Планета сам попутное и встречное фрезерование. Сравнение попутного и встречного фрезерования

Разбираемся в разнице качества фрезерования при встречном и попутном направлении режущих граней относительно материала.

Во время встречного фрезерования зуб фрезы во время снятия стружки с обрабатываемого материала нагружается плавно, благодаря чему ресурс инструмента исчерпывается гораздо дольше по сравнению с попутным фрезерованием.

Такой способ фрезерования также поможет продлить срок службы фрезы в случае с поверхностно уплотненной заготовкой, так как снятие стружки начинается с неплотного подкоркового слоя материала.

В зависимости от направления вращения фрезы выделяют 2 типа фрезерования: встречное и попутное.

Попутным называют такой способ фрезерования, при котором подача материала совпадает с направлением вращения фрезы, рис.1.

Рис. 1. Встречное фрезерование - А. Попутное фрезерование- Б.

Если же направление фрезерования и подача противоположно направлены, то имеем дело со встречным фрезерованием

Как недостатки, так и преимущества есть у обоих способов.

При попутном фрезеровании зуб фрезы в момент входа в заготовку нагружается скачкообразно, происходит удар о поверхность обрабатываемого материала. Как следствие из этого получаем повышенный износ инструмента. Наиболее существенно этот эффект проявляется при обработке поверхностно уплотненного материала и обработке поверхности прямозубыми цилиндрическими фрезами.

При попутном фрезеровании происходит уплотнение обрабатываемой поверхности. Это, конечно, нельзя однозначно отнести к достоинствам или недостаткам. Уплотнение связано с тем, что непосредственно в зоне обработки происходят пластические деформации срезаемого слоя материала, а благодаря тому, что силы давления фрезы и реакции заготовки в зоне обработки направлены встречно, происходит сминание (то самое уплотнение) слоя материала заготовки.

Благодаря тому, что фреза в процессе работы давит на заготовку, прижимая ее к опорной поверхности и тем самым увеличивая жесткость сопряжения, точность обработки получается выше, по сравнению со встречным фрезерованием.

Во время встречного фрезерования зуб фрезы во время снятия стружки с обрабатываемого материала нагружается плавно, благодаря чему ресурс инструмента исчерпывается гораздо дольше по сравнению с попутным фрезерованием. Такой способ фрезерования также поможет продлить срок службы фрезы в случае с поверхностно уплотненной заготовкой, так как снятие стружки начинается с неплотного подкоркового слоя материала. В области же плотной корки (выделена область «А» на рис.1 б) разделение материала происходит во многом за счет сил растяжения и изгиба. Эти виды нагрузки требуют гораздо меньшего усилия для разрушения материала, в отличие от сминания, которое имеем в случае с попутным фрезерованием.

При встречном способе фрезерования изменение плотности обрабатываемого слоя материала происходит в меньшей степени. Однако при этом возможно проскальзывание зуба по поверхности заготовки, что приведет к упрочнению продавленного слоя и последующему увеличению требуемой для обработки нагрузки.

При встречном способе обработки материала фреза в процессе работы стремится вытянуть слой материала из заготовки. При этом толщина срезаемой стружки непостоянна. Из-за вызываемых при этом упругих деформаций возникает вибрация и, как следствие, снижается качество обрабатываемой поверхности.

Итак, учитывая названные преимущества и недостатки рассматриваемых способов фрезерования можно сделать выводы, что попутное фрезерование больше подходит для:

Чистовой обработки;

В случаях, когда снимается тонкий слой за проход;

Обработки поверхностно не уплотненных материалов.

Встречное фрезерование больше подходит для:

Черновой обработки материала;

Обработки поверхностно уплотненных материалов.

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.

Фрезерование это есть ни что иное как механическая обработка разного рода материалов методом резания. Фрезерование выполняется для того, чтобы получить деталь, которая будет иметь необходимую шероховатость, форму или размер в обработанном виде.

Многолезвийный инструмент, который устанавливается на станке, в процессе фрезерования обычно совершает движение вращения, а заготовка, обрабатываемая с помощью этого режущего инструмента, движется в поступательном режиме.

Сам процесс резания при фрезеровке будет характеризоваться сменяющими друг друга холостыми и рабочими циклами зубьев фрез. Кроме того, могут меняться температурные колебания нагревания зубьев, сменой нагрузки, подаваемой на каждый зуб фрезы или сменой толщины снимаемой стружки.

Во время фрезеровки резание детали происходит исключительно на части дуги окружности и только до тех пор, пока зубья находятся в контакте с материалом, который обрабатывается. После этого следует холостой ход.

В процессе фрезерования каждый зуб фрезы должен преодолеть сопротивление своему действию со стороны обрабатываемого материала и силы трения, которые будут действовать на поверхности зубьев фрезы. Как правило, во время резки с заготовкой контактирует не один зуб, а сразу несколько, поэтому станку приходится преодолевать суммарное противодействие. В это время действует суммарная сила резания, она складывается из всех сил, которые действуют на зубья. Схема, по которой будут действовать силы резания во время фрезерования, будет зависеть от способа фрезеровки и типа рабочей фрезы.

Фрезерование, как радиальное, выполняемое торцевой фрезой , так и тангенциальное, с помощью цилиндрической фрезы, может быть выполнено двумя способами. Один из них – встречное фрезерование или против подачи. В этом случае направление движения материала будет противоположно направлению движения фрезы. Второй тип называется попутным фрезерованием или по подаче. В этом случае вращение самой фрезы и подачи будут совпадать.

Если фрезерование встречное , то толщина этого среза будет меняться от нуля, который можно заметить на входе зуба и до максимального значения. Его можно будет зарегистрировать при выходе зуба из контакта с заготовкой, которую он обрабатывает.

Если фрезерование попутное , то процесс резки будет наоборот происходить от максимума до нулевого значения.

Попутное фрезерование начинается с удара, происходящего в момент, когда зуб входит в контакт с обрабатываемой заготовкой, так как толщина среза в данном случае имеет максимальное значение. По этой причине попутную фрезеровку допускается производить только на станках, которые обладают достаточным уровнем жесткости. Кроме того, обязательно контролировать, чтобы не было зазора в сопряжении ходовой винт гайка между поперечной и продольной подачей фрезерного стола.

Если смотреть в целом, то попутная фрезеровка будет более выгодной при чистовых работах, когда корку, образующуюся на поверхности материала, уже сняли, а глубина срезаемого слоя не большая.

Процесс обработки при встречном фрезеровании характеризуется более спокойным резанием, так как толщина удаляемого материала нарастает плавно, а нагрузка на станок увеличивается постепенно. Встречная фрезеровка значительно полезнее при черновой обработке материала, при наличии корки или окалины (поковки).

К станкам с числовым программным управлением предъявляются особые повышенные требования по люфтам механизмов измеряемых в сотых долях миллиметра, по этому попутному фрезерованию здесь отдаётся предпочтение, что не всегда реализуемо на обычных станках.

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:

1. При фрезеровании на глубину в половину диаметра фрезы или меньше лучше использовать попутное (при условии, что у вашей машины низкий люфт, и это безопасно);
2. При фрезеровании на глубину ¾ диаметра фрезы способ фрезерования не имеет значения;
3. 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

В тех случаях, когда обработка заготовки осуществляется при помощи дисковых и цилиндрических фрез, фрезерование делят на два вида. В соответствии с этим делением различают попутное и встречное фрезерование.

1 Какие существуют виды обработки материалов фрезой?

Под фрезерованием понимают процесс обработки деталей с фасонными и плоскими поверхностями на при помощи специального рабочего инструмента. Существуют следующие основные типы фрезерования:

• Торцевой и цилиндрической фрезой. Они используются для работы с правильными по форме плоскими поверхностями.
• Дисковой фрезой с тремя сторонами, являющимися кромками для резки. Данные кромки располагаются по торцам инструмента и по его наружному сечению. Трехстороннее приспособление используется для обработки уступов.
• Наклонных поверхностей. Такой тип обработки необходим для производства направляющих для агрегатов, относимых к группе металлорежущих.
• Фасонных поверхностей (сфер, эллипсов и так далее). В данном случае применяется инструмент, формы коего идентичны конфигурациям, которые должна будет иметь деталь после обработки.
• Винтовых канавок. Вид фрезерования, которое чаще всего производится на агрегатах с числовым программным управлением при выпуске .
• Криволинейного контура. Рабочий инструмент идет по линии, фрезеруя заготовку по заданному контуру.

Фрезерование пазов осуществляется шлицевыми и концевыми фрезами. Шлицы в наши дни почти не используются, ввиду малой точности и недостаточной производительности методики. А вот концевые фрезы эксплуатируются достаточно активно. С их помощью на цилиндрических и плоских изделиях получают разные по формам и геометрическим параметрам прямобочные пазы.

2 Попутное фрезерование – недостатки и достоинства

Под этим процессом подразумевают такую обработку, при которой перемещение обрабатываемого изделия совпадает с направлением движения рабочего инструмента для фрезерования. Попутная операция характеризуется далее указанными достоинствами:

• стружка без проблем удаляется с заготовки, так как она остается сзади фрезы;
• на фрезерный станок нет необходимости монтировать специальные зажимные механизмы (силы резания сами по себе прижимают обрабатываемую деталь к рабочему столу);
• металл с заготовки снимается плавно, что обеспечивает ее поверхности отличный показатель шероховатости;
• зубья фрезы изнашиваются медленно и при этом равномерно (снижение себестоимости выполнения операций, увеличение времени эксплуатации инструмента).

Имеются у попутного фрезерования, конечно же, и недостатки. Во-первых, в устройстве передвижения стола станочного оборудования не должно быть зазоров. Если таковые имеются, обработка будет проходить при ощутимой вибрации, а это приводит к снижению качества фрезерования, да и его эффективности в целом. Во-вторых, зубья рабочего инструмента испытывают высокие нагрузки ударного характера.

В связи с этим использовать фрезы для попутного фрезерования разрешается только на жестких станках, которые, кроме того, позволяют надежно и максимально жестко выполнить крепление фрезеруемой детали. Третий недостаток заключается в том, что попутное фрезерование не выполняется в тех случаях, когда необходимо произвести фрезерование штамповок, различных поковок и прочих изделий, которые имеют необработанную дополнительно поверхность. Имеющиеся в таких заготовках включения способны очень быстро вывести фрезу из строя.

3 Встречное фрезерование и его особенности

Если вращение инструмента является противоположным по отношению к направлению подачи заготовки, речь идет о фрезеровании встречного типа, специалисты обычно именуют эту методику обработкой "против подачи". В данном случае стружка удаляется плохо – осуществлять этот процесс банально неудобно, так как остатки от обработки идут перед рабочим инструментом, и фрезы изнашиваются очень быстро (и при этом весьма ощутимо).

Кроме того, изделие требуется прикреплять к фрезерному станку максимально прочно с применением хитроумных зажимов, которые усложняют конструкцию оборудования и снижают эффективность его использования.

Встречная операция фрезерования почти никогда не выполняется для чистовой обработки из-за того, что металлическая стружка серьезно повреждает поверхность заготовки. Еще один "минус" методики – непостоянство толщины стружки, которая срезается в процессе выполнения работ. К преимуществам встречного фрезерования относят то, что при снятии стружки, благодаря деформации материала, наблюдается упрочнение верхнего слоя изделия; операция осуществляется мягко, из какого бы металла (даже очень прочного) не изготавливалась деталь, при этом отмечается плавная нагрузка на фрезерную установку.

Таким образом, любой из двух способов фрезерования, которые мы описали, имеет свои преимущества и явные недостатки. А это означает, что в каждом конкретном случае методика резки выбирается с учетом того, какую по качеству поверхность требуется получить после обработки.