Фрезерная обработка: назначение, этапы, способы

О чём речь? Фрезерная обработка – востребованная технология благодаря универсальности. Её отличают множество процедур и возможность работы с разнообразными материалами. При этом риск брака стремится к нулю.

Как делают? Результат зависит от вида фрезеровки и фрезы для среза материала. В итоге достигается эффект, которого нельзя добиться, например, на токарном станке. Конечно, несмотря на достоинства технологии, у нее есть и недостатки.

Назначение фрезерной обработки

Фрезерная обработка применяется настолько же широко, как сверление или различные виды токарных работ. Процесс заключается в срезании слоя материала (дерева, металла) специальным зубчатым инструментом – фрезой.

Из фрез разнообразных форм выбирают вариант, с помощью которого можно добиться наиболее качественного результата для выбранного материала. Чаще всего таким образом обрабатывают металлические изделия. Сегодня распространены фрезерные агрегаты, оборудованные системой ЧПУ. Такое оборудование позволяет снизить количество брака, увеличить скорость и объемы производства. Благодаря фрезерной обработке острыми лезвиями или сверлом детали приобретают максимально четкие и точные формы.

Важным преимуществом фрезеровки является универсальность технологии. На фрезерных аппаратах с ЧПУ можно обрабатывать не только металл, но и дерево, пластмассу, стекло.

Для чего применяют методику:

• гравировка и нанесение узоров;
• изготовление отверстий, в том числе резьбовых;
• распил заготовки;
• шлифовка – для этого используют специальные малоабразивные насадки на фрезу.

Технология характеризуется высокой скоростью обработки, разнообразием возможных видов работ и низкой себестоимостью.

Виды фрезерования металла

Фрезерную обработку можно выполнять вручную либо на станках с ЧПУ. Также существует две технологии процесса: попутное и встречное фрезерование. Оба способа имеют свои плюсы и минусы.

Попутная фрезеровка

Это традиционная методика, суть которой состоит в подаче заготовки в том же направлении, в каком движется фреза. Преимущества технологии:

• Металлическая заготовка присоединяется к станине естественно, нет нужды дополнительно фиксировать деталь.
• Лезвия фрезы затупляются гораздо дольше, низкий износ инструмента.
• В процессе стружка практически не попадает под режущую поверхность, и убирать ее гораздо легче.
• Фреза плавно снимает тонкие слои материала.
• Легко добиться оптимальной гладкости или, наоборот, шероховатости.

Читайте также: «Токарная обработка деталей: виды, технологии»

Недостатки попутного фрезерования:

• Требуется отсутствие зазоров.
• Фрезерное оборудование должно обладать высокими характеристиками жесткости.
• Методика не подходит для обдирочных работ, вначале необходимо подготовить грубую поверхность перед фрезерованием.
• Лезвия могут затупиться из-за слишком твердых включений.

Встречная фрезеровка

В процессе работы инструмент движется навстречу подаче заготовки. Такая технология имеет свои особенности и возможности применения. Среди ее достоинств:

• Мягкая плавная резка с минимальной нагрузкой на инструмент.
• Структура сырья не деформируется в процессе обработки, прочность материала не меняется.
• Большая производительность.

Недостатки встречного фрезерования:

• Быстрый износ инструмента, особенно на высокоскоростных режимах работы.
• Требуется дополнительная фиксация. Энергия расходуется не только на резку, но и на отрыв шаблона.
• Стружка попадает в зону резки.

Методику обработки деталей на фрезерных станках выбирают в зависимости от сырья и степени его подготовки. Встречная фрезеровка позволяет обрабатывать более грубые поверхности и подходит для первичных работ. Для последующей обработки мягких металлов лучше подходит попутное фрезерование.

Существует классификация фрезеровочных работ по точности и качеству.

Для первичной обработки выполняют черновую фрезеровку. Процесс задействует более высокую мощность оборудования, и глубина резки обычно выше. Параметр шероховатости после фрезеровки – Ra 6,3–20. Необходимо использовать мощные агрегаты с жесткой конструкцией. При черновой обработке возможно снимать относительно широкие слои материала при небольшой скорости вращения фрезы.

Для дальнейших работ применяют чистовое фрезерование. Этим методом можно получать более четкие контуры изделия. Поверхность остается более гладкой – Ra 1,25–1,6. Фреза вращается на больших оборотах, при этом лезвия снимают максимально тонкие слои материала.

Читайте также: «Обработка металлов резанием: виды, технология выполнения работ»

Черновую и чистовую фрезеровку возможно осуществлять на одном станке либо двух разных. Также выполняют получистовую обработку, при которой комбинируют оба метода и в два этапа различными инструментами воздействуют на заготовку.

Кроме того, выделяют следующие виды токарно-фрезерной обработки:

• Зубчатое фрезерование, с помощью которого возможно выполнять зубцы.
• Торцовое – подходит для среза торцов заготовки, для проточки канавок, выполнения подсечки, различных боковых элементов.
• Концевое – для вырезания уступов в вертикальной или горизонтальной плоскости.
• Цилиндрическое – фигурная резка.
• Фасонное – предназначается для создания фасок, широко применяется для обработки трубопроката.

Оборудование для фрезерной обработки

Во многом результат обработки зависит от технических возможностей фрезерного агрегата. Различают станки с нормальной точностью результата и прецизионные аппараты. Используемая методика, в свою очередь, влияет на выбор наиболее подходящего инструмента. Для создания качественных точных деталей необходимо верно установить фрезу и заготовку, а также задать устройству соответствующую программу действий.

Обработка производится на фрезерном станке. Сегодня используют следующие виды агрегатов:

• Вертикальные станки. Применяются для обработки рам, зубчатых изделий, выполнения углов и пазов. Устройство оснащают концевыми, цилиндрическими и фасонными фрезами.
• Горизонтальные. Применяются для работы с небольшими деталями. Совместимы с большинством фрез.
• Универсальные. Можно задать любой угол резки, так как рабочий стол и консоль способны перемещаться. Подходят для фрезерной обработки почти любых заготовок из металла и других материалов, совместимы со всеми видами инструментов.
• С ЧПУ. Наиболее производительные устройства, выполняющие работу по предварительно заданной программе. Такие станки обеспечивают наибольшую точность изготовления и подходят для создания деталей разнообразных форм. Цена на такое оборудование довольно высока, однако затраты окупят себя быстро.

Фрезерный станок выбирают исходя из масштабов производства и желаемых объемов изготовления деталей. Чаще всего применяют один универсальный агрегат, которому можно задавать различные параметры, или несколько, выполняющих каждый свою конкретную задачу.

Читайте также: «Обработка металла на токарном станке: методы и виды оборудования»

В первом случае подойдет станок с ЧПУ. Он поддерживает переустановку оснастки, крепление заготовки, скорость резания, режим и программу автоматически настраивает аппарат в зависимости от схемы металлообработки и исходного сырья. Во второй ситуации потребуется конвейерная лента.

Основные типы фрез для фрезерной обработки

Фрезы разделяются на следующие виды:

• Торцевые. По внешнему виду напоминают небольшое сверло с увеличенным диаметром. По окружности инструмента располагаются пять или более резцов, закрепленных на разном расстоянии друг от друга, но на одинаковой глубине посадки. Используются в случаях, когда требуется придать заготовке более точные размеры. С их помощью формируют канавки, окошки, колодцы. Подходят для срезания торцов.
• Цилиндрические. С их помощью корректируют высоту граней, к примеру ребра прокатных профилей. Инструмент выглядит как горизонтальный валик с режущей поверхностью винтовой формы. Универсальные фрезы, подходящие для многих видов обработки. Могут дополняться насадкой с прямыми зубьями для работы с прямыми поверхностями.
• Дисковые. По форме напоминают дисковую пилу. Применяются, чтобы формировать продольные канавки по длине заготовки.
• Угловые. Инструмент имеет форму двух соединенных друг с другом усеченных конусов. На такие фрезы возможно установить дополнительные насадки с лезвиями из победитового сплава, используемые для обработки самых прочных металлов.
• Концевые. Такие фрезы применяют для создания вертикальных и горизонтальных уступов нужных размеров.
• Фасонные. К этому виду относят два типа инструментов. Это могут быть остроконечные фрезы сложной конструкции с острыми краями на внутренней поверхности. Также применяют инструменты со спиралевидными затылованными зубцами. Незаменимы для изготовления деталей нестандартных конфигураций.

Перечисленные фрезы – самые популярные и универсальные. Кроме них существуют инструменты с более специфичными формами. Так называемая червячная оснастка используется, чтобы обрабатывать заготовку несколькими лезвиями одновременно. Корончатые фрезы подходят для выполнения широких отверстий.

Читайте также: «Обработка металлов давлением: правила и способы»

Для фрезерной обработки металлических изделий на станках с ЧПУ возможно применять лазерную резку.

Этапы фрезерной обработки

Чтобы изготовить качественное изделие, используя фрезеровку, вне зависимости от материала заготовки нужно уделить время подготовке к выполнению работы. В первую очередь стоит узнать, какие правила применяемой технологии необходимо соблюдать для получения лучшего результата, а также по каким этапам происходит обработка.

1. Подготовка к работе. Выбирают режущий инструмент и устанавливают его на шпинделе станка. Фиксируют заготовку на рабочем столе.
2. Настройка станка. Устройству задают скорость вращения фрезы и направление ее движения, ширину срезаемого слоя.
3. Тестовый запуск. Инструмент устанавливают, чтобы фреза слегка соприкасалась с поверхностью заготовки, и включают электродвигатель станка в режиме небольшой скорости. Этим проверяют глубину реза и делают процесс безопасным. Затем шпиндель возвращают в изначальное положение и в случае необходимости корректируют заданные параметры.
4. Обработка. Повторно включают двигатель. Заготовка подается на фрезу, и в это время выполняется обработка. По ходу процесса нужно контролировать, насколько точно формируется изделие в соответствии с необходимыми характеристиками.

Возможные проблемы при фрезерной обработке и пути их решения

Несмотря на то, что фрезерную обработку выполняют на современных устройствах, в работе могут по разным причинам возникать определенные проблемы. Перед началом производства стоит подготовиться избавиться от причин их появления, и отработать метод решения уже возникших проблем. Следствием недостаточной подготовки может стать, например, травма оператора, нанесенная отлетающей в ходе резки металлической стружкой.

Защитит от этого правильная организация системы отвода. Существуют и другие трудности, которые могут возникнуть в процессе. Перечислим основные проблемы.

Повышенный износ инструмента

Такие сложности при работе с фрезерным станком могут быть следующими:

• Быстрое затупление фрезы. Может происходить из-за неправильно выбранной оснастки, неподходящей скорости вращения лезвий и при неверной подаче заготовки.
• Сильное выкрашивание зубцов. Появляется при слишком высокой скорости вращения и применения неподходящего инструмента. Может быть нарушен угол установки шпинделя. Причиной разрушения кромки может быть недостаточно подготовленная, грубая поверхность обрабатываемой заготовки, а также излишнее давление фрезы.
• Полная поломка инструмента. Случается из-за недостаточной прочности и жесткости конструкции агрегата и при термическом ударе. Чтобы решить вопрос, нужно верно выбирать оснастку, регулярно смазывать рабочие элементы станка, контролировать температуру и при необходимости охлаждать устройство. Еще одна возможная причина – отсутствие или неэффективность отвода металлической стружки. Из-за этого возрастает нагрузка на фрезу с каждым последующим снятием слоя.
• Налипание стружки и наросты материала на режущей поверхности. Такое может возникнуть при фрезерной обработке достаточно мягких металлов, например алюминия. Проблема встречается при неправильно заданном угле шпинделя к поверхности заготовки. Решением станет замена и регулировка оснастки.

Повреждение обрабатываемой заготовки

К дефектам, которые могут возникнуть в процессе обработки, относят следующие:

• Наклеп металла или пластика. Деформация и утолщение поверхности происходят из-за высокой температуры в месте резания. При таком явлении снижается эластичность материала. Чтобы не допустить появления дефекта, требуется охлаждать заготовку и фрезу с помощью современных методов.
• Отклонение от хода подачи. Резка становится неточной, если сильно изношены режущие элементы или неверно заданы параметры устройства.
• Несоответствие размеров. Может возникнуть по причине ненадежного закрепления детали на рабочем столе, недостаточной жесткости конструкции агрегата, излишней вибрации во время работы или использования затупившейся фрезы. Решить проблему возможно заменой инструмента, жесткой фиксацией заготовки, а также применением виброгасителя.
• Грубая поверхность детали после резки, выкрашивание материала. Следствие неравномерного хода подачи и ошибках в настройке параметров станка. Необходимо подобрать подходящую глубину реза и отрегулировать скорость вращения лезвий при фрезеровке.

Заранее проработав методы устранения возможных проблем при работе на фрезерном оборудовании, можно значительно повысить производительность изготовления и качество получаемых деталей.

Часто задаваемые вопросы о фрезерной обработке

В чем заключаются отличия токарного станка от фрезерного?

На токарном оборудовании выполняют заточку изделия либо, наоборот, обтачивают ее острые углы. Материал равномерно удаляется с поверхности заготовки. Фрезерный станок, в свою очередь, оборудован для резания или сверления детали.

Читайте также: «Виды токарных станков: от стандартных до ЧПУ»

Конструкция фрезерного аппарата позволяет обработку изделий разнообразных форм. На токарном станке возможно работать только с заготовками с формой тела вращения (конус, цилиндр и т. д.)

Для какого производства нужна фрезеровка?

Фрезерная обработка используется для дерева и металла и потому широко применяется в ювелирном деле, машиностроении, архитектуре и дизайне. Популярным материалом для фрезеровки считается алюминий. Достоинства металла – прочность и низкая температура плавления. Алюминиевые детали имеют множество способов применения и используются для конструкций баннеров и билбордов, изготовления штативов, а также в интерьере и дизайне.

В чем заключается методика химической фрезеровки?

Суть технологии в воздействии на металлическое изделие химическими веществами. Этот вид фрезерования позволяет выполнять точную обработку заготовок со сложными формами. Такие детали почти невозможно подвергнуть резанию при помощи фрезы. С помощью химической фрезеровки производят детали для строительства, печатные платы для электроники, различные конструкции аэротехники.

Сейчас токарно-фрезерная обработка широко применяется на предприятиях, производящих изделия для многих областей деятельности. На станках возможно создавать детали из разнообразных материалов, практически любых форм и по индивидуальным проектам. Особо точное производство характерно для лазерного фрезерования, выполняемого на станках с ЧПУ.