Фрезерование относится к базовым методам механической обработки, где вращающийся многолезвийный инструмент снимает стружку с заготовки. При этом фрезерные работы обеспечивают высокий класс шероховатости, точную геометрию и значительную производительность при изготовлении деталей из стали, чугуна и цветных сплавов.
Классификация операций
Плоское фрезерование снимает припуск по поверхности, применяясь для рам, плит, крышек. Торцевое формирует плоскость торца корпуса либо выступа, обеспечивая параллельность относительно баз. Концевое обрабатывает карманы, мосты, выступы, удерживая инструмент осью параллельно поверхности. Профилирующее копирует сложный контур матриц, штампов, аэродинамических форм. Угловое устанавливает требуемый угол между сторонами детали. Шпоночные и шлицевые пазы формируются дисковыми, сегментными фрезами. Резьбофрезерование создаёт внутренние и наружные резьбы с высокой точностью шага. Зубофрезерование применяется для колёс передач по методу обкатки.
Оснастка и инструменты
Выбор фрез базируется на материале детали, диаметр обрабатываемой области, требуемой чистоте поверхности. Твердосплавные пластины применяются при серийном производстве и сильных нагрузках, быстрорежущая сталь используется для единичных партий и тонкого припуска. Геометрия фрез варьируется по числу зубьев, углу в плане, направлению спирали, покрытию TiAlN, AlCrN либо AlTiSiN. Патроны гидрозажимные или термозажимные уменьшают биение до 0,003 мм, повышая срок службы режущей кромки. Кондукторы, призмы, тиски с быстрозажимными механизмами удерживают заготовку без сдвига, исключая микросколы по поверхности.
Параметры резания
Грамотный выбор скорости (Vc), подачи (fz) и глубины резания (ap) выводится из коэффициента прочности материала и рекомендаций изготовителя инструмента. Скорость рассчитывается по формуле Vc = π·D·n / 1000, где D — диаметр фрезы (мм), n — обороты (об/мин). Подача на зуб fz зависит от диаметра, количества зубьев Z и жёсткости системы, подача на оборот S = fz·Z. При обработке жаропрочных сплавов скорость снижается, подача повышается для сохранения теплового баланса. Поверхностный слой нержавеющих сталей обрабатывается мелкозубыми фрезами с положительным передним углом, снижающим усилие среза.
Охлаждение и смазка
Эмульсия с концентрацией 6-8 % хорошо отводит тепло при обдирке нелегированных сталей. Масляный туман подходит для тонкой чистовой проходки, снижая трение между стружкой и фаской. Вязкие сплавы алюминия обрабатываются струёй керосино-масляной смеси, исключающей налипание частиц на режущую кромку. Сухая технология Air-Cooled пригодна при твердосплавных фрезах с покрытием AlCrN, где наивысшая температура располагается на стружке, а не на инструменте.
Настройка станка
Перед наладкой станка проводится геометрическое выветривание направляющих: параллельность стола шпинделю проверяется индикатором. Фреза балансируется на высокоточном стенде, биение контролируется щуповым индикатором. Программа ЧПУ создаётся в CAM-системе с последующей стимуляцией для исключения столкновений. Параметры ускоренных перемещений уменьшаются при обработке тонкостенных деталей, что предупреждает вибрации. Кронштейн системы СОЖ позиционируется под углом 20–30° к траектории стружки, обрказуя непрерывную струю.
Безопасность и ресурс оборудования
Износ подшипников шпинделя контролируется вибродиагностикой раз в шесть месяцев. Микротрещины на режущих кромках обнаруживаются стерео-микроскопом при кратности ×40. Ограждение зоны резания снабжено датчиком блокировки, исключающим пуск при открытой двери. Рабочие перчатки из материала HPPE снижают риск пореза острыми кромками заготовки и стружки. Отклонение уровня шума снижается пластиковым кожухом шпинделя с акустическим наполнителем.
Контроль качества
Изменение базовых размеров выполняется трёхкоординатной машиной, а шершавость Ra проверяет датчик от 0,02 мкм. Магнитопорошковый метод выявляет поверхностные трещины после окончательного прохода. Отклонение формы не более 0,015 мм подтверждается круговым графиком. Повторяемость процесса оценивается коэффициентом CpK ≥ 1,67, что удовлетворяет серийному производству.
Экономика процесса
Норма выработки рассчитывается по формуле T = L / (S·n), где L — длина траектории. При переходе с быстрорежущей фрезы на твердосплавную время резания сокращается до 40 %, а затраты на правку инструмента снижаются втрое. Оптимизация подачи через датчик нагрузки шпинделя выводит резание к зоне максимально-возможного снятия стружки, сокращая стоимость детали.
Комплексное рассмотрение видов операций, возможностей оборудования, тонкой настройки параметров резания и систем охлаждения формирует устойчивый производственный процесс, снижает себестоимость и повышает точность деталей.
Фрезерная обработка металла формирует профиль детали с высокой точностью благодаря одновременному резанию множеством зубьев. Процесс охватывает выбор станка, режущего инструмента и режимов, согласованных с физикой стружкообразования.
Выбор станка
Машина подбирается по массе, мощности и жесткости. Универсальные консольные модели подходят для мелких партий, портальные напрямую ориентированы на крупногабаритные заготовки, а многоосевые обрабатывающие центры решают комплексные задачи за один установ. При анализе учитывают диапазон оборотов, усилие осевых приводов, точность позиционирования, совместимость с системами ЧПУ и автоматической сменой инструмента. Корпус из литья снижает вибрации, шарико винтовые пары повышают плавность подачи, линейные направляющие увеличивают срок службы. Надёжные датчики температуры, вибрации и нагрузки предупреждают аварийные остановки.
Выбор инструмента
Инструментальный материал определяет производительность. Твёрдый сплав работает при высоких температурах, быстрорежущая сталь даёт чистый финиш на малых скоростях, керамика и кубический нитрид бора используют при тяжёлых условиях. Алмазное напыление обеспечивает минимальный коэффициент трения и долговечность при резке алюминиевых сплавов. Количество зубьев задаёт диапазон подачи: меньшее число зубьев выгодно при прерывистом контакте, большее — при черновом съёме стружки. Геометрия влияет на качество поверхности: положительный угол обеспечивает мягкое врезание, отрицательный повышает стойкость при твёрдых корках. Балансировка оправки исключает биение, прецизионный цанговый патрон гарантируетт радиальное биение до двух микрон.
Расчёт режимов
Параметры резания рассчитывают исходя из механических свойств обрабатываемого металла, характеристик станка и геометрии фрезы. Скорость резания определяется уравнением Vc=π·D·n/1000, где Vc — м/мин, D — диаметр, n — обороты шпинделя. Для твёрдого сплава при углеродистой стали принимают 180-240 м/мин, для быстрорежущей стали 50-70 м/мин. Подача на зуб fz подбирается по таблицам производителя инструмента: при диаметре 20 мм и четырёх зубьях fz равна 0,12-0,16 мм, что даёт суммарную подачу F=n·z·fz. Глубина резания ap и ширина резания ae задаются в процентах диаметра: черновой проход выполняется при ap 80-100 %, ae 60-70 %, чистовой при ap 5-10 %, ae 10-20 %. Крутящий момент и мощность высчитывают через коэффициент удельного сопротивления резанию. Запас по мощности принимают порядка двадцати процентов для учёта пиковых нагрузок.
Эффективный отвод тепла достигается струйной подачей холодильной смазочно-охлаждающей жидкости или внутренним каналом в инструменте. Для алюминия применяют эмульсию с минимальным расходом, для нержавеющей стали — синтетический концентрат с повышенной стойкостью к капиллярному разрыву плёнки. При сухом резании микроскопические частицы подавляются воздухом с масляным туманом. Герметичный кожух и вакуумная система сохраняют чистоту рабочей зоны.
Стабильность процесса поддерживается путём нейтрализации вибраций. Используются демпфирующие вставки, адаптивная регулировка подачи и мониторинг спектра ускорений. При повышении амплитуды система ЧПУ снижает обороты до безопасного уровня. Циклическая концепциякоррекция траектории минимизирует огибающие погрешности.
Безопасность оператора зависит от правильной настройки ограждений, блокировок дверей и регулярной проверки инструмента на трещины. В маслах и эмульсиях контролируют pH, концентрацию ингибиторов коррозии, содержание бактерий. Запланированный осмотр подшипников, приводов и направляющих продлевает ресурс оборудования и предотвращает внезапный износ. Интегрированные системы IIoT передают данные о температуре шпинделя, токи двигателей и давление гидросистемы, что облегчает предиктивное обслуживание.
