Перейти к содержимому 
Фреза с шаровидным носиком или с плоским концом: выбор в зависимости от поверхности и зоны контакта инструмента
Для фреза с шаровидным наконечником и фреза с плоским наконечником Выбор: выбирайте в зависимости от поверхности: используйте плоскую концевую фрезу, когда необходимо создать плоские дна, вертикальные стенки, уступы, открытые карманы или удалить большую часть заготовки; используйте фрезу с шаровидным наконечником, когда её радиус должен сформировать изогнутый 3D-контур, переход или элемент с закруглённым дном. Если деталь содержит оба типа обработки, выполните черновую обработку плоской фрезой или фрезой с угловым радиусом, оставив контролируемый запас материала, а затем выполните чистовую обработку изогнутой поверхности фрезой с шаровидным наконечником.
Это различие имеет значение, поскольку эти два инструмента не просто оставляют разные формы. Они по-разному соприкасаются с заготовкой. Точка соприкосновения шарового сверла смещается по мере изменения уклона поверхности, поэтому его эффективный диаметр резания — а значит, и скорость резания на кромке — также изменяется. Выбор инструмента, направление траектории и параметры резания необходимо учитывать в совокупности.
Выберите поверхность, которую должен обработать резец
Начните с готовой детали, а не с режущих инструментов, уже установленных в карусели. Определите, какая геометрия режущей кромки позволит сформировать требуемую поверхность, не заставляя инструмент резать в неблагоприятной зоне контакта.
| Функция или задача | Обычно выбирают в первую очередь | Почему | Что может повлиять на выбор |
|---|---|---|---|
| Ровный пол | Фреза с плоским торцом | Геометрия торца позволяет непосредственно сформировать плоскую поверхность | Для выполнения отделки с заданным радиусом, плавным переходом или текстурной поверхностью может потребоваться другой инструмент для отделки |
| Вертикальная стенка или квадратный уступ | Фреза с плоским торцом | Его боковой край может образовывать стену, а торцевая часть — пол | Инструмент для обработки углового радиуса может оказаться предпочтительным, если в процессе требуется обеспечить прочность кромки или сформировать скругление |
| Чувствительность с открытым карманом или черновая обработка объемных деталей | Плоская или угловая концевая фреза | Он позволяет удалять материал, не задействуя медленную центральную область шара | В связи с наличием сложных остатков заготовки или ограниченным доступом может потребоваться поэтапная обработка и доработка |
| Рельефная 3D-поверхность | Сферические концевые фрезы | Радиус непрерывного наконечника повторяет изменяющиеся уклоны без резкого угла на конце | С помощью закруглённого наконечника можно выполнить черновую или получистовую обработку широких и неглубоких участков перед финишной обработкой с помощью шарового наконечника |
| Паз с закругленным дном | Фреза с шаровидным наконечником, изготовленная в соответствии с требуемой формой | Радиус наконечника может определять профиль дна | При необходимости глубокой резки, уплотнения стружки или нестандартного радиуса более подходящим вариантом может оказаться использование специального резака или применение другого технологического процесса |
| Сглаживание или внутренний радиус | Инструмент с шаровидным наконечником или инструмент с соответствующим радиусом закругления углов | Кромка с радиусом может создавать переход | От точной геометрии, условий доступа и прилегающих поверхностей зависит, какой инструмент с каким радиусом подходит |
| Глубокая узкая формация | Как правило, это поэтапный процесс | С помощью жесткого инструмента можно удалить большую часть заготовки до того, как будет обработан радиус | Размах, зазор держателя, прогиб, эвакуация и требуемая форма дна могут повлиять на весь метод |
Колонка “Обычный первый выбор” — это отправная точка, а не правило из каталога. Режущий инструмент, который физически может войти в элемент, не обязательно должен выполняться именно им каждую операцию внутри него.
Какие изменения происходят на передовых направлениях
A плоская концевая фреза использует свои периферийные режущие кромки для обработки стенок и боковых поверхностей, а геометрия торца обеспечивает обработку дна. Благодаря этому он идеально подходит для обработки призматических элементов: плоских поверхностей, уступов, ступеней и карманов. Термин “плоская” описывает поверхность, которую инструмент призван формировать; это не означает, что каждая точка на рабочей поверхности инструмента режет одинаково или что все производители используют одинаковую геометрию центральной части.
A шаровидный наконечник заменяет прямой угловой участок на непрерывный полусферический профиль. Такой закруглённый профиль может соприкасаться с поверхностями, уклон которых плавно изменяется, поэтому он широко применяется в штампах, пресс-формах, деталях свободной формы и плавных переходах. Та же самая геометрия, которая обеспечивает возможность обработки таких контуров, одновременно создаёт основное технологическое ограничение: условия резания зависят от места соприкосновения заготовки с шариком.
Фреза с закруглённым углом или с закруглённым торцом занимает промежуточное положение между этими вариантами. Она сохраняет значительную плоскую или почти плоскую торцевую поверхность, но защищает внешний угол за счёт радиуса. Такая фреза подходит для многих операций черновой и получистовой обработки, однако она не является взаимозаменяемой с фрезой с полностью шаровидным торцом. Небольшой угловой радиус не позволяет получить такую же плавную криволинейную форму, как полусферическая вершина.
Шар не режет по одному эффективному диаметру
Номинальный диаметр, указанный на инструменте с шаровидным наконечником, обозначает его максимальный диаметр. Он не отражает диаметр в каждой возможной точке соприкосновения с шариком. Фактический диаметр зависит от того, в какой точке заготовка соприкасается с полусферическим наконечником.
Представьте себе горизонтальные окружности, начерченные вокруг вершины на разной высоте. Вблизи полного диаметра инструмента окружность большая. Чем ближе к центру наконечника, тем он становится все меньше. Все эти окружности вращаются с одинаковой скоростью шпинделя, но меньшая окружность проходит меньшее расстояние за один оборот. В самой точке центра эффективный радиус приближается к нулю, поэтому локальная скорость поверхности также приближается к нулю.
Именно поэтому шаровидный резец, режущий почти точно по своей оси, может вызывать трение, нагревать заготовку, размазывать материал или приводить к образованию некачественной стружки, даже если номинальный диаметр инструмента и запрограммированная частота вращения кажутся приемлемыми. Если сместить точку контакта выше по шарику, эффективный диаметр резания увеличивается. На 3D-поверхности эта точка контакта может непрерывно перемещаться по мере того, как резец пересекает плоские участки, наклоны и почти вертикальные области.
Таким образом, траектория инструмента влияет на механику резания. Траектория, при которой центр инструмента неоднократно проходит по области с небольшой глубиной резания, может вести себя иначе, чем траектория, при которой контакт осуществляется с боковой поверхностью шарика. Важны также ограничения по частоте вращения станка: небольшой эффективный диаметр может потребовать скорости, которую шпиндель не способен обеспечить. Правильным решением является не публикация одного универсального значения компенсации, а определение предполагаемой зоны контакта и использование данных производителя инструмента и стратегии CAM, соответствующих данным условиям.
Выбирайте последовательность резаков, а не просто резак
Использование шлифовальной головки с шаровидным наконечником для обработки всей полости может показаться эффективным, поскольку позволяет избежать смены инструмента. Однако на практике экономия времени за счет отсутствия смены инструмента может оказаться гораздо меньше, чем время, потерянное на то, чтобы заставить инструмент для чистовой обработки удалять излишний материал.
Обсуждения в магазине по теме фрезерование глубоких узких пазов продемонстрировать, почему радиус дна и этап удаления основной массы следует рассматривать как отдельные задачи. Чаще всего более надежная последовательность действий выглядит следующим образом:
- Удалите большую часть материала с помощью жесткого плоского инструмента или инструмента с закругленным углом.
- На изогнутых поверхностях следует оставлять контролируемый и достаточно равномерный припуск на обработку.
- Зоны, до которых, при необходимости, не сможет добраться шлифовальная машина.
- Используйте шаровидный наконечник только в тех случаях, когда его радиус необходим для формирования конечной формы.
Такая последовательность позволяет каждому резцу работать в режиме, соответствующем его геометрии. Резец черновой обработки справляется с удалением большого объема материала, не заставляя шаровой наконечник вступать в длительный контакт с центром. Резец чистовой обработки сталкивается с предсказуемым объемом заготовки, а не с чередованием пустого хода, сильного зацепления и неожиданных углов. Это также позволяет уменьшить прогиб и упростить проверку окончательной траектории резания.
Последовательность операций должна учитывать фактическую геометрию режущего инструмента, его радиус действия и данные по применению. Последовательность твердосплавная концевая фреза является ориентиром для выбора подходящих семейств инструментов; перед программированием необходимо проверить размеры выбранного режущего инструмента и рекомендации производителя.
Использование отдельного инструмента для чистовой обработки особенно целесообразно в тех случаях, когда деталь сочетает в себе большую выемку с одним небольшим радиусом дна или локализованный трехмерный контур. И наоборот, если практически вся поверхность имеет изогнутую форму, а заготовка уже была обрезана в ходе предыдущего этапа обработки, последовательность получистовой и чистовой обработки с использованием шарового сверла может оказаться более подходящей, чем попытка принудительно применить плоский инструмент к геометрии, которую он не способен воспроизвести.
Сопоставить траекторию инструмента с элементом детали
Ровные полы, плечи и открытые карманы
При обработке плоского пола плоская концевая фреза сразу формирует нужную поверхность. Её периферийная кромка также позволяет точно контролировать формы стенок и буртиков. При использовании шаровой фрезы на том же полу получается изогнутый профиль контакта; для получения поверхности, выглядящей достаточно ровной, требуется выполнять множество проходов с небольшим шагом, при этом контакт с центром может приводить к трению, а не к эффективному резанию.
При обработке открытого кармана также следует учитывать, как инструмент входит в заготовку, какая часть его диаметра находится в зацеплении и куда могут удаляться стружки. Плоская концевая фреза не всегда безопасна при полном заглублении, но её геометрия, как правило, является более логичной отправной точкой для вырезания карманов большого объёма. Для выбора точки входа, радиального и осевого заглубления, а также припуска на обработку используйте результаты CAM-проверки и данные производителя.
Рельефные поверхности и изменяющиеся уклоны
Шариковый наконечник может повторять изменяющуюся нормаль поверхности, не образуя острых углов на детали. В таком случае качество поверхности зависит не только от номинального диаметра инструмента. Параметр «Шаг» регулирует величину выемки или зазубрины, остающейся между соседними проходами, а параметр «Локальный уклон» определяет, в какой точке резец соприкасается с шариком. Направление траектории инструмента может смещать точку соприкосновения в сторону от центральной области с низкой скоростью или к ней.
По этой причине одна и та же стратегия финишной обработки может не подходить для всех участков сложной детали. Для неглубоких участков, крутых стенок и переходных зон может быть целесообразно использовать различные семейства траекторий или направления обработки. Цель заключается в получении однородного остаточного рисунка и стабильного контакта с кромкой, а не просто в копировании одинакового шага по осям XY по всей модели.
Состояние заготовки также имеет значение. Если в результате черновой обработки остаются неровные вершины зубьев или отдельные участки с повышенной толщиной, на инструмент для чистовой обработки действует изменяющаяся нагрузка. Получистовой проход позволяет выровнять заготовку перед окончательным проходом, что делает качество поверхности более предсказуемым, хотя и не гарантирует конкретного результата.
Элементы с круглым дном и глубокие узкие элементы
Необходимость использования закруглённого дна может сделать шаровидный наконечник подходящим вариантом для финишной обработки, однако из этого не следует, что именно он должен вырезать всю канавку. При обработке глубоких и узких элементов фреза с удлинённым стержнем обладает меньшей устойчивостью к прогибу, держатель может ограничивать доступ, а стружке затрудняется выход. Кроме того, центр шаровидного наконечника может оставаться погруженным в материал на протяжении большей части резания.
Рекомендуется сначала удалить доступный материал с помощью более короткого и жесткого плоского инструмента, а затем выдвинуть инструмент только на необходимую глубину с помощью чистового резака. Проверяйте длину канавки отдельно от общего вылета: инструмент может достигать дна, но при этом все равно задевать его шейкой или хвостовиком. Убедитесь, что стружка может выходить из обрабатываемой поверхности и что смазочно-охлаждающая жидкость или воздух поступают в зону резания, а не уплотняют стружку ниже по глубине резания.
Если деталь требует чрезвычайно большого вылета, очень узкой ширины или особой формы дна, правильным решением может стать использование специального резака, сверление, электроэрозионная обработка (ЭЭО) или переработка технологического процесса. “Сферическая головка соответствует радиусу” — это лишь одно из требований.
Не следует пересчитывать параметры по номинальному диаметру
Два резака с одинаковым номинальным диаметром не обязательно используют одинаковые начальная частота вращения и подача. В случае фрезы с шаровидным наконечником соответствующий диаметр контакта может быть меньше номинального диаметра. Кроме того, данный инструмент может выполнять легкую чистовую обработку, в то время как плоская концевая фреза осуществляла черновую обработку с иными параметрами зацепления и толщиной стружки.
Сформируйте исходные условия на основе данных выбранного инструмента и фактической операции. Как минимум, необходимо учесть:
- материал и состояние заготовки;
- материал режущей кромки, геометрия, покрытие, диаметр и количество канавок;
- предполагаемое место соприкосновения на шаровидном наконечнике;
- радиальное и осевое зацепление;
- припуск на черновую обработку или припуск на чистовую обработку;
- направление траектории инструмента и шаг;
- выступ, состояние держателя и биение;
- ограничения по частоте вращения шпинделя, подаче, мощности и ускорению;
- стратегия удаления стружки и подачи охлаждающей жидкости.
Если рассчитанная скорость выходит за пределы допустимого диапазона станка, не следует просто ограничивать число оборотов и оставлять подачу без изменений. Необходимо пересчитать заданную подачу и проверить, остается ли полученное состояние кромки приемлемым для обработки. Перед применением наценной детали необходимо проверить настройку в контролируемых условиях.
Перед изменением каждого значения ознакомьтесь с характеристиками поверхности и инструмента
Если результат неудовлетворительный, одновременное изменение числа оборотов, подачи, шага и глубины резания приводит к утрате информации о причине проблемы. Сначала проанализируйте симптомы, определите вероятный механизм, а затем измените только одну контролируемую переменную.
- Плоские участки или неправильная форма: Убедитесь, что выбранная геометрия ребра позволяет построить поверхность в системе CAD и что определение инструмента в CAM соответствует физическому режущему инструменту. Перед настройкой параметров резания скорректируйте геометрию или траекторию инструмента.
- Потертости, изменение цвета или нагрев вблизи шарикового наконечника: Проверьте, в каком месте поверхность соприкасается с шариком, и пересекает ли траектория центр инструмента. Измените ориентацию траектории или замените инструмент/технологию, чтобы резка выполнялась в более эффективной области кромки.
- Наслоение материала на краю: Проверьте поведение материала, условия обработки кромок, образование стружки, смазку и отвод стружки. Не следует считать, что основной причиной является исключительно “шаровидный наконечник”.
- Видимые гребешки: Уточните фактический радиус инструмента, шаг, угол наклона поверхности и прогиб инструмента. Уменьшайте или перераспределяйте остаточную траекторию только после того, как убедитесь, что запрограммированный инструмент соответствует фактическому режущему инструменту.
- Рифленые или конические стенки: Проверьте выступ, состояние держателя, биение, зацепление и остаток заготовки. Более короткий или более жесткий этап черновой обработки может решить те проблемы, с которыми не справляется подстройка параметров.
- Размещение микросхем в глубокой полости: Прекратите повторную обработку застрявших стружек. Улучшите отвод стружки, уменьшите глубину резания или измените последовательность операций.
- Преждевременный износ в одной области шарика: Определите зону износа в зоне контакта. При использовании траектории, при которой все режущие действия сосредоточены на узкой полосе, может потребоваться изменение ориентации или применение другой стратегии финишной обработки.
Запустите установку, когда эти условия будут известны
Перед запуском первой серийной детали владелец технологической установки должен быть в состоянии подтвердить:
- какие поверхности являются плоскими, какие — с радиусом кривизны, а какие — переходными;
- роль каждого режущего инструмента — черновая, дочерновая, получистовая или чистовая обработка;
- запас материала, с которым, как ожидается, придется иметь дело при каждом завершающем проходе;
- предполагаемая зона контакта на шаровидном наконечнике;
- источник и условия, применимые к начальным параметрам резания;
- направление траектории инструмента, логика перемещения между точками и метод входа;
- фактический выступ, состояние держателя и степень биения;
- как чипы покидают самые глубокие или наиболее изолированные области;
- какой предел машины определяет работу команды;
- что показал пробный прорез на поверхности, стружке, звуке, нагрузке и режущей кромке.
Если какой-либо из этих ответов неизвестен, операция не готова, поскольку вопрос “фреза с шаровидным носиком или с плоским концом” ещё не был сведен к конкретной поверхности, условиям контакта и роли в технологическом процессе.
