I. Принципи и фактори, влияещи върху катеренето и конвенционалното фрезоване в CNC фрезови машини
(A) Принципи и свързани с тях влияния на катеренето с фрезоване
По време на процеса на обработка на CNC фреза, катеренето с фрезоване е специфичен метод на фрезоване. Когато посоката на въртене на детайла, където фрезата докосва детайла, е същата като посоката на подаване на детайла, това се нарича катерене с фрезоване. Този метод на фрезоване е тясно свързан с механичните структурни характеристики на фрезата, особено с хлабината между гайката и винта. В случай на катерене с фрезоване, тъй като хоризонталната сила на фрезоващия компонент ще се промени и има хлабина между винта и гайката, това ще доведе до движение на работната маса и винта наляво и надясно. Това периодично движение е важен проблем, пред който е изправено катеренето с фрезоване, което прави движението на работната маса изключително нестабилно. Повредите на режещия инструмент, причинени от това нестабилно движение, са очевидни и е лесно да се повредят зъбите на режещия инструмент.
По време на процеса на обработка на CNC фреза, катеренето с фрезоване е специфичен метод на фрезоване. Когато посоката на въртене на детайла, където фрезата докосва детайла, е същата като посоката на подаване на детайла, това се нарича катерене с фрезоване. Този метод на фрезоване е тясно свързан с механичните структурни характеристики на фрезата, особено с хлабината между гайката и винта. В случай на катерене с фрезоване, тъй като хоризонталната сила на фрезоващия компонент ще се промени и има хлабина между винта и гайката, това ще доведе до движение на работната маса и винта наляво и надясно. Това периодично движение е важен проблем, пред който е изправено катеренето с фрезоване, което прави движението на работната маса изключително нестабилно. Повредите на режещия инструмент, причинени от това нестабилно движение, са очевидни и е лесно да се повредят зъбите на режещия инструмент.
Въпреки това, катеренето с фрезоване има и своите уникални предимства. Посоката на вертикалната сила на фрезоващия компонент по време на катеренето с фрезоване е насочена към притискане на детайла към работната маса. В този случай, явленията на плъзгане и триене между зъбите на режещия инструмент и обработваната повърхност са относително малки. Това е от голямо значение за процеса на обработка. Първо, полезно е да се намали износването на зъбите на режещия инструмент. Намаляването на износването на зъбите на режещия инструмент означава, че експлоатационният му живот може да бъде удължен, което намалява разходите за обработка. Второ, това относително малко триене може да намали явлението втвърдяване на деформацията. Втвърдяването на деформацията ще увеличи твърдостта на материала на детайла, което не е благоприятно за последващите процеси на обработка. Намаляването на втвърдяването на деформацията помага да се гарантира качеството на обработка на детайла. Освен това, катеренето с фрезоване може също да намали грапавостта на повърхността, правейки повърхността на обработвания детайл по-гладка, което е много предимство за обработка на детайли с високи изисквания за качество на повърхността.
Трябва да се отбележи, че приложението на катележното фрезоване има определени условни ограничения. Когато хлабината между винта и гайката на работната маса може да се регулира на по-малко от 0,03 мм, предимствата на катележното фрезоване могат да се упражнят по-добре, тъй като проблемът с движението може да се контролира ефективно в този момент. Освен това, при фрезоване на тънки и дълги детайли, катележното фрезоване също е по-добър избор. Тънките и дълги детайли изискват по-стабилни условия на обработка по време на процеса на обработка. Вертикалната компонента на силата на катележното фрезоване помага за фиксиране на детайла и намаляване на проблеми като деформация по време на процеса на обработка.
(Б) Принципи и свързани с тях влияния на конвенционалното фрезоване
Конвенционалното фрезоване е противоположно на катеренето. Когато посоката на въртене на детайла, където фрезата е в контакт с детайла, е различна от посоката на подаване на детайла, това се нарича конвенционално фрезоване. При конвенционалното фрезоване посоката на силата на вертикалния компонент на фрезоване е да повдигне детайла, което ще доведе до увеличаване на разстоянието на плъзгане между зъбите на режещия инструмент и обработваната повърхност и до увеличаване на триенето. Това относително голямо триене ще доведе до редица проблеми, като например увеличаване на износването на режещия инструмент и засилване на феномена на втвърдяване на обработваната повърхност. Втвърдяването на обработваната повърхност ще увеличи твърдостта на повърхността, ще намали жилавостта на материала и може да повлияе на точността и качеството на повърхността при последващите процеси на обработка.
Конвенционалното фрезоване е противоположно на катеренето. Когато посоката на въртене на детайла, където фрезата е в контакт с детайла, е различна от посоката на подаване на детайла, това се нарича конвенционално фрезоване. При конвенционалното фрезоване посоката на силата на вертикалния компонент на фрезоване е да повдигне детайла, което ще доведе до увеличаване на разстоянието на плъзгане между зъбите на режещия инструмент и обработваната повърхност и до увеличаване на триенето. Това относително голямо триене ще доведе до редица проблеми, като например увеличаване на износването на режещия инструмент и засилване на феномена на втвърдяване на обработваната повърхност. Втвърдяването на обработваната повърхност ще увеличи твърдостта на повърхността, ще намали жилавостта на материала и може да повлияе на точността и качеството на повърхността при последващите процеси на обработка.
Конвенционалното фрезоване обаче има и своите предимства. Посоката на хоризонталната сила на фрезоващия компонент по време на конвенционалното фрезоване е противоположна на посоката на подаване на детайла. Тази характеристика помага на винта и гайката да паснат плътно. В този случай движението на работната маса е относително стабилно. При фрезоване на детайли с неравномерна твърдост, като отливки и изковки, където може да има твърди корички по повърхността и други сложни ситуации, стабилността на конвенционалното фрезоване може да намали износването на зъбите на режещия инструмент. Защото при обработката на такива детайли режещият инструмент трябва да издържа на относително големи сили на рязане и сложни условия на рязане. Ако движението на работната маса е нестабилно, това ще влоши повредата на режещия инструмент и конвенционалното фрезоване може до известна степен да облекчи тази ситуация.
II. Подробен анализ на характеристиките на еднопосочното фрезоване и конвенционалното фрезоване в CNC фрезови машини
(A) Задълбочен анализ на характеристиките на катеренето с фрезоване
- Промени в дебелината на рязане и процеса на рязане
По време на катерене с фрезоване, дебелината на рязане на всеки зъб на режещия инструмент показва постепенно нарастваща тенденция от малка към голяма. Когато зъбът на режещия инструмент току-що докосне детайла, дебелината на рязане е нула. Това означава, че зъбът на режещия инструмент се плъзга по режещата повърхност, оставена от предишния зъб на режещия инструмент в началния етап. Едва когато зъбът на режещия инструмент се плъзне на определено разстояние по тази режеща повърхност и дебелината на рязане достигне определена стойност, зъбът на режещия инструмент наистина започва да реже. Този начин на промяна на дебелината на рязане е значително различен от този на конвенционалното фрезоване. При едни и същи условия на рязане, този уникален метод на стартиране на рязане има важно влияние върху износването на режещия инструмент. Тъй като зъбът на режещия инструмент има процес на плъзгане преди започване на рязането, въздействието върху режещия ръб на режещия инструмент е сравнително малко, което е от полза за защитата на режещия инструмент. - Път на рязане и износване на инструмента
В сравнение с конвенционалното фрезоване, пътят, който зъбите на режещия инструмент изминават върху детайла при катерене, е по-къс. Това е така, защото методът на рязане при катерене прави контактния път между режещия инструмент и детайла по-директен. При такива обстоятелства, при едни и същи условия на рязане, износването на режещия инструмент при използване на катерене е сравнително малко. Трябва да се отбележи обаче, че катеренето не е подходящо за всички детайли. Тъй като зъбите на режещия инструмент започват да режат от повърхността на детайла всеки път, ако има твърда обвивка върху повърхността на детайла, като например някои детайли след леене или коване без обработка, катеренето не е подходящо. Тъй като твърдостта на твърдата обвивка е сравнително висока, тя ще окаже сравнително голямо въздействие върху зъбите на режещия инструмент, ще ускори износването му и дори може да го повреди. - Деформация при рязане и консумация на енергия
Средната дебелина на рязане при катерене с фрезоване е голяма, което прави деформацията на рязане относително малка. Малката деформация на рязане означава, че разпределението на напрежението и деформацията в материала на детайла по време на процеса на рязане е по-равномерно, което намалява проблемите с обработката, причинени от локалната концентрация на напрежение. В същото време, в сравнение с конвенционалното фрезоване, консумацията на енергия при катерене с фрезоване е по-малка. Това е така, защото разпределението на силата на рязане между режещия инструмент и детайла по време на катерене с фрезоване е по-разумно, намалявайки ненужните загуби на енергия и подобрявайки ефективността на обработката. В мащабно производство или среди за обработка с изисквания за консумация на енергия, тази характеристика на катеренето с фрезоване има важно икономическо значение.
(Б) Задълбочен анализ на характеристиките на конвенционалното фрезоване
- Стабилност на движението на работната маса
При конвенционално фрезоване, тъй като посоката на хоризонталната сила на рязане, упражнявана от фрезата върху детайла, е противоположна на посоката на подаване на детайла, винтът и гайката на работната маса винаги могат да поддържат едната страна на резбата в тесен контакт. Тази характеристика осигурява относителната стабилност на движението на работната маса. По време на процеса на обработка, стабилното движение на работната маса е един от ключовите фактори, осигуряващи точност на обработката. В сравнение с катеренето с фрезоване, при катеренето с фрезоване, тъй като посоката на хоризонталната сила на фрезоване е същата като посоката на подаване на детайла, когато силата, упражнявана от зъбите на режещия инструмент върху детайла, е сравнително голяма, поради наличието на хлабина между винта и гайката на работната маса, работната маса ще се движи нагоре и надолу. Това движение не само нарушава стабилността на процеса на рязане, влияе върху качеството на обработка на детайла, но също така може сериозно да повреди режещия инструмент. Следователно, в някои сценарии на обработка с високи изисквания за точност на обработка и строги изисквания за защита на инструмента, предимството на стабилността на конвенционалното фрезоване го прави по-подходящ избор. - Качество на обработената повърхност
При конвенционално фрезоване, триенето между зъбите на режещия инструмент и детайла е сравнително голямо, което е отличителна характеристика на конвенционалното фрезоване. Сравнително голямото триене ще доведе до по-сериозно явление на втвърдяване на обработваната повърхност. Втвърдяването на обработената повърхност ще увеличи твърдостта на повърхността, ще намали жилавостта на материала и може да повлияе на точността и качеството на повърхността при последващите процеси на обработка. Например, при някои обработки на детайли, които изискват последващо шлайфане или високопрецизен монтаж, студено втвърдената повърхност след конвенционално фрезоване може да изисква допълнителни процеси на обработка, за да се елиминира студено втвърденият слой, за да се отговорят на изискванията за обработка. Въпреки това, в някои специфични случаи, например когато има определени изисквания за твърдост на повърхността на детайла или последващият процес на обработка не е чувствителен към студено втвърдения слой, тази характеристика на конвенционалното фрезоване също може да се използва.
III. Стратегии за избор на катерене с фрезоване и конвенционално фрезоване в реалната машинна обработка
При реална обработка с CNC фрезова машина, изборът между катерене или конвенционално фрезоване трябва да вземе предвид множество фактори. Първо, трябва да се вземат предвид характеристиките на материала на детайла. Ако твърдостта на материала на детайла е сравнително висока и има твърда повърхностна кора, като например някои отливки и изковки, конвенционалното фрезоване може да е по-добър избор, тъй като то може до известна степен да намали износването на режещия инструмент и да осигури стабилност на процеса на обработка. Ако обаче твърдостта на материала на детайла е равномерна и има високи изисквания за качество на повърхността, както например при обработката на някои прецизни механични части, катеренето има повече предимства. То може ефективно да намали грапавостта на повърхността и да подобри качеството на повърхността на детайла.
При реална обработка с CNC фрезова машина, изборът между катерене или конвенционално фрезоване трябва да вземе предвид множество фактори. Първо, трябва да се вземат предвид характеристиките на материала на детайла. Ако твърдостта на материала на детайла е сравнително висока и има твърда повърхностна кора, като например някои отливки и изковки, конвенционалното фрезоване може да е по-добър избор, тъй като то може до известна степен да намали износването на режещия инструмент и да осигури стабилност на процеса на обработка. Ако обаче твърдостта на материала на детайла е равномерна и има високи изисквания за качество на повърхността, както например при обработката на някои прецизни механични части, катеренето има повече предимства. То може ефективно да намали грапавостта на повърхността и да подобри качеството на повърхността на детайла.
Формата и размерът на детайла също са важни съображения. За тънки и дълги детайли, катеренето с фрезоване помага за намаляване на деформацията на детайла по време на процеса на обработка, тъй като вертикалната компонента на силата на катеренето с фрезоване може да притисне детайла по-добре към работната маса. За някои детайли със сложни форми и големи размери е необходимо цялостно да се вземе предвид стабилността на движението на работната маса и износването на режещия инструмент. Ако изискването за стабилност на движението на работната маса по време на процеса на обработка е сравнително високо, конвенционалното фрезоване може да бъде по-подходящ избор; ако се обърне повече внимание на намаляването на износването на режещия инструмент и подобряването на ефективността на обработката, и при условия, които отговарят на изискванията за обработка, може да се разгледа катеренето с фрезоване.
Освен това, механичните характеристики на самата фреза също ще повлияят на избора на катерещо или конвенционално фрезоване. Ако хлабината между винта и гайката на фрезата може да се регулира точно до относително малка стойност, например по-малка от 0,03 мм, тогава предимствата на катерещото фрезоване могат да се упражнят по-добре. Ако обаче механичната прецизност на фрезата е ограничена и проблемът с хлабината не може да се контролира ефективно, конвенционалното фрезоване може да бъде по-сигурен избор, за да се избегнат проблеми с качеството на обработката и повреди на инструмента, причинени от движението на работната маса. В заключение, при обработка с CNC фреза, подходящият метод на фрезоване - катерещо или конвенционално фрезоване - трябва да бъде избран разумно според специфичните изисквания за обработка и условията на оборудването, за да се постигне най-добър ефект на обработка.