Фрезерный станок устройство и принцип работы: Принцип работы фрезерных станков по дереву

Вертикальный фрезерный станок — устройство и применение

Вертикально-фрезерный станок – весьма популярная техника, которая нашла применение в машиностроительной отрасли. Главной особенностью оборудования является то, что оно позволяет изготавливать сложнопрофильные детали, такие как штампы, копиры и прочее.

Все функции, возлагаемые на вертикальный фрезерный станок, можно разделить на сверление, фрезеровку и расточку. Точность выполнения задачи на таком оборудовании достаточно высока. При этом достойная производительность техники также не подвергается сомнениям. Станки вертикального типа, как правило, отличает высокая мощность привода, которая в сочетании с твердосплавным инструментом создают очень продуктивный тандем.

Среди конструктивных особенностей подобных агрегатов специалисты отмечают наличие так называемой делительной головки, которая используется для поворота заготовки на необходимый угол. Кроме того, вращение детали облегчает обработку винтовых канавок, что также очень важно для повышения производительности труда.

Вертикальный фрезерный станок рассчитан на обработку металлических конструкций самыми разными фрезами и сверлами. Техника может быть использована для обработки любых плоскостей, разного рода спиралей, пресс-форм. При этом, как правило, такие станки рассчитаны на обработку деталей из цветных и черных металлов, а также из сплавов, что их делает многофункциональным широкопрофильным оборудованием.

Вертикальный станок отличает отсутствие так называемой консоли. Стол движется по специальным направляющим станины фундамента, что гарантирует предельную жесткость оборудования. Разумеется, это отражается на точности обработки заготовок, если сравнивать с альтернативными типами фрезерных станков. С деталями больших габаритов и массы такая техника также справляет без особых проблем.

В конструкции вертикально-фрезерного станка шпиндельная головка выступает в роли коробки скоростей, что можно расценивать как дополнительную особенность. Головка перемещается в вертикальном направлении вдоль направляющих стойки. По оси можно перемещать также шпиндель с гильзой.

Мастера, желающего обзавестись такой техникой, несомненно, порадует тот факт, что ее функционал можно расширить с помощью дополнительных комплектующих, таких как вертикальная или универсальная головка, круглый делительный стол, устройства нарезания гребенок и прочих опций. Таким образом, приобретая подобный агрегат, при необходимости список выполняемых им задач можно расширить.

Технические параметры

Чтобы четко понимать, каким требованиям отвечает конкретный станок, важно иметь представление о его основных параметрах. На сегодняшний день ассортимент подобной техники поистине огромен. Компании выпускают оборудование в самых различных размерах и с разными показателями мощности. На рынке представлены и настольные агрегаты, ориентированные на бытовую эксплуатацию, и профессиональные фрезерные машины, способные функционировать в жестких производственных условиях.

Мастер, подбирая для себя идеальный агрегат, должен ориентироваться на такие ключевые характеристики, как:

• Мощность – это, пожалуй, главный параметр, который дает представление не только о производительности техники, но также о сфере ее использования.
• Характеристики рабочего пространства. Сюда можно отнести габариты рабочего стола, расстояние от шпинделя, ход шпинделя и прочие параметры.
• Число оборотов шпинделя – характеристика, которая ярко демонстрирует скорость обработки детали и определяет вариант оснастки.

На сегодняшний день выделяют 3 основных типа универсальных вертикально-фрезерных станков в зависимости от типа управления. Ручные станки – наиболее «древние», но незаменимые в небольших цехах агрегаты. Техника с автоматическим управлением или с числовым программным управлением – это уже более сложные конструкции, требующие должного уровня квалификации для эффективной работы на них. Особенно это касается машин с ЧПУ.

Рассмотрим одни из популярных моделей, чтобы понять, какие варианты техники сегодня потенциально доступны мастеру.

Фрезерный станок 6К11

Этот агрегат рассчитан на выполнение основных работ, таких как фрезерование, сверления, растачивания отверстий и прочих. Техника ориентирована на работу с металлами и пластиком.

Этот поистине универсальный вертикально-фрезерный станок способен эксплуатироваться как в условиях мелкого производства, так и в качестве ключевого оборудования на крупномасштабных промышленных объектах. Конструкцией предусмотрен особый механизм зажима инструмента, что заметно расширяет возможности оборудования.

Немного о параметрах 6К11. Габариты его рабочего места составляют 250х1000 миллиметров. Ход стола – 710, 250 и 400 миллиметров (продольный, поперечный и вертикальный соответственно). Мощность мотора вертикального шпинделя составляет 5.5 кВт, а мотора подач – 1.5 кВт. Габариты агрегата довольно скромны – всего 2135х1725х2290 миллиметров. А масса модели достигает 2350 кг.

Фрезерный станок ВМ127М

Этот агрегат рассчитан на работу с металлическими заготовками как в условиях мелкого, так и в масштабах серийного производства. Среди особенностей этой модели можно отметить мощный мотор и идеально подобранные передаточные отношения. Это позволяет подбирать идеальный формат обработки конкретной детали с максимальным задействованием возможностей инструмента.

Универсальный вертикально-фрезерный станок ВМ127М способен функционировать в автоматическом режиме, что дает возможность объединения нескольких станков в многостаночную систему под управлением одного мастера. Легкость обслуживания и настройки работы агрегатов под нужды специалиста также станет немалозначительным «за» в пользу ВМ127М.

Габариты рабочего стола станка составляют 400х1600 миллиметров. Мощность привода достигает 11 кВт, чего более чем достаточно для эффективной обработки деталей с высокими показателями производительности. Масса станка – чуть менее 5 тонн, а его габариты – 2560х2260х2500 миллиметров.

Выводы

Вертикально-фрезерные станки способны стать универсальными помощниками в любом цеху. Функциональность, надежность и выносливость – их главные плюсы. А многообразие моделей, представленных в наши дни, заметно облегчает выбор подходящей по всем параметрам техники. Сегодня можно точно утверждать то, что опытный мастер с легкостью найдет нужный ему агрегат.

Рекомендуем почитать

Устройство горизонтально-фрезерного станка | MoscowShpindel

С помощью горизонтально-фрезерного станка можно обрабатывать горизонтальные плоскости, пазы, рамки, спирали и другие поверхности из различных материалов: чугуна, стали, цветных металлов, керамики, пластмассы, дерева и др.

Основное отличие станков этой группы от другого фрезерного оборудования заключается в горизонтальном расположении шпинделя и отсутствии поворотного устройства стола. Поэтому стол может перемещаться только перпендикулярно, а при наличии салазок – и параллельно оси шпинделя.

На этом станке без особых затруднений можно обрабатывать поверхности как легких, так и малогабаритных деталей цилиндрическими, угловыми, дисковыми, торцевыми, фасонными и концевыми фрезами. Их изготавливают из твердых сплавов, сверхтвердых синтетических материалов или быстрорежущей стали.

У некоторых моделей горизонтально-фрезерных станков мощность привода шпинделя и тяговое усилие подачи позволяют фрезеровать горизонтальные поверхности набором режущего инструмента, устанавливаемого в оправке.

Жесткая конструкция современных горизонтально-фрезерных станков не только обеспечивает высокую эффективность и результативность производства, но и обладает эргономичностью, удобным управлением, несложной настройкой, автоматическим перемещением заготовки по трем осям (продольной, поперечной, горизонтальной) и высокими скоростями режущего инструмента.

Станки дополнительно комплектуются делительными устройствами и механизмами зажима фрез.

Устройство горизонтально-фрезерного станка напрямую влияет на возможности и производительность этого вида оборудования. Оно состоит из хобота (7), колонны (3), стола (12), фундаментной плиты (1), оправки (10) и консоли (14).

Основные узлы устройства монтируются на колонну, во внутреннем пространстве которой расположены узел шпинделя и коробка скоростей (6). Хобот служит для поддержки оправки с фрезой. Станина вместе с колонной опирается на основание станка (1).

Консоль перемещается по вертикальным направляющим станины, внутри нее располагается коробка подачи. Рабочий стол (12) закреплен на салазках, которые ходят по поперечным и продольным направляющим.

Горизонтально-фрезерные станки с ЧПУ оборудуются переключателем ввода программ с двумя позициями (выключено, включено), реверсом переключения направления вращения шпинделя (влево, вправо), рукояткой переключения скоростей, указателем частоты вращения, кнопкой «Пуск» и «Стоп» и другими органами управления и контроля.

Принцип работы и работа ФРЕЗЕРНОГО СТАНКА

ФРЕЗЕРНЫЙ СТАНОК

Введение: Фрезерование — это операция резания, при которой металл удаляется путем подачи заготовки против вращающегося резца, имеющего одну или несколько режущих кромок. Плоские или изогнутые поверхности самых разных форм можно обрабатывать фрезерованием с хорошей чистотой и точностью. Фрезерный станок также может использоваться для сверления, прорезания пазов, изготовления круглого профиля и зуборезной обработки с помощью подходящих приспособлений.

Принцип работы : Заготовка удерживается на рабочем столе станка. Движение стола контролирует подачу заготовки на вращающуюся фрезу. Фреза устанавливается на шпиндель или оправку и вращается с высокой скоростью. Кроме вращения резак не имеет других движений. По мере продвижения заготовки зубья фрезы удаляют металл с поверхности заготовки, и получается желаемая форма.

Конструкция горизонтального фрезерного станка : Основная часть станка — это основание, колонна, колено, седло, стол, верхняя часть, опора оправки и подъемный винт.

1. База : Придает опору и жесткость машине, а также действует как резервуар для СОЖ.

2. Колонна : Колонна — это основная опорная рама, установленная вертикально на основании. Колонна имеет коробчатую форму, сильно оребрена внутри и вмещает все приводные механизмы для подачи шпинделя и стола.

3. Колено : Колено представляет собой жесткую отливку, установленную на передней поверхности колонны.Колено перемещается вертикально по направляющим, что позволяет регулировать расстояние между резаком и заданием, установленным на столе. Регулировка осуществляется вручную или автоматически с помощью подъемного винта, расположенного ниже колена.

4. Седло : Седло опирается на колено и составляет промежуточную часть между коленом и столом. Седло перемещается в поперечном направлении, то есть крест-накрест (внутрь или наружу) по направляющим, предусмотренным на колене.

5. Стол : Стол опирается на направляющие в седле и поддерживает работу. Стол изготовлен из чугуна, его верхняя поверхность обработана с высокой точностью и имеет Т-образные пазы, в которых установлен зажимной болт для фиксации изделия. Рабочий стол и, следовательно, работа, установленная на нем, движутся в трех направлениях:

а). Вертикальное (вверх и вниз) движение обеспечивается поднятием или опусканием колена.

б). Поперечное (внутрь или наружу) или поперечное движение обеспечивается перемещением седла относительно колена.

в). Продольное (назад и вперед) движение обеспечивается маховиком, установленным на стороне подающего винта.

В дополнение к указанным выше движениям, стол универсального фрезерного станка можно поворачивать на 45 ° в любую сторону от центральной линии и, таким образом, подавать под углом к ​​шпинделю.

6. Overar м: Overarm устанавливается в верхней части колонны и направляется с точным выравниванием по обработанным поверхностям. Overarm — это опора для беседки.

7. Опора оправки : Опора оправки устанавливается на Overarm и может быть зажата в любом месте на Overarm. Его функция — выравнивать и поддерживать различные беседки. Вал представляет собой обработанный вал, который удерживает и приводит в движение фрезы.

8. Подъемный винт : Движение вверх и вниз к колену и столу обеспечивается подъемным винтом, который приводится в действие вручную или автоматически.

ФРЕЗЕРОВАНИЕ

1. Фрезерование плоских или плоских заготовок

2.Торцевое фрезерование

3. Угловое фрезерование

4. Портальное фрезерование

5. Фрезерование форм

6. Фрезерный станок

Последнее обновление: 14 ноября 2014 г., пятница

Принцип работы фрезерного станка

Фрезерование — это операция резания, при которой металл удаляется путем подачи заготовки против вращающегося резца, имеющего одну или несколько режущих кромок.

Принцип работы

Заготовка удерживается на рабочем столе станка.Движение стола контролирует подачу заготовки на вращающуюся фрезу. Эта фреза закреплена на шпинделе или оправке, которая вращается с желаемой скоростью. Заготовка движется к фрезу и удаляет металл с поверхности, чтобы придать желаемую форму.

На видео ниже показан принцип работы горизонтального фрезерного станка:

Работа фрезерного станка включает несколько этапов резки. Эти процессы фрезерования включают следующую фазу резки:

Фрезы

Наличие большого количества режущих инструментов для работы в процессе фрезерования.Эти фрезы, называемые концевыми фрезами, имеют специальные режущие поверхности на торцевых поверхностях, позволяющие выполнять сверление. Он также имеет расширенные режущие поверхности с каждой стороны для периферийного фрезерования. Фрезы имеют маленькие фрезы на торцевых углах, а материал изготовлен из высокопрочных материалов. Это помогает снизить трение между инструментами и заготовкой.

Чтение: процесс фрезерного станка

Поверхность

Работая с фрезерованием для улучшения качества поверхности, зона резания фрезерного станка получает регулярные интервалы.Эти фрезы имеют регулярные выступы по бокам. Расстояние между гребнями зависит от скорости подачи, диаметра фрезы и количества режущих поверхностей. Что может быть значительным различием в высоте поверхностей.

Пружинный фрезерный

Групповое фрезерование — это когда более двух фрез задействованы в установке, такой как горизонтальное фрезерование. Все фрезы предназначены для выполнения единой операции или выполнения отдельной операции. Эта операция фрезерования часто применяется для дублирования деталей.

см. Мои рекомендации

Глава 13: Методы и станки фрезерования | Применение режущего инструмента

Современные фрезерные станки выглядят почти так же, как 30 лет назад. Однако теперь они должны резать жаропрочные сплавы, титан и высокопрочные стали с более жесткими допусками и более быстрыми темпами, чем раньше. Чтобы соответствовать этим требованиям, новые фрезерные станки обеспечивают более высокую мощность, большую жесткость и более широкий диапазон скорости и подачи, чем раньше. Кроме того, более точное выравнивание ходовых винтов, числовое управление (ЧПУ) и числовое программное управление (ЧПУ) — все это приводит к более быстрой работе с лучшей отделкой и большей точностью, чем когда-либо ранее.

Типы фрезерных станков

Многие типы фрезерных станков, используемых в производстве, сгруппированы в три общих класса:
— Станки с колонной и коленом,
— Фрезерные станки с станиной,
— Станки специального назначения

Коленные станки — Коленные и колонно-фрезерные станки производятся как вертикального, так и горизонтального типа. На схематических схемах ниже показаны оба типа машин. Универсальность — главная особенность коленно-фрезерных станков.На базовой машине этого типа стол, седло и колено можно перемещать. Многие аксессуары, такие как универсальные тиски, поворотные столы и делительные головки, еще больше увеличивают универсальность этого типа машин.

Независимо от того, является ли станок вертикальным или горизонтальным, некоторые компоненты на всех фрезерных станках с колонной и коленом одинаковы, за исключением размеров и незначительных отличий, которые были сделаны по желанию производителя. Эти сходства описываются с точки зрения общей формы, геометрического отношения к остальной части машины, функций и материала, из которого изготовлены компоненты.

Колонна — Колонна, которая обычно объединяется с основанием в виде единой отливки, изготавливается из серого или высокопрочного чугуна. В колонне находятся шпиндель и подшипники, а также необходимые шестерни, муфты, валы, насосы и механизмы переключения для передачи мощности от электродвигателя на шпиндель с выбранной скоростью. Шестерни обычно работают в масле и изготовлены из науглероженной легированной стали для длительного срока службы. Некоторые из необходимых элементов управления обычно устанавливаются сбоку колонны.

Основание обычно пустотелое и во многих случаях служит резервуаром для СОЖ. В основании можно установить насос и систему фильтрации. В отверстии в центре основания находится опора для винта, который поднимает и опускает колено.

Обработанные вертикальные салазки на передней части колонны могут быть квадратными или ласточкин хвост. Колено движется вверх и вниз на этом слайде. Салазки необходимо обработать под углом 90 градусов к лицевой стороне колонны как в боковой, так и в вертикальной плоскостях.Допуски очень близки и обычно выражаются в угловых минутах или секундах. Большое отверстие в лицевой части колонны предназначено для шпинделя. Отверстие очень точно просверливается перпендикулярно переднему суппорту в двух плоскостях и параллельно верхнему суппорту.

Шпиндель — На горизонтальном фрезерном станке шпиндель является одной из наиболее ответственных частей. Обычно его изготавливают из поковки из легированной стали и подвергают термообработке, чтобы противостоять износу, вибрации, осевым и изгибающим нагрузкам.Шпиндель обычно поддерживается комбинацией шариковых и прямых роликовых подшипников или коническими роликоподшипниками, которые поглощают как радиальные нагрузки, так и торцевые осевые нагрузки. Шпиндели полые, так что дышло можно использовать для надежного удержания беседки на месте.

Передняя часть шпинделя обработана для установки стандартных оправок. Два ключа, которые вставляются в соответствующие прорези в оправке, фактически приводят в движение оправку. Внутренний конус, который точно отшлифован до соосности шпинделю, устанавливает оправку.

Колено — Колено — это отливка, которая перемещается вверх или вниз по направляющей на передней части колонны с помощью подъемного винта. Две направляющие типа ласточкин хвост или квадрат обрабатываются под углом 90 градусов друг к другу. Вертикальный суппорт соединяется с суппортом в передней части колонны, а горизонтальный суппорт несет седло. Он содержит необходимые шестерни, винты и другие механизмы для подачи энергии во всех направлениях. Оператор может выбирать различные скорости подачи с помощью органов управления, установленных на колене.

Седло — Седло для плоского фрезерного станка представляет собой отливку с двумя салазками, обработанными под точным углом 90 градусов друг к другу. Нижний слайд подходит для слайда в верхней части колена, а верхний слайд принимает слайд в нижней части стола. Поверхности направляющих, соприкасающиеся с коленом и столом, параллельны друг другу. На седле установлены фиксаторы как для поперечных суппортов, так и для стола, а также гайки, которые входят в зацепление с винтами поперечной подачи и подачи стола.

На универсальном фрезерном станке опора состоит из двух частей и является более сложной, поскольку она должна обеспечивать возможность поворота стола по ограниченной дуге.

Таблица — Столы фрезерных станков сильно различаются по размеру, но обычно имеют одинаковые физические характеристики. Внизу стола есть направляющая типа «ласточкин хвост», которая вставляется в направляющую в верхней части седла. Он также имеет подшипники на каждом конце, чтобы нести винт подачи стола. Верхняя часть стола обработана параллельно направляющей внизу и имеет несколько Т-образных пазов полной длины для монтажных тисков или других зажимных приспособлений.

Циферблат с градуировкой с точностью до тысячных долей дюйма обеспечивает точное перемещение и размещение стола. Винт подачи стола обычно имеет резьбу Acme.

Фрезерные станки с вертикальными шпинделями доступны в большом количестве типов и размеров. Головка, в которой находятся шпиндель, двигатель и органы управления подачей, является полностью универсальной и может быть размещена под определенным углом к ​​поверхности стола. Ползун, к которому прикреплена голова, можно двигать вперед и назад и фиксировать в любом положении.Револьвер в верхней части колонны позволяет головке и гидроцилиндру поворачиваться вбок, увеличивая радиус действия головки машины.

Некоторые ползуно-фрезерные станки могут использоваться как для вертикального, так и для горизонтального фрезерования. На вертикальных мельницах ползунового типа с двигателем в колонне мощность передается на шпиндель с помощью шестерен и шлицевых валов.

Фрезерные станки со станиной — Высокая производительность требует тяжелых резов, а жесткости фрезерного станка с коленом и стойкой может быть недостаточно для выдерживания высоких усилий.Фрезерный станок станины часто идеально подходит для такого рода работ. В этой машине стол поддерживается непосредственно на тяжелой станине, а колонна размещается за станиной.

У станка со станиной есть несколько преимуществ, особенно при серийном производстве. Возможна гидравлическая подача стола; гидравлические компоненты размещены в отливке станины. Это обеспечивает очень высокие усилия подачи; переменная скорость подачи во время любого резания и автоматическая смена стола. Шпиндель можно поднимать или опускать с помощью кулачка и шаблона для получения специальных контуров.

В основном более тяжелая конструкция позволяет передавать на шпиндель больше мощности, что обеспечивает более высокую производительность за счет более быстрого съема металла. Фрезерные станки с дуплексной станиной имеют две стойки и шпиндели для одновременного фрезерования двух поверхностей детали.

Главный недостаток фрезерного станка со станиной по сравнению с фрезерным станком с коленом и стойкой заключается в том, что он менее универсален для обработки мелких деталей. Его преимущества заключаются в более высокой производительности, возможности адаптации к машинам большого размера и простоте модификации для специальных применений.

Фрезерные станки специального назначения — По мере того, как промышленные продукты становились все более сложными, были разработаны новые и необычные варианты более распространенных фрезерных станков. Целью является выполнение более крупной работы, изготовление множества дублирующих деталей, точное определение местоположения отверстий и поверхностей или выполнение других необычных операций по механической обработке.

Строгальные фрезерные станки — Общая компоновка этих типов станков аналогична таковой для строгальных станков, за исключением того, что вместо отдельных насадок устанавливаются фрезерные головки.Станки строгального типа используются в основном для обработки деталей, таких как станины для больших станков, и других длинных заготовок, для которых требуются точные плоские и угловые поверхности или канавки.

Профильные станки — Двумерное профилирование может быть выполнено с использованием шаблона или вертикального фрезерного станка с числовым программным управлением. Некоторые профилировщики имеют несколько шпинделей, и в каждом цикле можно изготавливать несколько дублирующих деталей. Профилировщики гидравлического типа имеют щуп, который приводится в контакт с шаблоном, чтобы начать операцию.Затем оператор перемещает иглу по шаблону, заставляя гидравлическую жидкость под давлением течь к соответствующим приводным цилиндрам. Стол перемещает работу мимо резака, дублируя форму шаблона.

Заточка штампа и другие процессы, связанные с обработкой полостей, могут выполняться на 3D-профилировщиках. Четкий узор полости делается из дерева, гипса или мягкого металла. Щуп следует по контуру рисунка, направляя резак при обработке полости. Для этого вида работ также используются фрезерные станки с числовым программным управлением.

Системы обработки с компьютерным управлением Некоторые стандартные станки, описанные в предыдущих главах этого текста, могут выполнять несколько операций. Например, токарный станок может выполнять токарную обработку, торцевание, сверление, нарезание резьбы и т. Д. Сверлильный станок может выполнять сверление, развёртывание, зенкование, нарезание резьбы и т. Д. Однако, когда увеличение производительности требует приобретения дополнительных возможностей обработки, почти всегда более экономично и целесообразно приобретать многофункциональные станки, способные выполнять быструю замену, одновременную обработку и автоматическую обработку.

Обрабатывающие центры — Обрабатывающие центры спроектированы и изготовлены для обеспечения гибкости производства. Их можно использовать для обработки всего нескольких деталей или больших производственных партий. Программирование может быть относительно простым, а использование «постоянных» циклов обеспечивает большую гибкость. Обрабатывающий центр с ЧПУ по определению может выполнять фрезерование, сверление и растачивание и имеет либо державки револьверной головки, либо автоматическую смену инструмента.

Обрабатывающие центры имеют горизонтальную или вертикальную конфигурацию.Относительные достоинства каждого из них будут кратко обсуждены.

Горизонтальные фрезерные станки — Горизонтальные станки, как правило, подходят для обработки тяжелых коробчатых деталей, таких как корпуса редукторов, у которых есть много деталей, которые необходимо обработать на боковых поверхностях. Горизонтальный станок легко поддерживает тяжелые заготовки этого типа. Если добавить поворотный индексируемый рабочий стол, четыре стороны заготовки можно обрабатывать без повторной фиксации.

Системы поддонов, используемые для перемещения деталей на рабочую станцию ​​и из нее, легче проектировать для горизонтальных машин, где все перед главной колонной открыто и доступно.Ниже показан горизонтальный обрабатывающий центр с системой перемещения поддонов.

Вертикальные Фрезерные станки — Вертикальные обрабатывающие центры часто предпочтительнее для плоских деталей, которые должны иметь сквозные отверстия. Крепления для этих деталей проще спроектировать и изготовить для вертикального шпинделя. Кроме того, усилие резания, возникающее при сверлении или фрезеровании карманов, может поглощаться непосредственно станиной станка.

Вертикальный станок предпочтителен, когда 3-осевая работа выполняется на одной поверхности, как при работе с пресс-формой и штампом.Вес головки вертикального станка по мере его удаления от колонны, особенно на больших машинах, может быть фактором поддержания точности, так как может иметь место некоторая тенденция к падению и потере точности и возникновению вибрации.

Гибкие системы обработки — Гибкие системы обработки используют один или несколько обрабатывающих центров, обычно вместе с другим оборудованием, для производства деталей среднего объема. Требуется система обработки деталей, а центральный компьютер обычно управляет всем устройством.

Погрузочно-разгрузочные работы — Детали перемещаются со склада и между элементами машины с помощью одного из нескольких различных типов систем. Выбранная система погрузочно-разгрузочных работ должна быть способна направлять любую деталь к любой машине в любом порядке, а также обеспечивать набор деталей перед каждой машиной для достижения максимальной производительности. Детали обычно загружаются и выгружаются вручную. К различным типам используемых систем транспортировки материалов относятся: автоматизированные транспортные средства, системы буксирных тросов, системы роликовых конвейеров, системы подвесных конвейеров, монорельсовые дороги, краны и роботы.

Системы управления — Компьютерное управление гибкими системами обработки имеет три функциональных уровня:

Главный контроль. Главный блок управления контролирует и управляет всей системой, включая направление заготовок к соответствующим станкам, планирование работ и мониторинг функций станка.

Прямое числовое управление. Компьютер DNC распределяет соответствующие программы на отдельные станки с ЧПУ, а также контролирует и контролирует их работу.

Элемент управления. Третий и самый низкий уровень управления — компьютерное управление циклами обработки отдельных станков.

Приспособления и принадлежности для фрезерных станков — Многие принадлежности были разработаны для фрезерных станков. Некоторые из них являются специализированными и могут использоваться только для нескольких операций. Другие, такие как тиски, оправки и цанги, используются почти во всех фрезерных операциях.

Специальные фрезерные головки — Несколько типов специальных головок были разработаны для использования на горизонтальных или вертикальных фрезерных станках.Эти аксессуары увеличивают универсальность машины. Например, вертикальная головка может быть прикреплена к обычному горизонтально-фрезерному станку с колонной и коленом, что значительно увеличивает ее полезность, особенно в небольших магазинах с ограниченным количеством станков.

Тиски и приспособления — На всех фрезерных операциях работа удерживается приспособлениями, тисками или зажимными приспособлениями. В большинстве случаев работа остается неподвижной по отношению к столу во время обработки, но работа, удерживаемая в делительных головках и поворотных столах, может перемещаться в двух плоскостях во время обработки.

Втулки, цанги и державки — Несколько основных типов оправок и цанг используются для удержания фрез и для передачи мощности от шпинделя к фрезу. Независимо от типа, они обычно изготавливаются именно из легированной стали и подвергаются термообработке для обеспечения износостойкости и прочности.

Втулки — Втулки для горизонтальных фрезерных станков доступны трех основных типов: стиль A, стиль B и стиль C. Натяжной болт, который проходит через шпиндель станка, ввинчивается в малый конец конуса и тянет Плотно вставьте оправку в коническое отверстие шпинделя фрезерного станка.Мощность передается от шпинделя к оправке двумя короткими ключами, которые входят в паз на фланце оправки.

Цанги — На некоторых вертикальных фрезерных станках шпиндель просверливается для установки цанги с частично прямым и частично коническим хвостовиком. Цанга фиксируется дышлом, которое ввинчивается в резьбовое отверстие в задней части цанги и затягивается сверху шпинделя. Некоторые производители фрезерных станков предлагают цанговые патроны, для которых не требуется дышло.Цанги этого типа могут закрываться рычажным кулачком или большой стопорной гайкой.

Державки — Стандартные державки доступны для концевых и гильз. Для некоторых операций, требующих использования инструментов с нестандартными размерами хвостовика, можно использовать патроны для удержания инструмента. Эти патроны доступны с конусом Морзе или прямым хвостовиком. Любой из этих типов может использоваться на фрезерных станках при наличии соответствующих переходников или цанг.

Типы фрезерных операций

Фрезы используются по отдельности или в комбинации для обработки различных поверхностей, как описано ниже и показано выше.

Плоское фрезерование — Плоское фрезерование — это процесс фрезерования поверхности, параллельной оси фрезы и в основном плоской. Это делается на простых или универсальных горизонтальных фрезерных станках с фрезами разной ширины, имеющими зубцы только по периферии.

Боковое фрезерование — Для бокового фрезерования используется фреза с зубьями на периферии и с одной или обеих сторон. Когда используется одна фреза, зубья на периферии и по бокам могут резать.Обработанные поверхности обычно либо перпендикулярны, либо параллельны шпинделю. Угловые фрезы могут использоваться для изготовления поверхностей, расположенных под углом к ​​шпинделю, для таких операций, как изготовление внешних ласточкин хвоста или канавок в развертках.

Портальное фрезерование — В стандартной установке двухстороннего фрезерования используются двусторонние фрезы. Фрезы представляют собой фрезы с полукруглой или плоской стороной и имеют прямые или винтовые зубья. Также можно использовать боковые фрезы со ступенчатыми зубьями.

Групповое фрезерование — При групповом фрезеровании три или более фрезы устанавливаются на оправку, и за один проход обрабатываются несколько горизонтальных, вертикальных или угловых поверхностей. При создании установки для группового фрезерования можно использовать несколько различных типов фрез, в зависимости от выполняемой работы. Фрезы, применяемые для изготовления вертикальных или угловых поверхностей, должны быть боковыми; для горизонтальных поверхностей можно использовать плоские фрезы соответствующей ширины. В некоторых случаях торцевые фрезы с зубьями, обращенными внутрь, могут использоваться на одном или обоих концах установки для группового фрезерования.

Фрезерование формы — Количество параллельных поверхностей и угловых соотношений, которые могут быть обработаны периферийным фрезерованием, ограничено почти только конструкцией фрезы. Фрезы дорогие, но часто нет других удовлетворительных средств для создания сложных контуров.

Прорезание пазов и продольной резки — Фрезы плоского или бокового типа используются для прорезания пазов и продольной резки. Нарезание пазов и продольной резки обычно выполняется на горизонтальных фрезерных станках, но также может выполняться на вертикальных фрезерных станках с использованием соответствующих адаптеров и принадлежностей.

Торцевое фрезерование — Торцевое фрезерование может выполняться на вертикальных и горизонтальных фрезерных станках. Получается плоская поверхность, перпендикулярная шпинделю, на котором установлена ​​фреза. Фрезы варьируются по размеру и сложности от простой мухорезы с одним инструментом до фрезы со вставными зубьями и множеством режущих кромок. Крупные торцевые фрезы обычно жестко крепятся к носовой части шпинделя. Они очень эффективны для удаления большого количества металла, а заготовку необходимо надежно удерживать на фрезерном столе.

Концевое фрезерование — Концевое фрезерование, вероятно, является наиболее универсальной операцией фрезерования. Многие типы концевых фрез могут использоваться как на вертикальных, так и на горизонтальных фрезерных станках. Концевые фрезы доступны в размерах от 1/32 дюйма. до 6 дюймов (для концевых фрез с корпусом) и практически любой необходимой формы.

Токарно-фрезерная обработка

Токарно-фрезерная обработка состоит из нескольких различных методов обработки, при которых фреза обрабатывает вращающуюся деталь. Эти методы в основном используются для обработки различных деталей эксцентрической формы; плоскости, конические и цилиндрические поверхности; канавки и внутренние отверстия.

Для токарно-фрезерной обработки требуется станок с определенными функциями и несколькими осями. Используются обрабатывающие центры, токарные центры, специально адаптированные токарные станки, фрезерные станки, расточные станки и специальные станки. Когда другие операции токарной обработки и фрезерования комбинируются в станках, обработка за одну установку приводит к преимуществам быстрого производственного цикла и гибкости производства.

Преимущества, связанные с токарным фрезерованием: возможность обработки больших и неуравновешенных деталей, которые не могут вращаться на высоких скоростях; поверхности сложной формы, эксцентричные детали и детали с дополнительными выступающими элементами; бревно, неустойчивые валы или тонкостенные детали.

Джордж Шнайдер-младший является автором Cutting Tool Applications, справочника по материалам, принципам и конструкциям станков. Он является почетным профессором инженерных технологий Технологического университета Лоуренса и бывшим председателем Детройтского отделения Общества инженеров-технологов.

Принцип работы фрезерного станка с ЧПУ

Фрезерные станки доступны в различных размерах, от небольших до тех, которые нуждаются в складе для правильной работы.Эти машины просверливают и вырезают предметы для создания желаемых форм. С помощью различных инструментов фрезерные станки могут формировать формы из сырых продуктов, нарезать резьбу для болтов и сверлить отверстия.

В то время как традиционное устройство требует точности от машиниста или оператора, компьютеры управляют современным фрезерным станком с ЧПУ для создания точных форм.

Детали фрезерного станка

Две основные части фрезерного станка — это головка и двигатель.На головке установлены цанги, удерживающие инструменты для фрезерования объекта. Головка перемещается вверх и вниз по оси Z, в то время как двигатель вращает инструменты. Двигатель может быть шкивом для изменения скорости инструмента или двигателем с регулируемой скоростью.

Стол перемещается по осям X и Y вручную с помощью маховиков для перемещения материала к режущему инструменту или для размещения его под головкой.

Разница между вертикально-фрезерным станком и горизонтальным фрезерным станком

Вертикальный фрезерный станок имеет классификацию револьверных фрез и станиновых фрез.Горизонтально-фрезерные станки делятся на универсальные горизонтальные и плоские горизонтальные. Покупатели и рабочие обычно выбирают фрезерные станки в зависимости от направления подачи, скорости резания, скорости подачи и т. Д.

Вертикальный фрезерный станок и горизонтально-фрезерный станок — это две категории фрезерных станков с ЧПУ. При вертикальном фрезеровании ось шпинделя находится в вертикальном положении. Для этого требуется меньшая рабочая зона, в то время как горизонтальное фрезерование выравнивает ось по горизонтали и требует более заметного рабочего места.Вертикальные фрезерные станки обладают универсальностью, и многие машинисты их используют.

С другой стороны, горизонтальные фрезерные станки являются сверхмощными и подходят для дешевого съема.

Компьютерное числовое программное управление

Фрезерный станок с ЧПУ производит определенные детали, которые не требуют вмешательства пользователя. Шаговые двигатели — это точные измерительные инструменты, которые перемещают стол и головку. Они также выбирают инструменты и вырезают детали по точным размерам, устраняя ручной труд, который может быть трудоемким и довольно сложным.

Станок с числовым программным управлением должен работать правильно, поэтому для его выполнения необходим опытный машинист. Что касается программирования, оператор может делать это на самом фрезерном станке или на компьютерном терминале. Программирование также может происходить из программного обеспечения CAD вместе с программным обеспечением CAM.

Техника безопасности на фрезерных станках

При работе с фрезерным станком лучше иметь систему напарников, особенно при перемещении большого и громоздкого навесного оборудования.Когда двигатель работает, не пытайтесь регулировать монтажные приспособления или заготовку. Не прикасайтесь к вращающемуся ножу и не используйте мощность станка для затягивания оправочных гаек. Для удаления стружки с заготовки используйте подходящую щетку или грабли.

Используйте тряпку при снятии или установке фрез, чтобы предотвратить несчастные случаи, например порезать руки. Кроме того, при подготовке к работе кладите резак в последнюю очередь, чтобы избежать травм.

При выборе фрезерного станка с ЧПУ определите объем работы, который ему необходимо выполнить.Учитывайте сложность работы и необходимые варианты оси. Скорость машины не менее важна для ее мощности. Также имейте в виду, что для некоторых фрезерных станков требуется различное навесное оборудование, которое требует дополнительных затрат.

Фрезерные станки — обзор

Учитывая характер взаимодействия между режущими кромками и материалом заготовки, в процессах фрезерования всегда присутствуют вибрации. Последствия вибрации всегда отрицательны как для срока службы инструмента, так и для срока службы станка, а также для целостности заготовки.Следовательно, они представляют собой явление, которого следует избегать. Могут быть обнаружены три типа вибрации: свободная вибрация, вынужденная вибрация и самовозбуждающаяся вибрация (Weck, 1984):

3.7.1 Принудительная вибрация

Принудительные колебания всегда присутствуют при фрезеровании, так как при удалении материала возникают динамические, изменяющиеся во времени силы, действующие на гибкую систему, состоящую из станка, шпинделя, инструмента и детали. Силы резания, вызывающие такую ​​вибрацию, имеют следующие характеристики:

■

Переменная величина : величина силы резания на режущей кромке пропорциональна толщине стружки, которую она режет.Следовательно, величина прилагаемой силы резания меняется, поскольку толщина стружки изменяется в зависимости от углового положения зуба.

■

Переменное направление : Вращение инструмента непрерывно изменяет проекцию сил резания на зубья на оси станка.

■

Прерывистый характер : Даже при фрезеровании с полным погружением при каждом обороте зубья входят в зону резания и выходят из нее, поэтому силы резания над этими зубьями становятся равными нулю.Чем меньше радиальное погружение, тем меньше времени зубы проводят в пропиле.

■

Multi — нарезание зуба : Как правило, в резе одновременно несколько зубьев, и общая сила, действующая на станок, инструмент и систему заготовки, является вкладом каждого из них.

■

Периодический характер : Силы резания при фрезеровании стандартными инструментами являются периодическими с частотой прохода зубьев, f _TPF = NZ / 60 .Анализируя частотный состав, обычно несколько верхних гармоник, как показано на рисунках 3.35–3.37. Если есть проблемы с биением или несоосность, также появляется несколько пиков частотного содержимого, кратных частоте вращения. Однако для нарушения этой периодичности часто используются инструменты с переменным шагом или переменным углом наклона спирали, поскольку периодичность ударов зубьев является одной из причин появления регенерирующей вибрации.

В зависимости от частоты прохождения зуба может возникать вынужденная вибрация или резонанс элементов станка.На более низких частотах, обычно ниже 150 Гц, можно обнаружить резонанс конструктивных элементов машины. На более высоких частотах, обычно выше 500 Гц, может возникнуть резонанс системы шпиндель-инструмент и заготовки. Фактически, резонанс не является нежелательной ситуацией при фрезеровании, потому что он является необходимым условием для предотвращения регенерирующей вибрации, которая является более разрушительным видом вибрации. Однако верно, что чрезмерная вибрация из-за резонанса или вынужденной вибрации также может быть проблемой, и ее величина должна поддерживаться в определенных пределах.Критерии, позволяющие определить, является ли она чрезмерной, зависят от операции фрезерования, то есть для чернового фрезерования может допускаться большая вынужденная вибрация, чего нельзя сказать о чистовом фрезеровании.

С точки зрения инструмента чрезмерная вынужденная вибрация в основном снижает стойкость инструмента. С точки зрения обрабатываемой детали, особенно фрезерования тонких деталей, чрезмерная вынужденная вибрация означает плохую чистоту поверхности и шум, который может стать проблемой для здоровья операторов станков. Более того, это также может создать геометрическую ошибку, известную как ошибка определения местоположения на поверхности .Ошибка определения поверхности — это разница между положением поверхности, оставленной инструментом, и положением желаемой поверхности, то есть она указывает, резал ли инструмент больше или меньше материала, чем требуется. На рис. 3.38 ошибка расположения поверхности, вызванная инструментом с прямыми режущими кромками, получена путем сравнения поведения инструмента как твердого тела и как гибкого тела. Следуя по траектории зуба, который режет в обоих случаях, инструмент с твердым телом и инструмент с гибким корпусом, достигаемое положение различается, поэтому поверхность, созданная инструментом, будет находиться в другом положении.Погрешность расположения поверхности в инструментах с углом наклона спирали изменяется по осевой глубине резания из-за запаздывания режущей кромки из-за спирали (Schmitz and Mann, 2006).

Есть исключения при фрезеровании, когда сила резания может быть приблизительно постоянной. Первый — при фрезеровании с полным погружением с помощью инструмента с четырьмя режущими кромками, когда векторная сумма сил на зубьях резания остается постоянной. Вторая ситуация, когда силы резания постоянны, возникает при использовании инструментов с заданным углом наклона спирали.Если осевая глубина резания равна или кратна высоте спирали шага инструмента, всегда задействована одна и та же часть режущей кромки, что приводит к постоянной силе резания. Этот эффект был продемонстрирован в третьем примере раздела 3.6.3.

3.7.2 Самовозбуждающиеся колебания при фрезеровании

При фрезеровании, а также в некоторых процессах обработки, таких как токарная обработка, сверление и т. Д., Зубья инструмента должны резать поверхность, которая была предварительно обработана, в случае фрезерования, предыдущим зубом.Реальная толщина стружки, которую режет зуб, зависит от положения предыдущего зуба и текущего положения. Следовательно, поскольку силы резания и вибрация связаны толщиной стружки, процесс фрезерования представляет собой систему, которая может самовозбуживаться, что приводит к вибрации около модальной частоты, называемой вибрацией. Связь между толщиной стружки, силами резания и разницей положения может быть представлена ​​блок-схемой замкнутого контура с обратной связью, как на рис. 3.39 (Merrit, 1965).

Рисунок 3.39. Представление динамики фрезерования в виде замкнутого контура обратной связи

Дребезжание при фрезеровании — очень распространенная проблема в обрабатывающей промышленности. Он появляется, когда системе не хватает динамической жесткости, захватывающих режимов структурных компонентов станка, режимов шпинделя и инструмента или режимов от заготовки, когда у нее тонкие стены или пол. Основные характеристики этих проблем:

■

Дребезжание станка — инструмент : Обычно это наблюдается при черновой обработке больших стальных листов инструментами диаметром более 80 мм и более 6 зубцов.Дребезжание сильно возбуждает моды структуры, проявляющиеся на низкой частоте ниже 100 Гц. Это проблема для машинистов, но также и для производителей станков, которым необходимо сосредоточить свои усилия на разработке надежных и динамически жестких станков.

■

Дребезжание шпинделя и инструментальной системы : Этот вид дребезга появляется при фрезеровании на высоких скоростях шпинделя, как правило, при обработке алюминиевых деталей для авиационной промышленности инструментами диаметром от 12 до 32 мм и от 2 до 4 зубы.Это высокочастотная вибрация, обычно создающая характеристический шум выше 500 Гц. Это сильно сокращает срок службы инструмента, даже ломает его, а также подшипников шпинделя, замена которых очень дорога.

■

Обработка тонких деталей с вибрацией : Подходит для чистового фрезерования тонких стен и полов конструктивных элементов и компонентов турбин для авиационной промышленности, как из алюминия, так и из титана. Это также высокочастотная вибрация, выше 600 Гц, которая влияет на целостность и качество детали.Несколько следов дребезга можно увидеть на рис. 3.40.

Рисунок 3.40. Следы вибрации при фрезеровании

Основными типами самовозбуждающейся вибрации во время процесса фрезерования являются регенеративная вибрация и удвоение периода или повторяющаяся вибрация при ударе. Регенеративная вибрация возникает, когда режущая кромка режет поверхность, ранее обработанную другим зубом. Если предыдущий зуб вибрировал, поверхность будет волнистой, поэтому текущая кромка будет резать стружку переменной толщины, и в процессе будут создаваться переменные силы резания.Эти изменения силы возбуждают моды системы, увеличивая вибрацию и волнистость, оставшуюся на поверхности. Следующий зуб будет резать более толстую и изменяемую толщину стружки, еще больше захватывая режимы системы станка. Этот порочный круг, в котором толщина стружки и вибрация становятся выше, известен как регенеративный механизм. Этот механизм представлен на рис. 3.41, где показана концевая фреза с одним зубом, режущая деталь. Разница фаз между вибрацией и волнистостью, оставшейся в предыдущем обороте или периоде резания, приводит к переменной толщине стружки, которая будет постепенно увеличиваться.

Рисунок 3.41. Представление механизмов вибрации регенеративной вибрации и удвоения периода

С другой стороны, удвоение периода или повторяющаяся вибрация при ударе могут возникать, когда соотношение между частотой прохождения зуба и собственной частотой или частотой вибрации составляет f _c = n · f _TCF / 2 , где n = 1, 2, 3… Обычно появляется в системах с очень низкой динамической жесткостью, таких как фрезерование инструментами с отношением вылет / диаметр более 7, и в условиях сильного прерывистого резания, то есть с малым радиальным погружением.Механизм дребезга удвоения периода представлен на рисунке 3.41. Когда инструмент вибрирует в упомянутых условиях, зубья попеременно режут стружку большой и малой толщины, поочередно создавая высокую и низкую силу резания. Однако высокое усилие резания выполняется синхронно со скоростью вибрации, тогда как низкое усилие резания — противоположно ему. В результате в процессе процесса альтернативно в инструмент передается больше кинетической энергии, чем вычитаемая, поэтому вибрация нарастает очень быстро (Zatarain et al., 2006). Такая вибрация наносит еще больший вред инструменту, чем регенеративная вибрация.

Однако для обоих случаев вибрации начало самовозбуждения зависит от условий резания. Если процесс нестабильный, вибрация нарастает до тех пор, пока амплитуда вибрации не станет настолько большой, что зубья выскочат из детали. Сила резания немедленно спадает, поэтому нарастающее самовозбуждение прерывается (Tlusty and Ismail, 1981). Затем вибрация снова будет нарастать, пока снова не появятся скачки.В этой ситуации амплитуда вибрации достигает точки насыщения. Один из методов искусственного прерывания регенеративного механизма — это нарушение периодичности ударов зубьев с помощью инструмента с переменным шагом или переменной спирали или непрерывного изменения скорости шпинделя (Bediaga et al., 2007).

Ключевым параметром, определяющим стабильность фрезерования, является ширина резания b , хотя чаще используется осевая глубина резания a _p .Пороговое значение, ниже которого вибрация никогда не возникает, называется критической глубиной резания a _pcrit . Это значение зависит от модальных параметров системы, геометрии и количества зубьев инструмента, материала заготовки и других условий резания, таких как радиальная глубина резания. Если есть доминирующий режим, критическая глубина резания может быть получена как функция модальной жесткости k , коэффициента демпфирования ξ , количества зубцов Z, тангенциального коэффициента резания K _t и средний коэффициент направленности α, который может быть положительным или отрицательным и связывает модальное направление, направление подачи и направление регенерации толщины стружки.

[3.15] α> 0 → apcris = 2πZ · Kt · 4kξ1 − ξαα <0 → apcris = 2πZ · Kt · 4kξ1 − ξα

Другой ключевой параметр — скорость шпинделя или частота прохождения зуба, поскольку оба связаны к количеству зубцов. Это определяет разность фаз между волнистостью, оставленной предыдущим зубом, и вибрацией текущего зуба. При фрезеровании разность фаз, скорость шпинделя, количество режущих кромок и частота вибрации связаны. Фактически, они обусловливают количество волн, оставшихся на поверхности детали за каждый период резания:

[3.16] n + ε2π = fc · 60NZ

, где f _c — частота дребезга в Гц, N — скорость вращения шпинделя в об / мин, n — количество полных волн, оставшихся на поверхности и ε /2 π — доля волны до завершения одного периода резания. Как показано на рисунке 3.42, когда разность фаз близка к нулю, стабильность процесса выше, поскольку толщина стружки остается примерно постоянной. Возможно фрезерование на глубине резания выше критического параметра.Как ни парадоксально, глядя на уравнение. 3.16, это происходит, когда фрезерование находится в резонансе. Для других значений разности фаз толщина чипа меняется, что приводит к возбуждению режимов системы. Что касается регенеративной вибрации, наихудшие условия возникают при разности фаз 90 ° (Tlusty, 2000).

Рисунок 3.42. Влияние разности фаз между вибрацией инструмента и ранее обработанной поверхностью на толщину стружки

Диаграммы лепестков устойчивости

Диаграммы лепестков устойчивости представляют границу между стабильными и нестабильными режимами резания.При фрезеровании для каждого значения радиальной глубины резания есть диаграмма, которая показывает, какова предельная глубина резания при каждой скорости шпинделя. Лепестковая форма границы — вот что дало им название. На рис. 3.43 приведен пример диаграммы лепестков устойчивости. По оси абсцисс указана частота вращения шпинделя, а также отношение собственной частоты к частоте прохождения зуба. Основные стабильные области могут быть найдены там, где частота прохождения зуба или ее гармоники совпадают с собственной частотой или частотой дребезга, как показано в уравнении.3.16. На правой стороне лепестка первого порядка есть еще одна стабильная область, которая работает на более высоких скоростях шпинделя. Там повышенная стабильность связана с разностью фаз, стремящейся к нулю. Более широкие стабильные области всегда находятся между лопастями нижнего порядка с более высокой скоростью вращения шпинделя. При более низких скоростях вращения шпинделя, где находятся лепестки более высокого порядка, стабильные области становятся более узкими, более чувствительными и более сложными в использовании.

Рисунок 3.43. Диаграммы лепестков устойчивости

Еще одна стабильная область, которую можно использовать, — это область, создаваемая эффектом демпфирования процесса при скоростях шпинделя ниже, чем лепесток 8 порядка, не представленная на рисунке 3.44. В таких условиях поверхность зубов очень волнистая. Во время вибрации задний угол режущих кромок может быть нулевым или даже отрицательным, что означает, что кромка сталкивается с поверхностью. Возникающее трение рассеивает некоторую кинетическую энергию, стабилизируя вибрацию. Это представлено на рисунке 3.44. Этот эффект имеет большое значение при обработке титана и других сплавов с низкой обрабатываемостью, когда скорость резания ограничена целостностью инструмента и, следовательно, допустимые скорости вращения шпинделя низки по сравнению с теми, которые необходимы для использования преимуществ широких стабильных областей ( Altintas et al., 2008).

Рисунок 3.44. Представление механизма «демпфирования процесса»: изменение эффективного угла наклона инструмента из-за волнистости поверхности

Что касается лепестков диаграммы стабильности, можно найти два типа: лепестки Хопфа, которые возникают из-за регенеративной вибрации и имеют более гладкая форма и перевернутые доли из-за дребезга удвоения периода. На рис. 3.45 показан пример диаграммы устойчивости с лепестками переворота первого нижнего порядка и пятью лепестками Хопфа.

Рисунок 3.45. Диаграмма лепестков устойчивости и диаграмма частот дребезга: лепестки переворота и Хопфа при фрезеровании с двумя режущими кромками, при фрезеровании и радиальном погружении на 10% диаметра инструмента

Вместе с диаграммой лепестков устойчивости можно составить диаграмму частоты дребезга. быть полученным. Для каждой скорости шпинделя он представляет собой частоту вибрации, если используется глубина резания выше предельной. На рисунке 3.45 можно увидеть, как частота дребезга, связанная с регенерирующими лепестками дребезга, близка к модальной частоте системы, тогда как частота дребезга в дребезжании удвоения периода составляет 1/2 частоты прохождения зуба в первом лепестке переворота. , 3/2 во втором лепестке переворота, 5/2 в третьем и т. Д.

Есть две альтернативы для получения диаграммы лепестков устойчивости:

■

Экспериментально : проводя испытания резания с использованием нескольких значений скорости шпинделя и глубины резания, можно составить экспериментальную диаграмму стабильности. Главный недостаток заключается в том, что проверка большого количества инструментов и материалов деталей может быть дорогостоящей.

■

Моделирование : Это может быть более дешевая и универсальная альтернатива, хотя требуется более глубокое знание процесса.Могут использоваться два типа моделей:

—

Численные модели во временной области : они основаны на численном интегрировании уравнений движения и позволяют ввести точную кинематику процесса, а также некоторые нелинейности, например, выпад кромок из детали. Они могут предоставить много информации о процессе, помимо областей устойчивости: силы резания, смещения, шероховатость поверхности и т. Д. Наиболее распространенным методом является численное интегрирование уравнения движения, где силы зависят от толщины стружки и толщины стружки на смещения.Из исследований, в которых используется этот метод, стоит упомянуть исследования, проведенные (Tlusty and Ismail, 1981), (Montgomery and Altintas, 1991), а также работы, выполненные (Sánchez, 1998) для предсказания вибрация инструмента и ее влияние на поверхность.

—

Аналитические модели : они изучают устойчивость уравнений, которые представляют динамику процесса фрезерования. Они предоставляют только диаграмму устойчивости, хотя они намного быстрее, чем численные методы.Доли рассчитываются в секундах. Наиболее популярными методами являются одночастотные и многочастотные методы Будака и Алтинтаса и метод полудискретизации Инспергера и др., Хотя существуют альтернативы, такие как использование полиномов Чебышева или метод конечных элементов во времени (Budak и Altintas I, 1998; Insperger et al., 2003).

Влияние параметров процесса на стабильность

Здесь представлена ​​схема влияния основных параметров процесса измельчения на стабильность.

Во-первых, очевидно, что стабильность определяется параметрами резания; следующие из них имеют наибольшее влияние на стабильность 

■

Осевая глубина резания / ширина стружки : это работает как усиление в замкнутом контуре управления, то есть увеличение осевой глубины резания разрез может сделать процесс нестабильным.

■

Скорость вращения шпинделя : изменяет разность фаз между волнистостью, оставленной предыдущим зубом, и вибрацией текущего зуба в резании, таким образом влияя на стабильность.Кроме того, более высокие скорости шпинделя означают более высокие частоты прохождения зубьев, поэтому будут возбуждены более высокочастотные моды, и наоборот. С другой стороны, если скорость шпинделя очень низкая по сравнению с основной модальной частотой, может возникнуть демпфирование процесса.

■

Радиальная глубина резания : более высокие радиальные глубины резания увеличивают вероятность возникновения вибрации. Лепестки устойчивости смещены вниз. Полное иммерсионное фрезерование обычно является наиболее ограничивающим условием в том, что касается регенеративной вибрации, хотя при прерывистом резании откидные лепестки могут быть еще более ограничивающими.

■

Фрезерование вниз / фрезерование : вместе с радиальной глубиной резания и диаметром инструмента режим фрезерования напрямую влияет на радиальное погружение, углы, под которыми зуб входит в зону резания и выходит из нее, и косвенно направленные факторы. На лепестках устойчивости эффект нисходящего или повышающего фрезерования влияет на форму лепестков, которые могут быть ориентированы на стабильные скорости вращения шпинделя или нет, изменяя форму устойчивых участков, как показано на рисунке 3.46. ​​

Рисунок 3.46. Лепестки стабильности при нисходящем (слева) и повышающем фрезеровании (справа): видно изменение формы около первой стабильной скорости (пунктирная линия)

■

движение подачи : подача на зуб не имеет прямого влияние на стабильность. Фактически, модели устойчивости не учитывают этот параметр. С другой стороны, при вибрации станка решающим параметром является направление подачи. Форма и предельная глубина лепестков устойчивости резко меняется в зависимости от направления подачи, поскольку структурные режимы станка очень сложны и не обладают осевой симметрией относительно оси инструмента.Чтобы изучить этот эффект, разработчики станков используют диаграмму полярной стабильности, которая связывает критическую глубину резания как функцию направления подачи и показывает, в каком направлении станок ведет себя лучше. На рис. 3.47 сравниваются две конструкции машин. Можно использовать лепестки устойчивости как функцию направления подачи (слева), но полярная диаграмма (справа) лучше описывает поведение станка независимо от скорости шпинделя. На рис. 3.47 видно, что машина, представленная серым цветом, будет работать лучше во всех направлениях подачи.

Рисунок 3.47. Лепестки устойчивости и диаграммы для двух станков

Что касается материала заготовки, обрабатываемость имеет прямое влияние на стабильность, так как предельная глубина резания на границе устойчивости зависит от тангенциального коэффициента резания при сдвиге K _tc , как формула. [3.15] показал. Фактически, предельная глубина резания обратно пропорциональна коэффициенту резания. Обрабатываемость также имеет косвенное влияние.Чем тверже материал, обычно тем ниже скорость резания, поэтому требуются более низкие скорости шпинделя, и возбуждаемые моды будут более низкочастотными.

Режущий инструмент — еще один ключевой фактор:

■

Количество режущих кромок : Тенденция к нестабильности увеличивается с увеличением количества режущих зубьев, как уравнение. [3.15] показал. С другой стороны, частота прохождения зубов зависит от количества зубов. Для данной собственной частоты лепестки устойчивости перемещаются влево по мере увеличения числа зубцов.

■

Угол наклона винтовой линии : Этот угол имеет очень важное влияние на вибрацию удвоения периода, поскольку он может подавить ее, когда осевая глубина резания совпадает с кратной высотой спирали, деленной на количество зубьев, что когда силы резания постоянны, как было показано в разделе 3.6.3. На этих глубинах лепестки переворота фрагментируются на серию нестабильных островов.

■

Диаметр инструмента : Вместе с радиальной глубиной резания и типом фрезерования он определяет начальный и конечный углы зоны резания.Если все остальные параметры равны, лепестки устойчивости для инструментов разного диаметра, но с одинаковыми начальным и выходным углами одинаковы.

■

Форма режущих кромок : Форма режущих кромок: тороидальная, сферическая, передние углы, задний угол, износ кромок, также влияют на стабильность за счет резки коэффициенты, характеризующие пару инструмент и материал заготовки.

Наконец, одним из ключевых факторов точного прогнозирования долей устойчивости является оценка модальных параметров.Собственная частота доминирующих мод определяет, где находятся стабильные области, тогда как коэффициент демпфирования и жесткость определяют, какова предельная глубина резания, см. Уравнение. [3.15]. Системы в виде инструментов или шпинделей с низким коэффициентом демпфирования, приблизительно 0,003, обычно имеют узкие, но все же высокие стабильные области, в то время как системы, такие как конструкции станков с высоким демпфированием, обычно 0,02, имеют более широкие и более низкие стабильные области.

ПРИНЦИП РАБОТЫ И ВИДЫ ФРЕЗЕРНЫХ СТАНКОВ

Сегодня мы сосредоточимся на операции фрезерования, где мы увидим здесь основы процесса фрезерования, принцип работы фрезерования, фрезерование вверх по сравнению с фрезерованием вниз, и, наконец, мы увидим классификацию фрезерных станков.

Итак, давайте начнем сначала обсуждать основы операции фрезерования

Фрезерование в основном известно как наиболее распространенный тип обработки, при котором с заготовки удаляется нежелательный материал. Заготовка будет обработана путем вставки против одной вращающейся фрезы, а вращающаяся фреза будет иметь несколько режущих острых кромок.Нежелательный материал будет срезан на мелкие кусочки, чтобы обеспечить желаемую форму. Заготовка может быть изогнутой, плоской или с неровной поверхностью. Процесс фрезерования в основном предпочтительнее использовать для производства деталей, которые не являются симметричными в осевом направлении и имеют различные особенности, например отверстия, карманы, прорези или могут быть с трехмерными контурами поверхности.

Читайте также

Фрезерный станок будет иметь один шпиндель и один возвратно-поступательный регулируемый рабочий стол. Шпиндель приводится в движение электродвигателем, который устанавливает и вращает фрезу.Рабочий стол установит заготовку и вставку против вращающегося резака.

Принцип работы фрезерной обработки

Регулируемый рабочий стол фрезерного станка будет удерживать заготовку, а движение регулируемого рабочего стола будет регулировать подачу заготовки против вращающейся фрезы. Как мы обсуждали выше, вращающийся резак будет оснащен шпинделем, который будет приводиться в движение электродвигателем, и, следовательно, вращающийся резак будет вращаться с высокими оборотами. Вращающийся резак будет совершать только одно движение i.е. вращательное движение и кроме вращательного движения, во вращающемся резце не будет никакого движения. Когда заготовка вставляется против вращающегося резака, вращающиеся зубцы резца удаляют нежелательный материал с заготовки, чтобы обеспечить желаемую форму.

На рисунке показан принцип процесса фрезерования. Мы показали здесь фрезерование вверх и вниз в зависимости от направления подачи заготовки относительно направления вращения фрезы.

Давайте посмотрим на сравнение между верхним и нижним фрезерованием

Классификация фрезерных станков

Фрезерные станки в основном подразделяются на два типа, как указано здесь

1. Вертикально-фрезерный станок
2. Станок фрезерный горизонтальный

Изображение предоставлено: Google

Есть еще несколько классификаций фрезерных станков.

1. Станок фрезерный
2. Плунжерный фрезерный станок
3. Станок фрезерный со станиной
4. Фрезерный станок строгальный
5. Станок фрезерный специальный

Станок фрезерный специальный

1. Станок резьбофрезерный
2. Фрезерный станок с ЧПУ
3. Фрезерный станок с трассирующим управлением

Есть ли у вас предложения? Напишите, пожалуйста, в поле для комментариев

Читайте также

Что такое обработка с ЧПУ? Принципы работы и доступные методы

Короче говоря, обработка с ЧПУ — это метод изготовления металла, при котором письменный код управляет оборудованием в производственном процессе .Код определяет все, от движения режущей головки и детали до скорости шпинделя, числа оборотов в минуту и ​​т. Д.

Услуги по обработке с ЧПУ используют субтрактивный метод изготовления. Это означает, что материал удаляется во время производственного процесса, что делает его противоположностью аддитивного производства, например 3D печать.

Фон

CNC — это компьютерное числовое программное управление . Эволюция к текущему состоянию началась с ЧПУ или только с числового программного управления .

Первые станки с ЧПУ были построены в 40-50-х годах. Эти машины основаны на существующих инструментах, но с некоторыми модификациями.

Двигатели перемещались на основании информации, подаваемой на них через перфоленту. Код был вручную вставлен в карты данных.

В 50-х годах были сделаны первые шаги к обработке с ЧПУ. Сначала компьютеры Массачусетского технологического института были готовы производить перфоленту в соответствии с входными данными. В одном случае это сократило время, затрачиваемое на изготовление карты с 8 часов до 15 минут для работы по фрезерованию.

История станков с числовым программным управлением — ЧПУ и ЧПУ

Такая экономия времени привела к увеличению количества научно-исследовательских работ в этой области. Вскоре стали доступны первые языки программирования для обработки с ЧПУ. Со временем, в основном из-за снижения цен на компьютеры, CNC переняла господство над NC.

Как работают станки с ЧПУ?

Современные станки с ЧПУ полностью автоматизированы.Все, что им нужно, это цифровые файлы с инструкциями по траекториям резки и инструментам.

Процессы проектирования или обработки требуют большого количества инструментов для изготовления определенной детали. Машинисты могут создавать библиотеки цифровых инструментов, которые взаимодействуют с физической машиной. Такое оборудование может автоматически переключать инструменты на основе цифровых инструкций, что делает их рабочими лошадками.

Процесс обработки с ЧПУ начинается с проектирования деталей в программном обеспечении САПР. 3D-модель определяет необходимые размеры и свойства готовой детали.

Некоторые из этих программ входят в пакеты CAD-CAM, поэтому поток может продолжаться в тех же программах. В противном случае модели CAD загружаются в специальное программное обеспечение CAM. Если и CAD, и CAM относятся к одному семейству продуктов, перевод файлов не требуется. В противном случае файлы САПР необходимо импортировать.

CAM (автоматизированное производство) подготавливает модель для всего процесса изготовления. Сначала он проверяет модель на наличие ошибок. Затем он создает программу ЧПУ для изготовления физической детали.

Программа, по сути, представляет собой набор координат, которые направляют режущую головку во время производственного процесса.

Третий шаг — выбор правильных параметров. К ним относятся скорость резания, напряжение, число оборотов в минуту и ​​т. Д. Конфигурация зависит от геометрии детали, а также от доступного оборудования и инструментов.

Наконец, программа определяет раскрой. Под раскладкой понимается ориентация и размещение деталей относительно сырья. Цель состоит в том, чтобы максимально использовать материал.

Вся эта информация затем преобразуется в коды, которые может понять оборудование — M-код и G-код.

G-код и M-код

Объяснение кодирования ЧПУ

Распространенное заблуждение состоит в том, что G-код — это все, что вам нужно для выполнения операций обработки. Однако это неверно, так как код можно разделить на два упомянутых выше кода.

G-код относится к языку, который используется, чтобы сообщить машине, как двигаться. По сути, — это геометрический код .G-код определяет движение и скорость режущих головок.

Инструкции подаются на контроллер машины, который представляет собой просто промышленный компьютер. Это, в свою очередь, определяет, как двигатели должны двигаться. И двигатели, конечно же, определяют путь, по которому нужно идти.

M-код, с другой стороны, дает всю информацию, которую G-код игнорирует. Поэтому он называется машинным кодом или другим кодом .

включают информацию об использовании СОЖ, смене инструмента, остановках программы и т. Д.

Значит, оба одинаково важны, но не одинаковы.

Что такое обработка с ЧПУ?

Итак, теперь мы знаем, как работают станки с ЧПУ. Но не все эти станки используются для обработки с ЧПУ.

Мы более подробно рассмотрим все доступные типы станков с ЧПУ чуть позже. Но в традиционном смысле обработка с ЧПУ относится только к некоторым из этих автоматизированных процессов. А именно фрезерные, токарные, шлифовальные, фрезерные, сверлильные и др. .

Фрезерный

Это операция, при которой режущий инструмент вращается.Когда фрезерный инструмент соприкасается с заготовкой, он удаляет с нее стружку.

Фрезерные операции включают:

• Концевая фреза
• Фрезерование фаски
• Торцевое фрезерование
• Сверление, растачивание, нарезание резьбы и т. Д.

Это очень универсальный метод изготовления с высокой точностью и допусками. Фрезерование подходит для самых разных материалов и к тому же выполняется очень быстро. Возможность изготавливать широкий спектр сложных деталей является большим преимуществом.

К недостаткам можно отнести большое количество отходов, необходимость в разнообразной оснастке и дороговизну оборудования.

Токарная

Хотя эти два инструмента часто называют просто обработкой с ЧПУ, токарная и фрезерная обработка имеют явные различия. Токарная обработка во многом противоположна фрезерованию. Это означает, что вместо режущего инструмента вращается заготовка.

с ЧПУ обычно используется, например, для изготовления валов. Инструмент прикладывают к вращающейся детали, чтобы отрезать кусочки металла, известные как стружка или стружка.Возможно достижение высокой точности для подходящего типа ограничений и подходящей системы.

Токарная обработка может применяться как снаружи, так и внутри цилиндра. Последняя операция называется утомительной.

Шлифовальный

с ЧПУ используют вращающийся шлифовальный круг для удаления материала. Цель состоит в том, чтобы получить высокоточную отделку металлической детали.

Достижимое качество поверхности очень высокое. Поэтому он используется в качестве отделочной операции, а не для создания конечной детали из сырья.

Маршрут

внешне похожи на фрезерные станки с ЧПУ. Здесь также вращающаяся деталь — это режущая головка. Основное отличие заключается в материалах, пригодных для резки.

идеально подходят для резки более мягких материалов (не металлов), не требующих очень высокой точности. Причина тому — меньшая выходная мощность.

При этом роутеры шустрее. Таким образом, они могут производить детали за меньшее время.

Бурение

Хотя фрезерное оборудование также может производить отверстия, сверла предназначены только для этой работы.

В чем разница? В то время как фрезерные инструменты используют режущие кромки по периферии режущей головки, сверла используют кончик инструмента для создания отверстия.

обычно используются для автоматизации этой работы, обеспечения большей точности и более экономичного решения.

Типы станков с ЧПУ

Как было сказано ранее, станки с ЧПУ не ограничиваются традиционным пониманием обрабатывающего оборудования с ЧПУ.

широко используется для автоматизации множества различных методов производства.К ним относятся:

• Станки лазерной резки
• Плазменные резаки
• Фрезы для гидроабразивной резки
• Пламенные резаки
• Листогибочные прессы
• Станки фрезерные
• Станки токарные
• Маршрутизаторы
• Электроэрозионные машины и др.

Все эти операции значительно выигрывают от коэффициента автоматизации. Это снижает человеческий фактор в конечном качестве, повышает повторяемость процессов и точность.

Приведенное выше описание работы станков с ЧПУ применимо ко всем этим методам.Например, при обращении в службу лазерной резки применяется та же самая логика — траектория резки создается автоматически.

Этот процесс, как и многие другие, однако, не требует некоторой дополнительной информации, такой как смена инструментов. Потому что одна и та же режущая головка подходит для всего процесса.

Казалось бы, обработка с ЧПУ не имеет ограничений. Он подходит для широкого спектра материалов, включая различные типы металла, пластмассы, пену, композиты и дерево.

способны обрабатывать большинство основных геометрических форм. Для более сложных деталей доступны многоосевые фрезерные центры.

Возможности обработки с ЧПУ

Например, может помочь 5-осевой фрезерный центр с ЧПУ. В то время как более распространенный 3-осевой станок имеет 3 линейные оси движения, 5-осевые станки также могут вращать режущую головку и станину станка.

Это значительно увеличивает гибкость, но также увеличивает стоимость.Несмотря на то, что ЧПУ намного быстрее, ручная обработка все еще имеет свое место в отрасли. Специально для быстрого прототипирования в небольших объемах.

Но обработка с ЧПУ все еще преобладает в секторе, где требуется высокая точность. Это причина того, почему так много отраслей используют его преимущества, в том числе:

• Аэрокосмическая промышленность
• Электрооборудование
• Оборона
• Горное дело
• Промышленное оборудование
• Продукты питания и напитки
• Одежда
• Автомобильная промышленность
• Дизайн продукта и т. Д.

В целом обработка с ЧПУ прочно закрепилась в производственном секторе как надежный и полезный способ производства деталей.