Фрезерование с подъемом и традиционное фрезерование: различия, риски и когда применять каждый из методов

При сравнении фрезерования с подъемом и традиционного фрезерования начинайте с фрезерования с подъемом на жестком станке с ЧПУ, имеющем контролируемый люфт, надежное закрепление заготовки, подходящую фрезу и чистый материал. Начинайте с традиционного фрезерования на старом или ручном станке, когда люфт может привести к самопродвижению оси или когда фреза должна проникнуть сквозь твёрдый нагар или поверхностный слой. Это полезный совет — но он сработает только после того, как вы поймёте, какая сторона фрезы входит в зацепление и куда будет направляться режущая сила.

Спиральная резьба не всегда означает “профессиональную”, а традиционная резьба не является устаревшей. При их использовании стружка образуется в противоположных направлениях, распределяется по-разному, а нагрузка на систему «станок-заготовка» также различается. Эти различия влияют на качество поверхности, трение, нагрев, закрепление заготовки, прогиб инструмента и безопасность.

Разница начинается уже на этапе формирования кристалла

Эти названия отражают взаимосвязь между вращением режущего инструмента и подачей в месте контакта режущей кромки.

При фрезеровании по восходящей, также называемом фрезерованием вниз, поверхность режущего края фрезы в точке контакта движется в том же направлении, что и подача. Зуб входит в заготовку при максимальной толщине стружки или вблизи нее, а затем толщина стружки уменьшается по мере выхода зуба из заготовки.

При традиционном фрезеровании, также называемом «фрезерованием вверх», поверхность фрезы в зоне контакта движется против направления подачи. Зуб начинает работу при толщине стружки, близкой к нулю, скользит или прорезает материал, пока не начнёт резать, и толщина стружки увеличивается по направлению к выходу.

Не следует определять методы как “по часовой стрелке” и «против часовой стрелки». Стандартная правая концевая фреза может сохранять одинаковое направление вращения шпинделя, в то время как направление траектории инструмента меняется вокруг детали. При обработке внешнего контура изменение направления траектории приводит к переключению между восходящим и обычным резанием. При обработке внутреннего контура физическое направление перемещения, обеспечивающее восходящее резание, меняется на противоположное относительно наружной стенки.

Различие между резанием «от толстого к тонкому» и «от тонкого к толстому» в значительной степени определяет суть сравнения. При резании «от толстого к тонкому» нагрузка на зуб при входе в заготовку возникает более резко. При традиционном резании усилие нарастает более плавно, однако большая часть фазы входа проходит при очень малой толщине стружки.

Чтобы определить направление реального хода, остановитесь в одной точке на стенке и начертите контур режущей кромки в виде окружности. Определите местную скорость поверхности задействованной канавки, обусловленную вращением шпинделя, а затем отметьте направление подачи. Если обе стрелки указывают в одну сторону в момент контакта, проход выполняется по восходящей. Если они направлены в противоположные стороны, проход выполняется по нисходящей. Повторяйте эту проверку всякий раз, когда инструмент перемещается от наружной стенки к внутренней; результат меняется даже при неизменном направлении вращения шпинделя.

Этот локальный метод также позволяет избежать распространённой ошибки при ЧПУ-обработке. Траектория, проходящая через центр инструмента, на экране может выглядеть как движение по часовой стрелке, в то время как задействованная режущая кромка ведёт себя иначе, поскольку траектория является внутренней, а не внешней. Направление определяется контактом режущего инструмента с заготовкой, а не кажущейся ориентацией общей формы.

Клиμπ и традиционное фрезерование: краткое сравнение

Описания сил основаны на тенденциях, вытекающих из документально подтвержденной периферийной/горизонтальной модели. Шпираль, зацепление, сторона контура, держатель, выступ и геометрия заготовки влияют на общее трехмерное нагружение. Воспользуйтесь таблицей для определения варианта, а затем оцените фактическую настройку.

Почему лазание обычно служит отправной точкой для работы с ЧПУ

Современные станки с ЧПУ, как правило, управляют перемещением осей с помощью систем с предварительной нагрузкой или компенсацией, которые сводят к минимуму потери хода. В таких условиях фрезерование с подъемом оси предлагает ряд полезных механизмов.

Во-первых, режущая кромка сначала срезает реальный скол, а не входит в материал с толщиной, близкой к нулю. Это сокращает фазу трения, характерную для традиционного входа. В материалах, склонных к упрочнению при деформации или глазированию кромок, уменьшение трения может иметь большое значение.

Во-вторых, стружка, как правило, остается позади режущего инструмента, а не отбрасывается вперед, к следующему зубцу. Более эффективное отделение стружки снижает вероятность повторного резания, хотя на то, действительно ли стружка покидает зону резания, по-прежнему влияют такие факторы, как поток воздуха, охлаждающая жидкость и пространство в канавке.

В-третьих, общее направление силы может прижимать заготовку к опоре, а не поднимать её. При работе с надежно закреплённой пластиной или при отделке пола такое направление может оказаться полезным. Однако оно не спасёт слабое крепление и может нанести вред, если сила приведёт к изгибу тонкой стенки в сторону инструмента.

В-четвертых, сочетание меньшего трения и меньшего повторного резания стружки часто обеспечивает преимущество при вертикальной обработке с точки зрения качества поверхности на сертифицированном оборудовании с ЧПУ. В задокументированном производственном примере с алюминием марки 6061 описывается чистая поверхность, обработанная методом восходящего фрезерования, и стружка, застрявшая в поверхности, обработанной традиционным методом. Это полезное описание дефекта: оно указывает на направление движения стружки и повторную резку. Однако это не является доказательством того, что каждая резка алюминия должна выполняться методом восходящего фрезерования.

Черновая и чистовая обработка по-прежнему ставят разные задачи. При черновой обработке на выбор инструмента, как правило, в первую очередь влияют стабильность контакта, отвод стружки и нагрузка на инструмент. При чистовой обработке большее значение имеют качество поверхности и направление упругого восстановления, поскольку даже небольшое отклонение может привести к окончательной погрешности стенок. Разумно выполнять черновую обработку в направлении, обеспечивающем стабильность процесса, оставляя контролируемый запас материала, а направление чистовой обработки определять отдельно, вместо того чтобы заставлять одно направление выполнять обе задачи.

Используйте направление «вверх» в качестве начального направления, если выполняются все следующие условия:

• контролируется люфт оси;
• работа сервопривода и привода в норме;
• патрон, шпиндель, инструмент и зажимное приспособление обладают достаточной жесткостью для восприятия начальной нагрузки;
• у рыбы нет твердой чешуи или неизвестной кожи;
• отвод стружки обеспечивает чистоту реза;
• CAM обеспечивает стабильное направление там, где важна точность обработки.

Зазор — это жесткий предел безопасности

Люфт — это зазор между командой или движением маховика и фактическим откликом оси. При износе ходового винта и гайки направление движения может меняться в зоне, где винт вращается, но стол ещё не привёдён в движение.

Усилие резания при подъеме действует в направлении подачи. Если это усилие может переместить стол через зазор, резец может внезапно войти в зацепление сильнее, чем предусмотрено командой. Перемещение оси больше не регулируется исключительно винтом; резец сам способствует её перемещению. Описания этого явления, даваемые на производстве, достаточно прямолинейны: усилие на маховике снижается, когда резец начинает самопроизвольно продвигаться, после чего стол может резко подскочить, что может привести к сколу инструмента, повреждению детали или созданию угрозы для оператора.

Обычное усилие противодействует подаче. На той же изношенной ручной машине это сопротивление, как правило, удерживает винт и гайку в прижатом состоянии к одной из сторон зазора. Именно поэтому обычное усилие традиционно служит эталоном для машин, не оснащенных надежным механизмом контроля люфта.

Универсального безопасного значения зазора не существует. Риск зависит от диаметра резака, количества канавок, радиального зацепления, глубины резания, материала, шаговой линии, остроты режущей кромки, сопротивления стола, состояния подающего шнека и мастерства оператора. Небольшое измеренное значение не гарантирует безопасность при глубоком резании, а предыдущий успешный проход с небольшой глубиной не означает, что более глубокий проход пройдет так же.

Компенсация программного обеспечения и механическое управление — это не одно и то же. Система управления может корректировать заданное положение при смене направления движения оси, но сама по себе эта настройка не доказывает, что режущая сила не сможет протащить неплотно закрепленную механическую систему через зазор. Важен вопрос о том, обеспечивает ли привод надежное управление осью на протяжении всего заданного реза.

Это также объясняет, почему рекомендации плохо применимы к другим станкам “типа Бриджпорт”. Два станка могут демонстрировать схожий люфт индикатора, но при этом различаться по трению в ходу, состоянию резьбы, массе стола и степени нагрузки на ось при резании. Настройка зависит от конкретного станка и технологического процесса.

Перед началом фрезерования на ручном или ненадежном станке:

• измерить и оценить зазор по каждой оси;
• убедиться в наличии на станке эффективного устройства устранения люфта или привода с предварительным натягом;
• проверить, можно ли протащить ось через маховик под нагрузкой резания;
• использовать фиксаторы стола или перемещать заготовку исключительно в соответствии с правилами эксплуатации станка;
• не следует использовать производственный монтаж в качестве эксперимента, в ходе которого обнаруживается самоподпитка.

Если маховик неожиданно станет вращаться слишком легко, ось начнёт рывками двигаться или зацепление усилится без подачи команды, остановитесь. Не пытайтесь “продолжить подачу”, чтобы проверить, не стабилизируется ли ситуация.

Когда традиционное фрезерование — это осознанный выбор

Обратная реакция — самая очевидная причина, но не единственная.

Неровная поверхность отливки, кромка, полученная при газовой резке, окалина или закаленная внешняя оболочка могут способствовать традиционному проникновению режущего зуба. При резании по восходящему направлению зуб входит в наружный слой на толстом конце стружки, при этом материал, расположенный за этим слоем, обеспечивает его опору. При традиционном резании зуб может войти в более мягкий подлежащий материал и приблизиться к поверхностному слою вблизи выхода. Точное преимущество зависит от состояния поверхности и режущего инструмента, но это является реальным исключением из правила, согласно которому по умолчанию применяется резание по восходящему направлению с чистым заготовкой.

Традиционный метод также может помочь в тех случаях, когда резкая нагрузка при входе в режим набора высоты вызывает колебания гибкой системы. Поскольку толщина стружки нарастает практически с нуля, возникновение силы происходит более плавно. Это не означает, что традиционный метод по своей сути исключает вибрацию: трение при входе в режим и восходящая сила могут вызывать другие виды нестабильности. Это означает, что направление является достоверной диагностической переменной, когда настройка системы вызывает нежелательную реакцию при входе в режим набора высоты.

Некоторые операторы станка используют контролируемый обычный пружинный проход или чистовой проход для управления направлением отклонения. Рассматривайте это как метод, зависящий от конкретной геометрии, а не как универсальный рецепт. Сторона стенки, направление траектории инструмента, остаток заготовки и изгиб инструмента определяют, будет ли кромка резаться в сторону целевой поверхности или от неё.

Некоторые режущие инструменты и операции также требуют соблюдения особых рекомендаций. При работе с продольными пилами, фрезами для вырезания шпоночных пазов, профильными инструментами, а также при обработке прерывистых поверхностей следует руководствоваться инструкциями производителя инструмента и операторами станка. Не следует применять правила, относящиеся к периферийным концевым фрезам, ко всем типам корпусов режущих инструментов.

Сила резания — это вектор, а не лозунг

“Восхождение тянет вниз, а обычное движение — вверх” — это полезно лишь в качестве отправной точки.

На резец действуют тангенциальная и радиальная составляющие силы. Спиральная канавка добавляет осевую составляющую. Направление, в котором эти составляющие вызывают изгиб инструмента и заготовки, зависит от стороны контакта и локального направления траектории инструмента.

В случае тонкого пола сила, действующая вниз, может обеспечить опору материала, если он прочно упирается в опору. Если под ним имеется полость, эта же сила может привести к прогибу пола. Сила, действующая вверх, может приподнять листовой материал с опор или прижать его к зажиму. Ни одна из этих пометки не заменяет проверку направления опоры.

В случае тонкой стенки необходимо определить, отталкивает ли радиальная сила стенку от инструмента или притягивает/изгибает её к инструменту. Затем следует учесть, как прогиб инструмента влияет на положение режущей кромки. При черновой обработке траектория может намеренно оставлять заготовку и выбирать направление, снижающее риск образования заусенцев; при чистовой обработке траектория может менять направление на противоположной стенке, чтобы обеспечить постоянный эффект прогиба.

При слабом закреплении детали традиционная тенденция к подъему может стать серьёзной проблемой. Тяговое усилие при подъёмном резании также может привести к смещению детали, если приспособление не способно противостоять горизонтальной нагрузке. Необходимо закрепить деталь с учётом всех значимых компонентов силы, а не только вертикального подъёма.

В случае инструментов с большим выступом, малым диаметром или удлиненной формой направление, обеспечивающее наилучший теоретический отвод стружки, всё равно может привести к неудовлетворительному контролю размеров, если преобладает радиальное отклонение. Следует устранять причину проблемы — выступ, глубину резания, жесткость или несоответствующую геометрию — а не рассчитывать, что одно лишь правильное направление решит проблему.

Геометрия инструмента по-прежнему имеет значение

Направление резания не определяет расстояние между канавками, шаг спирали, покрытие или форму кромки. Обычный проход с отличной эвакуацией стружки может дать лучший результат, чем восходящий проход, при котором стружка скапливается, а восходящий проход не может сделать инструмент с высокими канавками, предназначенный для резки стали, идеальным для прорезания пазов в алюминии.

Подтвердите:

• правый или левый резец и направление вращения шпинделя;
• геометрия с верхним или нижним срезом либо компрессионная геометрия, если эти термины применимы;
• количество канавок и объем желоба;
• спираль и тенденция к возникновению осевой силы;
• четкость краев и состояние углов;
• биение, состояние держателя и вылет;
• совместимость покрытия с обрабатываемым материалом;
• независимо от того, идет ли речь о прорезании пазов, боковом фрезеровании, торцевании или профилировании.

Сайт цельносплавная концевая фреза Может использоваться для выбора семейств режущих инструментов при планировании операции. Это не означает, что конкретная геометрия, покрытие или направление резания подходят для данной операции; необходимо проверить точные данные по изделию.

Для прорезания пазов и профилирования по периферии используется плоская квадратно-конечная фреза из твердого сплава — это один из геометрических параметров, который необходимо учитывать наряду с материалом, степенью зацепления и отводом стружки.

Не следует путать понятия “фрезерование вниз” и “фреза с нисходящим резанием”. Первое понятие описывает направление подачи относительно вращения режущего инструмента. Второе — геометрию канавки и осевое направление стружки/усилия. Смешение этих терминов может привести к тому, что траектория инструмента будет обозначена правильно, но будет вести себя иначе, чем ожидал программист.

Внутренние контуры, внешние контуры, пазы и смешанное направление CAM

При обработке внешнего контура стандартным правым резаком движение в одном направлении приводит к образованию резьбы с восходящим винтовым ходом на наружной стенке; движение в обратном направлении — к образованию резьбы с обычным винтовым ходом. При обработке внутренней стенки кармана соотношение меняется на противоположное. Составляйте программу, исходя из стороны зацепления и направления вращения шпинделя, а не запоминая правило “по часовой стрелке — восходящий винтовой ход”.”

При резании в пазу полной ширины одна сторона режущего инструмента выполняет восходящее движение, а противоположная — обычное. Такой рез не может быть отнесён исключительно к тому или иному типу. Такие параметры, как отвод стружки, количество канавок, баланс радиальных сил и прогиб инструмента, становятся более значимыми факторами контроля, чем простое обозначение направления резания.

При адаптивных или трохоидальных траекториях зацепление перемещается вокруг режущего инструмента. Система CAM обычно поддерживает заданное направление на активной стороне, однако переходы при входе, соединении и на поворотах могут изменять локальную нагрузку. Рекомендуется проверять сгенерированную траекторию инструмента, а не полагаться исключительно на название операции.

При обработке CAM со смешанным направлением движения чередуются подходные и обратные проходы, что позволяет сократить перемещения без резания. Это может быть полезно при черновой обработке, когда эффективность движения имеет большее значение, чем равномерность следов резания. При чистовой обработке чередование направлений может привести к заметным изменениям текстуры, нагрузки и прогиба. Если качество поверхности имеет значение, обычно проще обеспечить соответствие требованиям при выполнении проходов в одном направлении.

В рамках принятия этого решения проанализируйте входные и выходные участки. Контур финиша может быть задан с подъемом, однако автоматическое соединительное движение может касаться стены обычным образом перед основным проходом или оставлять следы в точке входа. Размещайте режущую кромку там, где поверхность это допускает, убедитесь, что резец достигает стабильного зацепления перед критической стенкой, и проверьте симуляцию на поворотах и в узких участках, а не только вдоль самого длинного прямого отрезка.

Если система CAM предлагает такие параметры оптимизации, как “оставить инструмент в заданном положении”, “кратчайший путь” или аналогичные, необходимо проверить, допускается ли изменение направления резания на противоположное. Сокращение хода отвода может быть полезным, но это не должно автоматически приводить к ухудшению качества стратегии обработки поверхности.

Остаточная обработка и чистовые проходы заслуживают не меньшего внимания. Даже крошечная область остатка может привести к гораздо большему локальному зацеплению, чем на основной траектории. Тот факт, что система CAM обозначает это как «восходящий проход», не означает, что нагрузка при входе в зацепление является неопасной.

Перед изменением каждого параметра проверьте правильность направления

Если при обычном фрезеровании на поверхности остаются размазанные следы или следы от стружки, обратите внимание на то, куда отбрасывается стружка, и проверьте, не перерезает ли её следующий зуб. Улучшите отвод стружки, проверьте характер её образования и, если станок позволяет, сравните результаты с контрольным проходом по восходящей.

Если при фрезеровании по восходящей происходит зацепление за заготовку или скачки оси, рассматривайте это как проблему, связанную с люфтом или управлением движением. Прекратите резку. Не пытайтесь решить проблему путем уменьшения подачи до тех пор, пока явление не станет менее резким; механизм с саморегулирующейся подачей по-прежнему остается небезопасным.

Если при входе в режим «climb» наблюдается вибрация, а при режиме «conventional» ситуация стабилизируется, проверьте жесткость конструкции, степень зацепления и резкий вход с толстыми стружками. Устраните факторы, вызывающие нестабильность, и повторите тестирование, изменяя по одной переменной за раз. Не делайте вывод о том, что режим «conventional» в целом превосходит режим «climb», основываясь лишь на результатах одной гибкой настройки.

Если тонкая стенка сужается или прогибается, определите направление радиальной силы и прогиба инструмента на этой конкретной стороне. Сравните заготовки для черновой и чистовой обработки, направление траектории инструмента и опору. Изменение направления прохода может привести к перемещению погрешности, а не к её устранению.

Если качество обработки в обоих направлениях оставляет желать лучшего, то направление, возможно, не является основной причиной. Проверьте биение, износ режущих кромок, наслоения материала, повторную резку стружки, состояние держателя, вылет, закрепление заготовки, подачу охлаждающей жидкости, а также то, действительно ли достигается запрограммированная нагрузка на режущую кромку.

Если при обычной обработке наблюдается быстрый износ или появление кромки с блестящей поверхностью, возможно, происходит трение в месте входа, толщина которого близка к нулю. Прежде чем просто увеличивать скорость, проверьте подачу на зуб и состояние кромки.

Если при входе сверла повреждается поверхность с наслоениями или сколы появляются на кромке, необходимо проверить, является ли внешний слой основной проблемой и целесообразно ли выполнить стандартное введение сверла или отдельную операцию по удалению наслоений.

Записывайте данные каждого испытания, указывая направление, сторону резания, радиальное и осевое зацепление, число оборотов, подачу, инструмент, вылет, состояние материала и наблюдаемые симптомы. Изменяйте по одной переменной за раз. В противном случае улучшение качества поверхности не позволит определить, что именно стало причиной этого — направление, отвод стружки или одновременное изменение нескольких параметров.

Заключение

Фрезерование с подъемом является стандартным начальным этапом на жестком станке с ЧПУ, обладающем контролируемым люфтом, чистым заготовкой, надежным закреплением заготовки и подходящей геометрией. Обычное фрезерование выбирается сознательно в тех случаях, когда люфт может приводить к самопродвижению оси, когда твердый поверхностный слой изменяет угол входа зубьев или когда фактическое поведение при возникновении усилия и прогибе благоприятствует такому способу.

Ориентируйтесь на станок и процесс резания, а не на лозунги. Определите сторону соприкосновения, отслеживайте движение стружки от входа до выхода, проследите распределение усилия на инструмент и заготовку и немедленно остановитесь, если движение вверх начинает выводить ось за пределы заданной подачи.