным фактором образования заусенцев в направлении резания. При нормальных обстоятельствах заусенец, образуемый фрезой при ее вращении из заготовки, больше, а заусенец, образуемый при ее вращении в заготовку, меньше. Поэтому следует избегать фрезы, насколько это возможно, во время процесса обработки с ЧПУ. Как показано на рисунке 4, заусенцы, образующиеся с использованием рисунка 4b, меньше, чем образующиеся на рисунке 4a.

 

 

 

04. Выберите подходящую траекторию инструмента

 

Из предыдущего анализа видно, что когда угол среза плоскости меньше определенного значения, размер образующегося заусенца мал. Угол среза плоскости можно изменить, изменив ширину фрезерования, скорость подачи (величину и направление) и скорость вращения (величину и направление). Таким образом, образование заусенцев типа I можно избежать, выбрав соответствующую траекторию инструмента (см. рисунок 11).

 

 

 

 

Рисунок 10 Метод управления траекторией инструмента

 

На рис. 10а показана традиционная зигзагообразная траектория резания, а заштрихованная часть на рисунке представляет собой область, где могут образовываться крупные заусенцы в направлении резания. На рис. 10б используется улучшенная траектория движения инструмента, которая позволяет избежать образования заусенцев. Хотя проход инструмента на рис. 11б немного длиннее, чем на рис. 10а, и требует немного больше времени на фрезерование с ЧПУ , поскольку не требуется дополнительная обработка для удаления заусенцев, использование траектории на рис. 10а требует значительного времени на удаление заусенцев (хотя она и заштрихована на рисунке). Областей, где образуются заусенцы, немного, но все кромки, где образуются заусенцы, должны быть обработаны в процессе фактического удаления заусенцев, поэтому в целом, с точки зрения контроля заусенцев, траектория резания, показанная на рис. 10б, лучше, чем траектория, показанная на рис. 10а.

 

 

05. Выберите соответствующие параметры фрезерования с ЧПУ

 

Параметры концевого фрезерования (такие как подача на зуб, ширина концевого фрезерования, глубина концевого фрезерования, угол геометрии инструмента и т. д.) оказывают определенное влияние на образование заусенцев.

 

На образование заусенцев концевой фрезы влияет множество факторов, среди которых основными являются: выход/вход инструмента, угол резания плоскости, последовательность выхода вершины инструмента, параметры фрезерования и т. д. Окончательная форма и размер заусенца являются результатом сочетания ряда факторов.

 

Начиная с проектирования деталей, обрабатываемых на станках с ЧПУ, выбора технологической схемы обработки, объема фрезерования и подбора инструментов, в данной работе анализируются основные факторы, влияющие на образование заусенцев при фрезеровании на станках с ЧПУ, и предлагается метод контроля траектории движения фрезы и выбора соответствующей последовательности обработки на станках с ЧПУ. Технологии, процессы и методы подавления или уменьшения образования заусенцев, такие как метод и метод улучшения конструкции, обеспечивают осуществимое техническое решение для активного контроля размера заусенцев, повышения качества деталей, обрабатываемых на станках с ЧПУ , снижения затрат и сокращения производственного цикла при фрезеровании на станках с ЧПУ.

 

 

 

 

 

 

Это мнение производителей станков с ЧПУ VMT . Если у вас есть более эффективное решение, свяжитесь с нами для обсуждения.