I. Zasady i czynniki wpływające na frezowanie współbieżne i konwencjonalne na frezarkach CNC
(A) Zasady i powiązane wpływy frezowania współbieżnego
Frezowanie współbieżne to specyficzna metoda obróbki frezarki CNC. Kiedy kierunek obrotu części, w której frez styka się z przedmiotem obrabianym, jest taki sam jak kierunek posuwu przedmiotu obrabianego, nazywa się to frezowaniem współbieżnym. Ta metoda frezowania jest ściśle związana z charakterystyką mechaniczną frezarki, a w szczególności z luzem między nakrętką a śrubą. W przypadku frezowania współbieżnego, ponieważ pozioma składowa siły frezowania ulega zmianie i występuje luz między śrubą a nakrętką, powoduje to ruch stołu roboczego i śruby w lewo i w prawo. Ten okresowy ruch stanowi poważny problem w przypadku frezowania współbieżnego, który sprawia, że ruch stołu roboczego jest wyjątkowo niestabilny. Uszkodzenie narzędzia skrawającego spowodowane tym niestabilnym ruchem jest oczywiste i łatwo jest uszkodzić zęby narzędzia skrawającego.
Frezowanie współbieżne to specyficzna metoda obróbki frezarki CNC. Kiedy kierunek obrotu części, w której frez styka się z przedmiotem obrabianym, jest taki sam jak kierunek posuwu przedmiotu obrabianego, nazywa się to frezowaniem współbieżnym. Ta metoda frezowania jest ściśle związana z charakterystyką mechaniczną frezarki, a w szczególności z luzem między nakrętką a śrubą. W przypadku frezowania współbieżnego, ponieważ pozioma składowa siły frezowania ulega zmianie i występuje luz między śrubą a nakrętką, powoduje to ruch stołu roboczego i śruby w lewo i w prawo. Ten okresowy ruch stanowi poważny problem w przypadku frezowania współbieżnego, który sprawia, że ruch stołu roboczego jest wyjątkowo niestabilny. Uszkodzenie narzędzia skrawającego spowodowane tym niestabilnym ruchem jest oczywiste i łatwo jest uszkodzić zęby narzędzia skrawającego.
Frezowanie współbieżne ma jednak również swoje unikalne zalety. Kierunek siły składowej pionowej podczas frezowania współbieżnego polega na dociskaniu przedmiotu obrabianego do stołu roboczego. W tym przypadku zjawiska poślizgu i tarcia między zębami narzędzia skrawającego a obrabianą powierzchnią są stosunkowo niewielkie. Ma to ogromne znaczenie dla procesu obróbki. Po pierwsze, korzystne jest zmniejszenie zużycia zębów narzędzia skrawającego. Zmniejszenie zużycia zębów narzędzia skrawającego oznacza wydłużenie żywotności narzędzia skrawającego, co obniża koszty obróbki. Po drugie, to stosunkowo niewielkie tarcie może zmniejszyć zjawisko utwardzania zgniotowego. Utwardzanie zgniotowe zwiększa twardość materiału przedmiotu obrabianego, co nie sprzyja późniejszym procesom obróbki. Zmniejszenie utwardzania zgniotowego pomaga zapewnić jakość obróbki przedmiotu obrabianego. Ponadto frezowanie współbieżne może również zmniejszyć chropowatość powierzchni, dzięki czemu powierzchnia obrabianego przedmiotu staje się gładsza, co jest bardzo korzystne w przypadku obróbki przedmiotów o wysokich wymaganiach dotyczących jakości powierzchni.
Należy zauważyć, że zastosowanie frezowania współbieżnego ma pewne ograniczenia. Gdy luz między śrubą a nakrętką stołu roboczego można ustawić na mniej niż 0,03 mm, zalety frezowania współbieżnego mogą być lepiej wykorzystane, ponieważ problem z ruchem może być w tym momencie skutecznie kontrolowany. Ponadto, frezowanie współbieżne jest również lepszym wyborem podczas frezowania cienkich i długich elementów. Cienkie i długie elementy wymagają bardziej stabilnych warunków obróbki. Pionowa składowa siły frezowania współbieżnego pomaga unieruchomić element obrabiany i ograniczyć problemy, takie jak odkształcenia podczas obróbki.
(B) Zasady i powiązane wpływy konwencjonalnego mielenia
Frezowanie współbieżne jest przeciwieństwem frezowania współbieżnego. Kiedy kierunek obrotu części, w której frez styka się z przedmiotem obrabianym, różni się od kierunku posuwu przedmiotu obrabianego, nazywa się to frezowaniem współbieżnym. Podczas frezowania współbieżnego kierunek pionowej składowej siły frezującej ma na celu uniesienie przedmiotu obrabianego, co powoduje zwiększenie odległości ślizgowej między ostrzami narzędzia skrawającego a obrabianą powierzchnią oraz wzrost tarcia. To stosunkowo duże tarcie powoduje szereg problemów, takich jak zwiększone zużycie narzędzia skrawającego i nasilenie zjawiska utwardzania obrobionej powierzchni. Utwardzanie obrobionej powierzchni zwiększa jej twardość, zmniejsza udarność materiału i może wpływać na dokładność i jakość powierzchni w kolejnych procesach obróbki.
Frezowanie współbieżne jest przeciwieństwem frezowania współbieżnego. Kiedy kierunek obrotu części, w której frez styka się z przedmiotem obrabianym, różni się od kierunku posuwu przedmiotu obrabianego, nazywa się to frezowaniem współbieżnym. Podczas frezowania współbieżnego kierunek pionowej składowej siły frezującej ma na celu uniesienie przedmiotu obrabianego, co powoduje zwiększenie odległości ślizgowej między ostrzami narzędzia skrawającego a obrabianą powierzchnią oraz wzrost tarcia. To stosunkowo duże tarcie powoduje szereg problemów, takich jak zwiększone zużycie narzędzia skrawającego i nasilenie zjawiska utwardzania obrobionej powierzchni. Utwardzanie obrobionej powierzchni zwiększa jej twardość, zmniejsza udarność materiału i może wpływać na dokładność i jakość powierzchni w kolejnych procesach obróbki.
Jednakże frezowanie konwencjonalne ma również swoje zalety. Kierunek siły składowej poziomej podczas frezowania konwencjonalnego jest przeciwny do kierunku ruchu posuwowego przedmiotu obrabianego. Ta cecha pomaga w ścisłym dopasowaniu śruby i nakrętki. W tym przypadku ruch stołu roboczego jest stosunkowo stabilny. Podczas frezowania przedmiotów o nierównomiernej twardości, takich jak odlewy i odkuwki, gdzie na powierzchni mogą występować twarde naskórki i inne złożone sytuacje, stabilność frezowania konwencjonalnego może zmniejszyć zużycie zębów narzędzia skrawającego. Ponieważ podczas obróbki takich przedmiotów narzędzie skrawające musi wytrzymywać stosunkowo duże siły skrawania i złożone warunki skrawania. Niestabilny ruch stołu roboczego pogłębia uszkodzenia narzędzia skrawającego, a frezowanie konwencjonalne może w pewnym stopniu złagodzić ten problem.
II. Szczegółowa analiza charakterystyk frezowania współbieżnego i konwencjonalnego na frezarkach CNC
(A) Głęboka analiza charakterystyk frezowania współbieżnego
- Zmiany grubości cięcia i procesu cięcia
Podczas frezowania współbieżnego grubość skrawania każdego zęba narzędzia skrawającego wykazuje wzór stopniowego wzrostu od małej do dużej. Gdy ząb narzędzia skrawającego styka się z przedmiotem obrabianym, grubość skrawania wynosi zero. Oznacza to, że ząb narzędzia skrawającego ślizga się po powierzchni skrawającej pozostawionej przez poprzedni ząb narzędzia skrawającego w fazie początkowej. Dopiero gdy ząb narzędzia skrawającego przesunie się o pewną odległość po tej powierzchni skrawającej i grubość skrawania osiągnie określoną wartość, ząb narzędzia skrawającego zaczyna naprawdę skrawać. Ten sposób zmiany grubości skrawania znacząco różni się od sposobu stosowanego w frezowaniu konwencjonalnym. W tych samych warunkach skrawania ta unikalna metoda początkowego skrawania ma istotny wpływ na zużycie narzędzia skrawającego. Ponieważ ząb narzędzia skrawającego ma proces ślizgania przed rozpoczęciem skrawania, wpływ na krawędź skrawającą narzędzia skrawającego jest stosunkowo niewielki, co jest korzystne dla ochrony narzędzia skrawającego. - Ścieżka skrawania i zużycie narzędzia
W porównaniu z frezowaniem konwencjonalnym, ścieżka, którą zęby narzędzia skrawającego pokonują po przedmiocie obrabianym podczas frezowania współbieżnego, jest krótsza. Wynika to z faktu, że metoda frezowania współbieżnego sprawia, że ścieżka styku między narzędziem skrawającym a przedmiotem obrabianym jest bardziej bezpośrednia. W takich okolicznościach, przy tych samych warunkach skrawania, zużycie narzędzia skrawającego podczas frezowania współbieżnego jest stosunkowo niewielkie. Należy jednak pamiętać, że frezowanie współbieżne nie jest odpowiednie dla wszystkich przedmiotów obrabianych. Ponieważ zęby narzędzia skrawającego za każdym razem rozpoczynają skrawanie od powierzchni przedmiotu obrabianego, jeśli na powierzchni przedmiotu obrabianego znajduje się twarda warstwa, np. w przypadku niektórych przedmiotów obrabianych po odlewaniu lub odkuwaniu bez obróbki, frezowanie współbieżne nie jest odpowiednie. Ponieważ twardość twardej warstwy jest stosunkowo wysoka, będzie ona miała stosunkowo duży wpływ na zęby narzędzia skrawającego, przyspieszy zużycie narzędzia skrawającego, a nawet może spowodować jego uszkodzenie. - Deformacja cięcia i zużycie energii
Średnia grubość skrawania podczas frezowania współbieżnego jest duża, co sprawia, że odkształcenie skrawania jest stosunkowo niewielkie. Małe odkształcenie skrawania oznacza bardziej równomierny rozkład naprężeń i odkształceń materiału obrabianego podczas procesu skrawania, co zmniejsza problemy związane z lokalną koncentracją naprężeń. Jednocześnie, w porównaniu z frezowaniem konwencjonalnym, zużycie energii podczas frezowania współbieżnego jest mniejsze. Wynika to z bardziej racjonalnego rozkładu siły skrawania między narzędziem skrawającym a przedmiotem obrabianym podczas frezowania współbieżnego, co zmniejsza niepotrzebne straty energii i poprawia wydajność obróbki. W przypadku produkcji na dużą skalę lub w środowiskach obróbczych o wysokich wymaganiach dotyczących zużycia energii, ta cecha frezowania współbieżnego ma istotne znaczenie ekonomiczne.
(B) Głęboka analiza charakterystyki konwencjonalnego frezowania
- Stabilność ruchu stołu roboczego
Podczas frezowania współbieżnego, ponieważ kierunek poziomej siły skrawania wywieranej przez frez na przedmiot obrabiany jest przeciwny do kierunku ruchu posuwowego przedmiotu obrabianego, śruba i nakrętka stołu roboczego mogą zawsze utrzymywać jedną stronę gwintu w bliskim kontakcie. Ta cecha zapewnia względną stabilność ruchu stołu roboczego. Podczas procesu obróbki, stabilny ruch stołu roboczego jest jednym z kluczowych czynników zapewniających dokładność obróbki. W porównaniu z frezowaniem współbieżnym, podczas frezowania współbieżnego, ponieważ kierunek poziomej siły skrawania jest taki sam jak kierunek ruchu posuwowego przedmiotu obrabianego, siła wywierana przez zęby narzędzia skrawającego na przedmiot obrabiany jest stosunkowo duża, ze względu na istnienie luzu między śrubą a nakrętką stołu roboczego, stół roboczy będzie się poruszał w górę i w dół. Ruch ten nie tylko zakłóca stabilność procesu skrawania, wpływa na jakość obróbki przedmiotu obrabianego, ale również może poważnie uszkodzić narzędzie skrawające. Dlatego w niektórych scenariuszach obróbki z wysokimi wymaganiami dotyczącymi dokładności obróbki i ścisłymi wymogami dotyczącymi ochrony narzędzia, przewaga stabilności frezowania konwencjonalnego czyni je bardziej odpowiednim wyborem. - Jakość obrobionej powierzchni
Podczas frezowania konwencjonalnego tarcie między zębami narzędzia skrawającego a przedmiotem obrabianym jest stosunkowo duże, co jest charakterystyczną cechą frezowania konwencjonalnego. Stosunkowo duże tarcie powoduje nasilenie zjawiska utwardzania powierzchni obrabianej. Utwardzanie obrabianej powierzchni zwiększa jej twardość, zmniejsza wytrzymałość materiału i może wpływać na dokładność i jakość powierzchni w kolejnych procesach obróbki. Na przykład, w przypadku obróbki niektórych przedmiotów wymagających późniejszego szlifowania lub precyzyjnego montażu, powierzchnia twarda na zimno po frezowaniu konwencjonalnym może wymagać dodatkowych procesów obróbki w celu usunięcia warstwy twardej na zimno, aby spełnić wymagania obróbki. Jednakże, w niektórych szczególnych przypadkach, na przykład gdy istnieją określone wymagania dotyczące twardości powierzchni przedmiotu obrabianego lub gdy późniejszy proces obróbki nie jest wrażliwy na warstwę twardą na zimno, ta cecha frezowania konwencjonalnego może być również wykorzystana.
III. Strategie wyboru frezowania współbieżnego i konwencjonalnego w obróbce rzeczywistej
W przypadku obróbki na frezarkach CNC, wybór frezowania współbieżnego lub konwencjonalnego wymaga kompleksowego rozważenia wielu czynników. Po pierwsze, należy wziąć pod uwagę właściwości materiału obrabianego przedmiotu. Jeśli twardość materiału obrabianego jest stosunkowo wysoka i występuje na nim twarda warstwa wierzchnia, jak w przypadku niektórych odlewów i odkuwek, frezowanie współbieżne może być lepszym wyborem, ponieważ pozwala ono w pewnym stopniu zmniejszyć zużycie narzędzia skrawającego i zapewnić stabilność procesu obróbki. Jednakże, jeśli twardość materiału obrabianego przedmiotu jest jednorodna i wymagane są wysokie wymagania dotyczące jakości powierzchni, jak w przypadku obróbki niektórych precyzyjnych części mechanicznych, frezowanie współbieżne ma więcej zalet. Może ono skutecznie zmniejszyć chropowatość powierzchni i poprawić jej jakość.
W przypadku obróbki na frezarkach CNC, wybór frezowania współbieżnego lub konwencjonalnego wymaga kompleksowego rozważenia wielu czynników. Po pierwsze, należy wziąć pod uwagę właściwości materiału obrabianego przedmiotu. Jeśli twardość materiału obrabianego jest stosunkowo wysoka i występuje na nim twarda warstwa wierzchnia, jak w przypadku niektórych odlewów i odkuwek, frezowanie współbieżne może być lepszym wyborem, ponieważ pozwala ono w pewnym stopniu zmniejszyć zużycie narzędzia skrawającego i zapewnić stabilność procesu obróbki. Jednakże, jeśli twardość materiału obrabianego przedmiotu jest jednorodna i wymagane są wysokie wymagania dotyczące jakości powierzchni, jak w przypadku obróbki niektórych precyzyjnych części mechanicznych, frezowanie współbieżne ma więcej zalet. Może ono skutecznie zmniejszyć chropowatość powierzchni i poprawić jej jakość.
Kształt i rozmiar obrabianego przedmiotu również mają istotne znaczenie. W przypadku cienkich i długich przedmiotów frezowanie współbieżne pomaga zmniejszyć odkształcenie przedmiotu obrabianego podczas obróbki, ponieważ składowa pionowa siły frezowania współbieżnego może lepiej dociskać przedmiot obrabiany do stołu roboczego. W przypadku niektórych przedmiotów obrabianych o złożonych kształtach i dużych rozmiarach konieczne jest kompleksowe rozważenie stabilności ruchu stołu roboczego i zużycia narzędzia skrawającego. Jeśli wymagania dotyczące stabilności ruchu stołu roboczego podczas obróbki są stosunkowo wysokie, bardziej odpowiednim wyborem może być frezowanie konwencjonalne; jeśli większą uwagę poświęci się zmniejszeniu zużycia narzędzia skrawającego i poprawie wydajności obróbki, a warunki spełniające wymagania obróbki, można rozważyć frezowanie współbieżne.
Ponadto, na wybór frezowania współbieżnego lub konwencjonalnego wpływa również wydajność mechaniczna samej frezarki. Jeśli luz między śrubą a nakrętką frezarki można precyzyjnie wyregulować do stosunkowo niewielkiej wartości, np. poniżej 0,03 mm, zalety frezowania współbieżnego mogą być bardziej widoczne. Jeśli jednak precyzja mechaniczna frezarki jest ograniczona, a problemu luzu nie można skutecznie kontrolować, frezowanie konwencjonalne może być bezpieczniejszym wyborem, pozwalającym uniknąć problemów z jakością obróbki i uszkodzeń narzędzi spowodowanych ruchem stołu roboczego. Podsumowując, w obróbce na frezarkach CNC odpowiednią metodę frezowania – współbieżną lub konwencjonalną – należy rozsądnie dobrać do konkretnych wymagań obróbkowych i warunków panujących na sprzęcie, aby uzyskać najlepszy efekt obróbki.