Что такое фрезерование на станках с ЧПУ? Процесс, типы станков и принципы работы.

 

Что такое фрезерование с ЧПУ?

 

 

 

 

Если вы новичок в фрезеровании на станках с ЧПУ, легко сосредоточиться только на самом станке и упустить из виду детали, влияющие на конечный результат. Доступ инструмента, толщина стенок, глубина пазов, допуски и крепление заготовки могут изменить сложность обработки, стоимость и качество. Понимание процесса поможет вам более уверенно проектировать и закупать детали.

 

Фрезерование с ЧПУ , или фрезерование с числовым программным управлением, — это процесс обработки, при котором с помощью управляемых компьютером вращающихся многоточечных режущих инструментов происходит пошаговое удаление материала с заготовки. С его помощью можно изготавливать детали по индивидуальному заказу с плоскими поверхностями, углублениями, пазами, отверстиями, резьбой, контурами и сложными трехмерными элементами из металлов и конструкционных пластмасс.

 

В этом руководстве объясняется определение фрезерования, процесс фрезерования на станках с ЧПУ, принцип работы станка, операции фрезерования, типы станков, материалы, конструктивные особенности и альтернативные варианты, а также приводятся практические сведения, которые вы сможете использовать в реальных производственных проектах.

 

 

 

Определение фрезерования

 

Что такое фрезерование? Фрезерование — это процесс обработки материалов с удалением части заготовки, при котором вращающаяся фреза используется для удаления материала с заготовки. В зависимости от конфигурации станка, режущий инструмент, заготовка или и то, и другое перемещаются вдоль управляемых осей, чтобы фреза могла создавать необходимые поверхности и элементы.

 

Первоначально фрезерование выполнялось преимущественно на станках с ручным управлением, и ручное фрезерование по-прежнему полезно для ремонтных работ, регулировки в инструментальных цехах, изготовления простых единичных компонентов и задач, где программирование ЧПУ добавило бы ненужное время на настройку. Однако сегодня большая часть высокоточного фрезерования в производстве выполняется на фрезерных станках с ЧПУ, поскольку компьютерное управление упрощает повторение траекторий движения инструмента, координацию нескольких операций обработки и поддержание постоянных размеров в нескольких деталях.

 

Фрезерование позволяет создавать плоские поверхности, ступени, пазы, углубления, отверстия, резьбу, фаски, угловые элементы, криволинейные профили и сложные трехмерные поверхности. Именно благодаря такой универсальности фрезерование на станках с ЧПУ широко используется для изготовления корпусов , кронштейнов , пластин, креплений, приспособлений и других деталей, обработанных с высокой точностью.

 

 

 

 

Обзор фрезерования на станках с ЧПУ: Как работает процесс фрезерования на станках с ЧПУ?

 

 

 

 

Как и другие процессы механической обработки на станках с ЧПУ , фрезерование на станках с ЧПУ использует запрограммированное перемещение станка для управления взаимодействием между режущим инструментом и заготовкой. Основной рабочий процесс оригинального фрезерования на станках с ЧПУ остается простым:

 

1. Разработайте CAD-модель.
2. Преобразуйте CAD-модель в программу для станка с ЧПУ.
3. Настройка фрезерного станка с ЧПУ
4. Выполните операции по измельчению.
5. Удалите заусенцы и осмотрите деталь.
6. При необходимости выполните финишную обработку поверхности.

 

 

1. Создайте CAD-модель.

 

 

Процесс фрезерования на станке с ЧПУ обычно начинается с 2D-чертежа, 3D-CAD-модели или того и другого. Ваша 3D-модель определяет геометрию детали, в то время как инженерный чертеж может содержать информацию, которая может быть неочевидна из модели, включая допуски, геометрические допуски и размеры (GD&T), базовые точки, спецификации отверстий, резьбу, шероховатость поверхности, материал и требования к чистовой обработке.

 

На этом этапе также следует учитывать технологичность изготовления. Для глубокого паза может потребоваться длинный режущий инструмент, очень малый радиус внутреннего угла может вынудить использовать небольшую концевую фрезу, а тонкая стенка может смещаться под действием сил резания или зажима. Выявление этих проблем до начала программирования позволит избежать ненужных трудностей при последующей обработке.

 

 

 

2. Преобразуйте CAD-модель в программу для станка с ЧПУ.

 

 

Модель детали импортируется в программное обеспечение CAM, где программист выбирает режущие инструменты и создает траектории движения инструмента для обработки детали. Программа управляет такими параметрами, как скорость вращения шпинделя, скорость подачи, глубина резания, направление обработки, черновые и чистовые проходы, а также смена инструмента.

 

Полученная программа содержит инструкции для станка с ЧПУ. Программирование — это не просто указание фрезе, куда двигаться: стратегия траектории движения инструмента может влиять на время обработки, силу резания, вибрацию, износ инструмента, деформацию и качество поверхности.

 

 

 

3. Настройка фрезерного станка с ЧПУ.

 

 

Перед запуском программы заготовка закрепляется на рабочем столе станка или в приспособлении с помощью тисков, мягких зажимов, струбцин, зажимных пластин, вакуумной фиксации заготовки или специального приспособления. Необходимые режущие инструменты загружаются в шпиндель или инструментальный магазин, и устанавливается система координат заготовки и смещения инструмента.

 

Крепление заготовки особенно важно для тонких, длинных, больших или гибких деталей. Зажим должен надежно удерживать заготовку, чтобы противостоять силам резания, не создавая при этом чрезмерного давления, которое могло бы привести к деформации детали.

 

 

 

4. Выполните операции по измельчению.

 

 

После подготовки станка оператор запускает программу, режущий инструмент вращается, а контролируемые движения станка приводят его в контакт с заготовкой. Материал удаляется в виде стружки до получения требуемой геометрии.

 

Большинство деталей не обрабатываются до окончательных размеров за один проход. Черновая обработка сначала удаляет большую часть ненужного материала, оставляя при этом контролируемый припуск на важных поверхностях. Затем чистовая обработка приводит к окончательным размерам и требованиям к поверхности таких важных элементов, как базовые поверхности, отверстия, сопрягаемые поверхности, резьба и профиль.

 

 

 

5. Удалите заусенцы и осмотрите деталь.

 

 

При фрезеровании могут оставаться заусенцы вокруг отверстий, пазов, резьбы, пересечений отверстий и острых кромок. Необходимо контролировать их образование, поскольку даже небольшой заусенец может повлиять на сборку или помешать сопряжению деталей.

 

В зависимости от требований чертежа, для контроля могут использоваться штангенциркули, микрометры, высотомеры, штифтовые калибры, резьбовые калибры, оптические приборы, контроль шероховатости поверхности или координатно-измерительная машина.

 

 

 

6. Нанесение финишной обработки поверхности.

 

 

Если для вашей детали, изготовленной на станке с ЧПУ, требуется анодирование, пассивация, гальваническое покрытие, пескоструйная обработка, полировка, порошковая покраска, PVD-покрытие или другая отделка, то требования к отделке следует учитывать до завершения процесса обработки. Толщина покрытия, маскирование, внешний вид поверхности, резьбовые отверстия, посадка с натягом, уплотнительные поверхности и зоны электрического контакта — все это может повлиять на то, как следует обрабатывать деталь.

 

 

 

 

 

Эксплуатация фрезерного станка с ЧПУ

 

 

Фрезерный станок с ЧПУ использует вращающийся режущий инструмент и запрограммированные перемещения станка для создания необходимой геометрии. В зависимости от станка, режущий инструмент может перемещаться относительно неподвижной заготовки, заготовка может перемещаться относительно режущего инструмента, или могут перемещаться и то, и другое.

 

Современные обрабатывающие центры могут выполнять несколько процессов за одну настройку, включая фрезерование, сверление, расточку, развертывание, нарезание резьбы, фрезерование резьбы и снятие фаски. Автоматические устройства смены инструмента позволяют одному станку переключаться между различными резцами по мере выполнения программы.

 

К основным компонентам, с которыми вы столкнетесь, относятся:

 

• Шпиндель: Вращает режущий инструмент.
• Стол станка: Поддерживает заготовку и приспособление.
• Закрепление: Устанавливает и фиксирует деталь.
• Режущий инструмент: Удаляет материал.
• Магазин инструментов: Сохраняет несколько инструментов для автоматической смены.
• Контроллер ЧПУ: Выполняет запрограммированные движения и функции машины.

 

Для большинства клиентов нет необходимости знать все внутренние компоненты станка. Гораздо важнее то, сможет ли выбранный фрезерный станок с ЧПУ, режущие инструменты, приспособления и стратегия обработки обеспечить выполнение необходимых вам параметров и сохранить требуемые размеры, указанные на чертеже.

 

 

 

Обычные фрезы для станков с ЧПУ

 

 

Для разных элементов требуются разные режущие инструменты, а размер инструмента может напрямую влиять на то, какая геометрия является практичной для обработки.

 

 

 

 

Фреза меньшего размера позволяет обрабатывать мелкие детали, но при этом обладает меньшей жесткостью, чем инструмент большего размера. Именно поэтому обработка чрезвычайно малых внутренних радиусов, узких пазов и глубоких элементов малого диаметра часто занимает больше времени.

 

 

Скорость вращения шпинделя, скорость подачи и глубина резания

 

 

Скорость вращения шпинделя — это скорость вращения режущего инструмента, обычно измеряемая в оборотах в минуту. Скорость подачи описывает, как быстро инструмент перемещается по заготовке, а глубина резания определяет, сколько материала удаляется за один проход. Эти параметры необходимо учитывать вместе с диаметром инструмента, материалом режущего инструмента, материалом заготовки, жесткостью станка и режимом обработки.

 

Не существует единой «оптимальной» скорости или подачи, подходящей для каждой детали, обработанной на станке с ЧПУ. Слишком агрессивная резка может увеличить нагрузку на инструмент, вибрацию, нагрев и деформацию, в то время как неподходящая низкая подача может вызвать трение и излишний нагрев или износ инструмента.

 

 

 

 

Общие фрезерные операции с ЧПУ

 

 

Фрезерование на станках с ЧПУ включает в себя несколько различных операций резки. Подходящий метод зависит от поверхности или элемента, который необходимо изготовить.

 

 

Торцевое фрезерование

 

 

 

 

Торцевое фрезерование выполняется при ориентации режущего инструмента, как правило, перпендикулярной обрабатываемой поверхности. Режущие кромки на торце и по периферии фрезы удаляют материал, образуя широкие плоские поверхности.

 

Фрезерование торцевой поверхности обычно используется для обработки базовых поверхностей, монтажных поверхностей, уплотнительных поверхностей и подготовки заготовок. Черновая обработка может сначала удалить больше материала, а затем выполнить чистовую обработку с использованием подходящих условий резания для улучшения плоскостности и качества поверхности.

 

 

 

Периферийное или обычное фрезерование

 

 

 

 

Периферийное фрезерование использует режущие кромки по окружности фрезы, при этом ось фрезы, как правило, параллельна обрабатываемой поверхности. Оно может применяться для обработки боковых поверхностей, ступеней, выступов и прямых наружных элементов.

 

 

 

Угловое фрезерование

 

 

 

 

Угловое фрезерование позволяет создавать элементы под углом к ​​основным поверхностям заготовки. В зависимости от геометрии может использоваться угловая фреза, фасочная фреза, фреза для соединения «ласточкин хвост» или многоосевая ориентация инструмента.

 

Типичные особенности включают фаски, пазы типа «ласточкин хвост», V-образные канавки и угловые поверхности. На современных станках с ЧПУ некоторые угловые элементы, для обработки которых ранее требовались специальные формовочные инструменты, теперь можно обрабатывать, изменяя положение инструмента или заготовки.

 

 

 

Формовочное фрезерование

 

 

 

 

Формационное фрезерование использует фрезу, профиль режущей кромки которой помогает создать определенный контур или форму. Оно может применяться для вогнутых, выпуклых, радиусных и других формованных поверхностей.

 

Для обработки сложных геометрических форм с произвольной формой современные станки с ЧПУ часто сочетают шаровые или радиусные фрезы с запрограммированными траекториями движения инструмента по контуру, а не полагаются исключительно на одну специализированную фасонную фрезу.

 

 

 

Карманное фрезерование

 

 

Фрезерование пазов удаляет материал внутри замкнутой области, создавая полости, обычно встречающиеся в корпусах, креплениях, кронштейнах и легких конструкционных деталях. По мере углубления и сужения паза увеличивается требуемая длина резца, что снижает жесткость инструмента и повышает риск вибрации, деформации, плохого качества поверхности и отклонения размеров.

 

Если позволяет конструкция, уменьшение ненужной глубины или увеличение радиуса внутреннего угла может упростить и удешевить обработку глубокого паза.

 

 

 

Фрезерование пазов

 

 

 

 

Фрезерование пазов позволяет создавать каналы, шпоночные пазы, регулировочные пазы, кабельные каналы и подобные узкие элементы. Для узких и глубоких пазов требуется тщательный выбор инструмента, поскольку удаление стружки и жесткость фрезы усложняются по мере увеличения отношения глубины к ширине.

 

 

 

Контурное фрезерование

 

 

Контурное фрезерование выполняется по вертикальным, наклонным, криволинейным или произвольным поверхностям. Оно широко используется для изготовления корпусов изделий, оптических компонентов, деталей робототехники, пресс-форм и других деталей со сложными трехмерными профилями.

 

На этапах черновой, получистовой и чистовой обработки могут использоваться различные фрезы и переходные механизмы для достижения баланса между удалением материала и конечным качеством поверхности.

 

 

 

 

Другие операции завода

 

Помимо вышеперечисленных распространенных операций, фрезерные станки могут выполнять ряд специализированных операций механической обработки.

 

 

• Ступенчатое или поперечное фрезерование: Пошаговое или поперечная фрезеровка позволяет обрабатывать две параллельные поверхности за одну операцию, если это позволяют инструмент и конфигурация станка. Традиционные станки могут использовать несколько фрез, установленных на одной оправке; современные обрабатывающие центры с ЧПУ чаще обрабатывают поверхности с помощью запрограммированной смены инструмента и управляемых траекторий движения инструмента.
• Комбинированное или многостанционное фрезерование: Комбинированное или многозаходное фрезерование использует несколько режущих инструментов для выполнения более чем одного режущего действия за одну настройку. Хотя это остается полезным в некоторых производственных задачах, современные обрабатывающие центры часто достигают аналогичной производительности за счет автоматической смены инструмента и многоосевой обработки.
• Нарезка зубьев: Для нарезки зубьев шестерен можно использовать фасонные фрезы или специальные инструменты. Для серийного производства или изготовления специализированных шестерен могут быть более подходящими методы зубофрезерования, строгания, шлифовки или другие специализированные методы изготовления шестерен.
• Фрезерные центры с ЧПУ: Фрезерные центры с ЧПУ также часто выполняют сверление, расточку, развертывание, зенкование, нарезание резьбы и фрезерование резьбы. Изготовление этих элементов за одну установку позволяет сохранить их позиционирование относительно фрезерованной геометрии.

 

 

Попутное фрезерование против обычного фрезерования

 

 

 

 

На предыдущей странице также обсуждались попутное и традиционное фрезерование, но взаимосвязь между процессом резания заслуживает уточнения.

 

При попутном фрезеровании вращение резца в точке контакта происходит в общем направлении, совпадающем с направлением подачи, и толщина стружки уменьшается по мере продвижения зуба по резу. При традиционном фрезеровании режущее действие направлено против направления подачи, и толщина стружки увеличивается по мере продвижения по резу.

 

В современных станках с ЧПУ часто используется попутное фрезерование, если это позволяют жесткость станка, зажимные приспособления, материал и траектория движения инструмента, но правильная стратегия зависит от фактических условий обработки.

 

 

 

 

Меры предосторожности при работе на фрезерном станке: выбор правильной конфигурации станка.

 

 

Фрезерные станки обычно различаются по ориентации шпинделя и количеству управляемых осей.

 

На вертикальном фрезерном станке шпиндель преимущественно ориентирован вертикально. Вертикальные обрабатывающие центры обычно используются для изготовления кронштейнов, пластин, крышек, корпусов, карманов и других прецизионных деталей.

 

В горизонтальном фрезерном станке шпиндель преимущественно ориентирован горизонтально. В зависимости от конфигурации станка, горизонтальная обработка может быть полезна для более тяжелых резов, многостороннего доступа, производственных работ и удаления стружки.

 

При выборе станка следует учитывать размер детали, вес, количество обрабатываемых сторон, необходимый доступ к инструменту, допуски, объем производства и крепление заготовки, а не просто то, является ли станок горизонтальным или вертикальным.

 

 

 

 

 

3-осевое фрезерование с ЧПУ

 

 

Трехосевой фрезерный станок с ЧПУ управляет линейным перемещением по осям X, Y и Z. Он может обрабатывать большую часть распространенных деталей, изготавливаемых методом фрезерования с ЧПУ, включая плоские пластины, кронштейны, пазы, приспособления и простые корпуса.

 

Трехосевая обработка сама по себе не является низкокачественной или неточной. Если доступ к геометрии возможен из простых положений, правильно спланированный трехосевой процесс может стать наиболее практичным и экономичным решением.

 

 

 

4-осевое фрезерование с ЧПУ

 

 

Четырехосевая обработка добавляет вращательную ось к перемещениям по осям X, Y и Z. Она позволяет вращать или индексировать заготовку, благодаря чему можно обрабатывать элементы с нескольких сторон с меньшим количеством ручных операций по перемещению.

 

Это полезно для круглых отверстий, повторяющихся боковых элементов, цилиндрических компонентов, требующих фрезеровки, и других деталей, где контролируемое вращение улучшает доступ.

 

 

 

5-осевое фрезерование с ЧПУ

 

 

Пятиосевая обработка на станках с ЧПУ сочетает в себе три линейные оси с двумя осями вращения, что позволяет обрабатывать сложные поверхности и многоугольные элементы с разных направлений.

 

При обработке по схеме 3+2 вращательные оси позиционируют деталь под фиксированным углом, и затем трехкоординатная резка происходит из этой ориентации. При одновременной 5-координатной обработке линейные и вращательные оси могут перемещаться вместе во время резки.

 

Пятиосевая обработка позволяет сократить количество переналадок и улучшить доступ к сложной геометрии, но это не всегда оптимальный процесс для каждой детали. Простая деталь, которую можно эффективно обрабатывать по трем осям, не выигрывает от усложнения станка только потому, что доступно пятиосевое оборудование.

 

Для справки, в стандартной нотации осей ЧПУ обычно используются X, Y и Z для линейного перемещения, а A, B и C описывают вращение вокруг осей X, Y и Z соответственно. Конфигурация осей варьируется в зависимости от конструкции станка, поэтому полезнее оценить доступные варианты ориентации инструмента, чем предполагать, что все станки используют одинаковую физическую компоновку.

 

 

 

 

Типы фрезерных станков

 

 

Помимо вертикальной, горизонтальной и осевой классификации, фрезерные станки традиционно делятся на коленные, ползунковые, станочные и строгальные.

 

В фрезерном станке коленного типа используется вертикально регулируемый коленный механизм, поддерживающий седло и стол. Такие станки широко распространены в цехах ручной обработки, ремонтных мастерских и инструментальных цехах.

 

Фрезерный станок поршневого типа поддерживает шпиндель или фрезерную головку на подвижном поршне, обеспечивая дополнительную гибкость позиционирования.

 

Фрезерный станок станочного типа использует более жесткую конструкцию, при которой стол непосредственно опирается на станину. Многие современные обрабатывающие центры используют различные варианты этой жесткой конструкции, поскольку она обеспечивает стабильную обработку при более высоких нагрузках.

 

Строгальный станок предназначен для обработки крупных заготовок и может использовать несколько режущих головок для обработки больших поверхностей.

 

К другим специализированным конструкциям относятся поворотные столы, барабанные станки и фрезерные станки специального назначения. Однако для большинства клиентов, заказывающих детали, изготовленные на станках с ЧПУ по индивидуальному заказу, наиболее важными вопросами обычно являются рабочая зона станка, возможности шпинделя, конфигурация осей, стратегия крепления, допусковые возможности и доступ к элементам детали, а не только традиционная классификация станка.

 

 

 

 

 

Материалы для фрезерования на станках с ЧПУ

 

 

 

 

Фрезерование на станках с ЧПУ позволяет обрабатывать широкий спектр металлов и конструкционных пластмасс . Выбор материала влияет на режущий инструмент, настройки станка, скорость резания, подачу, глубину резания, износ инструмента, тепловыделение, качество поверхности, деформационное поведение и стоимость обработки.

 

 

 

 

Алюминиевые сплавы 6061 и 7075 широко используются для фрезерования на станках с ЧПУ, поскольку они сочетают в себе полезные механические свойства и хорошую обрабатываемость, хотя правильный выбор сплава следует основывать на требованиях к прочности, весу, качеству обработки, коррозионной стойкости и стоимости, а не только на характеристиках обработки.

 

Нержавеющая сталь обеспечивает лучшую коррозионную стойкость и прочность во многих областях применения, но, как правило, требует большего внимания к тепловому воздействию при резке и износу инструмента. Титан обеспечивает высокую прочность при относительно низкой плотности и хорошую коррозионную стойкость, но он более требователен к обработке, поскольку необходимо тщательно контролировать температуру и условия резания.

 

Конструкционные пластмассы, такие как POM, PEEK, нейлон, ABS и PMMA, также могут обрабатываться на станках с ЧПУ, но они иначе реагируют на нагрев и усилие зажима, чем металлы. Дополнительные марки можно посмотреть в разделе материалов для обработки на станках с ЧПУ на сайте VMT.

 

 

 

 

 

Допуски и шероховатость поверхности при фрезеровании на станках с ЧПУ

 

 

Фрезерование на станках с ЧПУ позволяет изготавливать прецизионные компоненты, однако не существует единого допуска, применимого ко всем фрезерованным деталям. Достижимая точность зависит от материала, размера детали, размера элемента, геометрии, толщины стенки, длины инструмента, жесткости станка, крепления заготовки, температуры, последовательности обработки и метода контроля.

 

Следует сосредоточить жесткие допуски на элементах, влияющих на функциональность, таких как установочные отверстия, отверстия для подшипников, уплотнительные поверхности, сопрягаемые интерфейсы, прецизионные базовые точки и критически важные для сборки соединения. Применение одинаково жестких допусков ко всем поверхностям может увеличить время обработки и стоимость контроля без улучшения характеристик изделия.

 

Для задач, требующих высокой точности, технология VMT позволяет достигать допусков обработки до ±0.005 мм и шероховатости обработанной поверхности до Ra 0.2 мкм, однако эти значения не следует рассматривать как универсальные спецификации для любой геометрии или материала. Необходимо проверить каждый элемент чертежа индивидуально.

 

Совет: Уточните, влияет ли тот или иной размер на посадку, выравнивание, герметичность, подвижность или сборку. Если нет, то более практичный допуск может снизить стоимость и производственные риски.

 

 

 

 

Преимущества фрезерной обработки с ЧПУ

 

 

Фрезерование на станках с ЧПУ широко используется, поскольку позволяет изготавливать сложные детали нестандартной геометрии без предварительных инвестиций в специализированное производственное оборудование, такое как пресс-формы или штампы. За один процесс можно создать плоские поверхности, отверстия, пазы, резьбу, угловые элементы и 3D-контуры, а программирование ЧПУ делает процесс повторяемым для дополнительных деталей.

 

Это особенно полезно, когда вам необходимо:

 

• Функциональные прототипы, изготовленные из материалов, пригодных для серийного производства.
• Жесткий контроль размеров
• Многофункциональные или многосторонние компоненты
• Производство малых и средних объемов
• Частые изменения дизайна
• Детали, изготовленные из различных металлов или конструкционных пластмасс.

 

После проверки конструкции, траекторий движения инструмента, оснастки и требований к контролю качества, тот же самый базовый производственный процесс может также использоваться для повторного производства.

 

 

 

 

 

Ограничения и конструктивные особенности фрезерования на станках с ЧПУ.

 

 

Понимание ограничений фрезерования на станках с ЧПУ может помочь вам улучшить конструкцию до начала обработки.

 

 

Внутренние углы

 

 

Фреза с закругленным концом естественным образом оставляет радиус во внутреннем углу. Если требуется очень малый радиус, может потребоваться режущий инструмент меньшего размера, что снизит жесткость и увеличит время обработки.

 

Там, где это позволяет конструкция, используйте больший внутренний радиус, а не делайте каждый угол кармана максимально острым.

 

 

 

Глубокие карманы

 

 

Для обработки глубоких карманов часто требуется фреза с большим вылетом. По мере увеличения вылета инструмента жесткость уменьшается, а риск вибрации, деформации, плохого качества поверхности и отклонения размеров возрастает.

 

Если это позволяет функциональность, увеличение ширины кармана, увеличение внутренних радиусов или уменьшение ненужной глубины может улучшить технологичность изготовления.

 

 

 

Тонкие стены

 

 

Тонкостенные стенки могут смещаться из-за силы резания, давления зажима, нагрева или снятия напряжения в материале. Возможность их изготовления зависит не только от толщины стенки, но и от ее высоты, материала, геометрии, последовательности обработки и требуемых допусков.

 

 

 

Доступ к инструменту

 

 

Режущий инструмент должен физически достигать обрабатываемого элемента. Для обработки глубоких боковых элементов, подрезов, скрытых полостей и отверстий под углом могут потребоваться дополнительные настройки, специализированный инструмент, 4- или 5-осевая обработка или другой производственный процесс.

 

 

 

Отверстия и резьба

 

 

Используйте стандартные размеры сверл и резьбы там, где это позволяет конструкция. Также следует оценить глубину, глубину вхождения, положение резьбового элемента, толщину окружающих стенок и наличие какого-либо последующего покрытия, которое может повлиять на посадку резьбы.

 

 

 

Качество финишной обработки

 

 

Если ваша деталь будет подвергаться анодированию, гальваническому покрытию, нанесению покрытий, полировке или пескоструйной обработке, перед завершением механической обработки определите зоны маскирования, декоративные поверхности, уплотнительные поверхности, резьбу и прецизионную посадку.

 

 

 

 

Распространенные проблемы фрезерования на станках с ЧПУ и способы их решения.

 

 

Деталь может выглядеть простой в САПР, но при этом оказаться сложной в управлении во время обработки. Следующие проблемы особенно распространены при прецизионном фрезеровании на станках с ЧПУ.

 

 

Деформация детали

 

 

Тонкостенные корпуса, детали с множеством углублений и большие пластины могут изменять свою форму во время или после механической обработки, поскольку удаление материала меняет баланс напряжений в детали. Сбалансированная черновая обработка, контролируемое давление зажимного приспособления, подходящие траектории движения инструмента, сохранение припуска на чистовую обработку и последующая обработка критически важных размеров могут помочь снизить этот риск.

 

 

 

Болтовня и вибрация

 

 

Вибрация может возникать, когда резец, заготовка или зажимное приспособление недостаточно жесткие. К этому могут приводить большой вылет инструмента, глубокие полости, тонкие стенки, неподходящие параметры резания и плохое крепление заготовки. Решение обычно требует комплексной оценки длины инструмента, его диаметра, зацепления с режущей кромкой, скорости вращения шпинделя, подачи и поддержки зажимного приспособления.

 

 

 

(Жерновa)

 

 

Заусенцы часто образуются вокруг просверленных отверстий, пазов, резьбы, пересечений отверстий и тонких кромок. Их не следует рассматривать только как косметический дефект, поскольку заусенец может помешать правильному вращению винта, помешать соединению компонентов или создать проблемы при обращении с деталью.

 

 

 

Изменение плоскостности

 

 

Удаление большого количества материала с одной стороны пластины или корпуса может снять остаточные напряжения. В случаях, когда плоскостность имеет решающее значение, может потребоваться черновая обработка, перепозиционирование, контролируемая чистовая обработка и подходящее состояние материала.

 

 

 

Точность отверстий

 

 

Для изготовления прецизионного отверстия может потребоваться не только правильный диаметр. Положение, перпендикулярность, округлость, глубина и взаимосвязь с другими базовыми точками также могут определять правильность сборки детали.

 

 

 

Качество резьбы

 

 

Проблемы с резьбой могут возникать из-за неправильной глубины, заусенцев, плохого вхождения резьбы, износа инструмента, погрешности позиционирования или накопления покрытия. Для резьбы, критически важной для сборки, функциональные резьбовые калибры могут проверить, действительно ли готовое изделие соединяется должным образом.

 

 

 

 

 

Фрезерование на станках с ЧПУ против других производственных процессов.

 

 

Фрезерование на станках с ЧПУ обладает высокой гибкостью, но это не всегда оптимальный процесс для каждой детали. Выбор наиболее подходящего метода производства зависит от геометрии, материала, допуска, объема производства, сроков выполнения и бюджета на оснастку.

 

 

 

 

 

 

Если ваша деталь преимущественно цилиндрической формы, то токарная обработка на станках с ЧПУ может быть более эффективной. Если вам нужен тонкий гнутый корпус, то лучше подойдет изготовление деталей из листового металла. Если вы ожидаете очень больших объемов производства, то литье под давлением или инжекционное формование в конечном итоге могут снизить себестоимость единицы продукции после инвестиций в оснастку.

 

Фрезерование на станках с ЧПУ особенно полезно, когда требуется материал производственного класса, точность размеров, гибкость конструкции, сложные обрабатываемые элементы и мелкосерийное или среднесерийное производство без инвестиций в специализированный инструмент.

 

Для некоторых деталей наилучшим решением может быть не один технологический процесс. Цилиндрический компонент может быть сначала обработан токарным способом, а затем фрезерован для создания плоских поверхностей, поперечных отверстий, пазов или элементов крепления, в то время как сложная внутренняя геометрия может потребовать электроэрозионной обработки в качестве вторичной операции.

 

 

Совет: выбирайте производственный процесс, исходя из того, что должна делать ваша деталь, а не из того процесса, который вы изначально планировали использовать.

 

 

 

 

 

Фрезерование с ЧПУ против токарной обработки с ЧПУ

 

 

 

 

Самое простое различие между фрезерованием и токарной обработкой на станках с ЧПУ заключается в основном вращающемся элементе:

 

При фрезеровании на станках с ЧПУ режущий инструмент вращается. При токарной обработке на станках с ЧПУ вращается заготовка.

 

 

 

 

Если ваша деталь сочетает в себе вращательную и неподвижную геометрию, она может быть изготовлена ​​с помощью отдельных операций фрезерования и токарной обработки или на токарно-фрезерном оборудовании.

 

 

 

 

 

Какие виды обработки поверхности можно использовать для деталей, изготовленных на станках с ЧПУ?

 

 

 

 

Фрезерование на станках с ЧПУ позволяет оставить деталь в том же состоянии, что и после механической обработки, или же нанести дополнительную обработку поверхности для улучшения внешнего вида, коррозионной стойкости, износостойкости, текстуры поверхности или других функциональных требований. Выбор подходящей обработки зависит от материала и способа использования готовой детали.

 

 

 

 

 

Вопросы обработки поверхности следует рассматривать до завершения фрезерования на станке с ЧПУ, а не после того, как деталь уже готова. Анодирование, гальваническое покрытие и другие виды обработки поверхности могут влиять на посадку резьбы, размеры сопряжения, посадку под давлением, уплотнительные поверхности, зоны электрического контакта и требования к внешнему виду.

 

Например, если корпус из анодированного алюминия содержит прецизионную соединительную канавку и несколько резьбовых отверстий, вам может потребоваться указать, какие поверхности будут покрыты, замаскированы или откалиброваны, с учетом толщины покрытия. В противном случае деталь, прошедшая проверку размеров до финишной обработки, может не собраться должным образом после нее.

 

При выборе отделки для вашего материала и области применения вы можете ознакомиться с дополнительными вариантами, предлагаемыми компанией VMT в рамках услуг по обработке поверхностей.

 

Примечание: Не выбирайте тип обработки поверхности только из-за ее внешнего вида. Сначала подумайте, повлияет ли это на размеры, трение, проводимость, коррозионную стойкость, герметичность или сборку готовой детали.

 

 

 

 

Где используется фрезерование с ЧПУ?

 

 

 

 

Фрезерование с ЧПУ используется во многих отраслях промышленности, поскольку позволяет обрабатывать металлы и пластмассы промышленного качества, контролируя при этом создание углублений, отверстий, резьбы, сопрягаемых поверхностей, многогранных элементов и сложной геометрии без необходимости использования специального производственного инструмента.

 

 

 

 

 

Один и тот же процесс фрезерования на станке с ЧПУ может решать совершенно разные производственные задачи. При изготовлении корпуса для электроники могут учитываться такие факторы, как прочность тонких стенок и эстетичное анодирование, в то время как при изготовлении оптического крепления большее значение могут иметь базовые параметры, выравнивание и положение отверстия.

 

Именно поэтому не следует оценивать фрезерование на станках с ЧПУ, ограничиваясь вопросом о том, может ли станок изготовить нужную форму. Необходимо также учитывать, может ли процесс сохранить функциональные взаимосвязи, имеющие значение для конечной сборки.

 

 

 

 

Что определяет стоимость фрезерования на станке с ЧПУ?

 

 

Две детали, изготовленные на станке с ЧПУ из одного и того же материала, могут иметь совершенно разную стоимость, поскольку сырье — это лишь одна из составляющих расчета.

 

На стоимость механической обработки влияют размер детали, обрабатываемость материала, объем удаляемого материала, количество переналадок, доступ режущего инструмента, требования к допускам, шероховатость поверхности, контроль качества, вторичная чистовая обработка и объем производства.

 

Например, для простой алюминиевой пластины с несколькими просверленными отверстиями может потребоваться мало времени на программирование и обработку, в то время как для тонкостенного корпуса из того же сплава может потребоваться обширная черновая обработка, использование нескольких инструментов, контролируемое закрепление заготовки, точная плоскостность, декоративная обработка и дополнительный контроль качества.

 

Зачастую стоимость фрезерования на станках с ЧПУ можно снизить следующим образом:

 

• Использование практических допусков для некритических размеров
• Увеличение радиусов внутренних углов там, где это позволяет функциональность.
• Избегайте излишне глубоких и узких карманов.
• Обеспечение достаточного доступа к инструментам.
• Используя стандартные размеры отверстий и резьбы.
• Сокращение количества ненужных настроек
• Указывать мелкую шероховатость поверхности только там, где это необходимо.
• Четкая идентификация косметических поверхностей
• Запрос обратной связи по DFM перед началом производства.

 

Цель состоит не в том, чтобы сделать вашу конструкцию менее точной. Цель — применить точность там, где она действительно повышает ценность детали.

 

 

 

 

Как осуществляется контроль качества фрезерования на станках с ЧПУ?

 

 

 

 

Контроль качества начинается еще до того, как готовая деталь попадет в инспекционную комнату. Стабильный процесс фрезерования на станках с ЧПУ должен обеспечивать согласованность требований чертежа с базовой стратегией, оснасткой, последовательностью обработки, режущими инструментами, внутрипроизводственным контролем и окончательной проверкой.

 

Для простых размеров могут быть достаточны обычные контрольно-измерительные инструменты. Сложные позиционные соотношения, профили и жесткие геометрические требования могут потребовать использования координатно-измерительных машин или оптических приборов. Критические резьбы могут быть проверены с помощью функциональных калибров, а требования к поверхности могут потребовать измерения шероховатости и визуального осмотра.

 

В компании VMT контроль качества может включать в себя анализ DFM (проектирование для производства), проверку размеров, контроль качества в процессе производства, контроль с помощью координатно-измерительной машины (CMM), резьбовые калибры, проверку шероховатости поверхности и окончательную проверку в соответствии с требованиями вашего чертежа.

 

Если ваша деталь имеет жесткие допуски, не стоит сосредотачиваться только на возможности измерения конечного размера. Необходимо также учитывать, может ли процесс обработки поддерживать эту характеристику стабильно на протяжении всего требуемого объема производства.

 

 

 

 

От прототипа, изготовленного на станке с ЧПУ, до серийного производства.

 

 

Фрезерование на станках с ЧПУ может использоваться для поддержки одного и того же проекта на нескольких этапах разработки.

 

На этапе создания прототипа можно оценить геометрию, посадку, материал, сборку и функциональность. После тестирования можно скорректировать толщину стенок, положение отверстий, допуски, внутренние радиусы или требования к качеству обработки поверхности.

 

Затем опытная партия помогает подтвердить повторяемость оснастки, срок службы инструмента, методы контроля, стабильность качества обработки поверхности, а также то, остается ли процесс стабильным при производстве нескольких деталей, а не только одной.

 

После подтверждения соответствия этим требованиям программа ЧПУ, приспособления, оснастка, критерии контроля, спецификации отделки и упаковка могут быть стандартизированы для повторного производства.

 

 

 

 

Заключение: Понимание принципов работы фрезерных станков с ЧПУ помогает принимать более обоснованные производственные решения.

 

 

Фрезерование на станках с ЧПУ начинается с простого принципа — вращающаяся фреза удаляет материал с заготовки, — но качество и стоимость готовой детали зависят от гораздо большего, чем просто от самого станка. Доступ к инструменту, внутренние радиусы, глубина паза, толщина стенки, материал, допуски, крепление заготовки, последовательность обработки, чистовая обработка и контроль качества — все это влияет на то, как должна быть изготовлена ​​ваша конструкция.

 

Если вы изучаете фрезерование на станках с ЧПУ, потому что вам нужно изготовить реальную деталь, вам не обязательно становиться экспертом в области механической обработки, прежде чем связаться с поставщиком. Важно понимать достаточно, чтобы распознавать, какие требования влияют на функциональность, и какие конструктивные решения могут создать ненужные сложности при обработке.

 

Если вы не уверены, следует ли использовать для фрезерования детали 3-осевой, 4-осевой или 5-осевой станок с ЧПУ, или у вас есть вопросы по поводу глубоких пазов, тонких стенок, допусков, резьбы, материала или качества поверхности, вы можете отправить свой 2D-чертеж и 3D CAD-модель в VMT. Мы можем проанализировать производственные требования и предоставить рекомендации по DFM (проектированию с учетом технологичности изготовления) до начала прототипирования или серийного производства.

 

Загрузите свои 2D/3D чертежи, чтобы запросить расчет стоимости фрезерования на станке с ЧПУ и провести анализ производственных процессов.

 

 

 

Часто задаваемые вопросы о фрезерных станках с ЧПУ

 

 

Что такое фрезерование на станках с ЧПУ простыми словами?

 

Фрезерование на станках с ЧПУ использует управляемый компьютером станок и вращающийся режущий инструмент для удаления материала с заготовки до тех пор, пока не будет получена требуемая форма детали.

 

 

 

Что означает ЧПУ?

 

ЧПУ расшифровывается как компьютерное числовое управление, что означает, что запрограммированные числовые инструкции управляют движением и функциями станка.

 

 

 

Что такое фрезерный станок с ЧПУ?

 

Фрезерный станок с ЧПУ — это станок с компьютерным управлением, использующий вращающиеся фрезы и управляемое перемещение осей для обработки таких элементов, как плоские поверхности, пазы, впадины, отверстия, резьба и сложные контуры.

 

 

 

В чём разница между 3-осевым и 5-осевым фрезерованием на станках с ЧПУ?

 

Трехосевой станок в основном управляет линейным перемещением по осям X, Y и Z. Пятиосевой станок добавляет две оси вращения, обеспечивая дополнительную ориентацию инструмента для обработки сложных, угловых или многогранных геометрических форм.

 

 

 

Всегда ли 5-осевое фрезерование на станках с ЧПУ лучше, чем 3-осевое?

 

Нет. Деталь, которую можно эффективно обрабатывать на 3-осевом станке, может не получить никакой полезной выгоды от обработки на 5-осевом станке. Выбор станка должен основываться на геометрии, доступе к инструменту, допусковых соотношениях, требованиях к настройке и стоимости.

 

 

 

Может ли фрезерование на станках с ЧПУ создавать острые внутренние углы?

 

Обычная фреза с закругленным концом естественным образом оставляет внутренний радиус скругления. Если ваша конструкция требует действительно острого внутреннего угла, вам может потребоваться изменение конструкции или другой процесс, например, электроэрозионная обработка.

 

 

 

Можно ли производить тонкостенные детали с помощью фрезерования на станках с ЧПУ?

 

Да, но для тонкостенных материалов требуется уделять больше внимания силе резания, давлению зажима, напряжению в материале, траекториям движения инструмента и последовательности обработки, поскольку они более склонны к деформации.

 

 

 

Какие материалы можно фрезеровать на станке с ЧПУ?

 

К распространенным материалам относятся алюминий, нержавеющая сталь, сталь, латунь, медь, титан, полиоксиметилен (POM), полиэфиркетон (PEEK), нейлон, АБС-пластик, полиметилметакрилат (PMMA) и многие другие обрабатываемые конструкционные материалы.

 

 

 

Насколько точна фрезерная обработка на станках с ЧПУ?

 

Фрезерование на станках с ЧПУ позволяет добиться точного контроля размеров, однако фактическая точность зависит от материала, геометрии, размера элемента, способа крепления заготовки, длины инструмента, стратегии обработки, возможностей станка и метода контроля качества.

 

 

 

Можно ли анодировать или покрывать гальваническим покрытием детали, изготовленные на станках с ЧПУ?

 

Да. В зависимости от материала, детали, изготовленные на станках с ЧПУ, могут быть анодированы, подвергнуты твердому анодированию, гальваническому покрытию, пассивации, пескоструйной обработке, шлифовке, полировке, порошковой окраске, PVD-покрытию или иной финишной обработке после механической обработки.

 

 

 

Подходит ли фрезерование на станках с ЧПУ для изготовления прототипов?

 

Да. Фрезерование на станках с ЧПУ хорошо подходит для создания функциональных прототипов, поскольку позволяет изготавливать детали непосредственно из конструкционных материалов без предварительного приобретения производственной пресс-формы.

 

 

 

Можно ли использовать фрезерование на станках с ЧПУ в производстве?

 

Да. Фрезерование на станках с ЧПУ позволяет изготавливать прототипы, производить продукцию в малых объемах и серийно. Для очень больших объемов производства следует также сравнить экономическую эффективность таких процессов, как литье, ковка, штамповка, экструзия или формовка.