Виды фрезерования попутное и встречное. Встречное и попутное фрезерование

В тех случаях, когда обработка заготовки осуществляется при помощи дисковых и цилиндрических фрез, фрезерование делят на два вида. В соответствии с этим делением различают попутное и встречное фрезерование.

1 Какие существуют виды обработки материалов фрезой?

Под фрезерованием понимают процесс обработки деталей с фасонными и плоскими поверхностями на при помощи специального рабочего инструмента. Существуют следующие основные типы фрезерования:

Торцевой и цилиндрической фрезой. Они используются для работы с правильными по форме плоскими поверхностями.
Дисковой фрезой с тремя сторонами, являющимися кромками для резки. Данные кромки располагаются по торцам инструмента и по его наружному сечению. Трехстороннее приспособление используется для обработки уступов.
Наклонных поверхностей. Такой тип обработки необходим для производства направляющих для агрегатов, относимых к группе металлорежущих.
Фасонных поверхностей (сфер, эллипсов и так далее). В данном случае применяется инструмент, формы коего идентичны конфигурациям, которые должна будет иметь деталь после обработки.
Винтовых канавок. Вид фрезерования, которое чаще всего производится на агрегатах с числовым программным управлением при выпуске .
Криволинейного контура. Рабочий инструмент идет по линии, фрезеруя заготовку по заданному контуру.

Фрезерование пазов осуществляется шлицевыми и концевыми фрезами. Шлицы в наши дни почти не используются, ввиду малой точности и недостаточной производительности методики. А вот концевые фрезы эксплуатируются достаточно активно. С их помощью на цилиндрических и плоских изделиях получают разные по формам и геометрическим параметрам прямобочные пазы.

2 Попутное фрезерование – недостатки и достоинства

Под этим процессом подразумевают такую обработку, при которой перемещение обрабатываемого изделия совпадает с направлением движения рабочего инструмента для фрезерования. Попутная операция характеризуется далее указанными достоинствами:

стружка без проблем удаляется с заготовки, так как она остается сзади фрезы;
на фрезерный станок нет необходимости монтировать специальные зажимные механизмы (силы резания сами по себе прижимают обрабатываемую деталь к рабочему столу);
металл с заготовки снимается плавно, что обеспечивает ее поверхности отличный показатель шероховатости;
зубья фрезы изнашиваются медленно и при этом равномерно (снижение себестоимости выполнения операций, увеличение времени эксплуатации инструмента).

Имеются у попутного фрезерования, конечно же, и недостатки. Во-первых, в устройстве передвижения стола станочного оборудования не должно быть зазоров. Если таковые имеются, обработка будет проходить при ощутимой вибрации, а это приводит к снижению качества фрезерования, да и его эффективности в целом. Во-вторых, зубья рабочего инструмента испытывают высокие нагрузки ударного характера.

В связи с этим использовать фрезы для попутного фрезерования разрешается только на жестких станках, которые, кроме того, позволяют надежно и максимально жестко выполнить крепление фрезеруемой детали. Третий недостаток заключается в том, что попутное фрезерование не выполняется в тех случаях, когда необходимо произвести фрезерование штамповок, различных поковок и прочих изделий, которые имеют необработанную дополнительно поверхность. Имеющиеся в таких заготовках включения способны очень быстро вывести фрезу из строя.

3 Встречное фрезерование и его особенности

Если вращение инструмента является противоположным по отношению к направлению подачи заготовки, речь идет о фрезеровании встречного типа, специалисты обычно именуют эту методику обработкой "против подачи". В данном случае стружка удаляется плохо – осуществлять этот процесс банально неудобно, так как остатки от обработки идут перед рабочим инструментом, и фрезы изнашиваются очень быстро (и при этом весьма ощутимо).

Кроме того, изделие требуется прикреплять к фрезерному станку максимально прочно с применением хитроумных зажимов, которые усложняют конструкцию оборудования и снижают эффективность его использования.

Встречная операция фрезерования почти никогда не выполняется для чистовой обработки из-за того, что металлическая стружка серьезно повреждает поверхность заготовки. Еще один "минус" методики – непостоянство толщины стружки, которая срезается в процессе выполнения работ. К преимуществам встречного фрезерования относят то, что при снятии стружки, благодаря деформации материала, наблюдается упрочнение верхнего слоя изделия; операция осуществляется мягко, из какого бы металла (даже очень прочного) не изготавливалась деталь, при этом отмечается плавная нагрузка на фрезерную установку.

Таким образом, любой из двух способов фрезерования, которые мы описали, имеет свои преимущества и явные недостатки. А это означает, что в каждом конкретном случае методика резки выбирается с учетом того, какую по качеству поверхность требуется получить после обработки.

При нарезании цилиндрических зубчатых колес на зубофрезерном станке осуществляются следующие рабочие движения:

вращение фрезы - главное движение при резании
вращение стола с заготовкой, согласованное с вращением фрезы,- обкатка
перемещение суппорта с фрезой параллельно оси стола - движение подачи

Суппорт при фрезеровании может перемещаться или сверху вниз или снизу вверх.

рис. 38 а, в, г. Встречное фрезерование

При перемещении суппорта сверху вниз осуществляется встречное фрезерование. В этом случае при вращении фрезы зубья ее движутся относительно заготовки в направлении от торца с нарезанной частью зубьев к торцу с ненарезанной частью, т. е. навстречу срезаемому слою металла (рис. 38, а).

При перемещении суппорта снизу вверх происходит попутное фрезерование. В этом случае зубья фрезы движутся относительно заготовки в направлении от торца с ненарезанной частью зубьев к торцу с нарезанной, т. е. попутно со срезаемым слоем металла (рис. 38, б).

Вследствие неодинакового направления силы при встречном и попутном фрезеровании она по-разному влияет на процесс резания.

Преимущества

Нагрузка на станок более плавная и не зависимо какую поверхность имеет заготовка процесс резания идет мягко и равномерно
Упрочнение обработанной поверхности за счет деформации металла

Недостатки встречного фрезерования

Силы резания направлены на то, чтобы оторвать заготовку от приспособления и этот факт требует надежное ее крепление в базовом приспособлении
Значительный и быстрый износ режущего инструмента, что в свою очередь не позволяет работать с применением высоких режимов резания
Плохое удаление стружки. Она вылетает перед фрезой и может попасть в зону резания, что приведет к царапинам по обработанной поверхности

рис. 38 б, д, е. Попутное фрезерование

Силу давления на зубья фрезы R, перпендикулярную их поверхности, можно разложить по двум направлениям: на горизонтальную силу R Г и вертикальную R В.

При встречном фрезеровании горизонтальная сила действует на фрезу в направлении от ее оси (рис. 38, в) и отжимает суппорт от направляющих стойки, вследствие чего снижается устойчивость фрезы.

При попутном фрезеровании горизонтальная сила действует на фрезу по направлению к ее оси и прижимает суппорт к направляющим, увеличивая устойчивость фрезы, что способствует повышению точности обработки и позволяет работать на повышенных скоростях.

При встречном фрезеровании винт, перемещающий суппорт вниз, нажимает на верхние стороны витков гайки суппорта (рис. 38, г), а вертикальная сила направлена против направления подачи и прижимает витки гайки к виткам винта; этим устраняются зазоры между ними и фреза работает с равномерной подачей без вибрации.

При попутном фрезеровании винт, перемещающий суппорт вверх, нажимает на нижние стороны витков гайки (рис. 38, е), а направление вертикальной силы совпадает с направлением подачи. В момент врезания зубьев фрезы вертикальная сила увеличивается (R В > S) и отжимает витки гайки от витков винта за счет зазора между ними; происходит колебание суппорта, создающее неравномерную подачу, вследствие чего возникают вибрации. Для устранения отжима гайки в механизме перемещения суппорта применяются устройства, прижимающие гайку к винту (компенсирующие гайки, противовесы, гидравлические системы).

Если станок снабжен компенсирующим устройством, то попутное фрезерование имеет преимущество перед встречным, так как обеспечивает более высокую чистоту нарезаемых зубьев и позволяет работать на повышенных скоростях.

Преимущества попутного фрезерования:

Благодаря тому, что силы резания которые возникают при попутном фрезеровании направлены в направлении заготовки ее прижимает к зажимному приспособлению и по этому нет необходимости применять хитроумные зажимные устройства и лишать заготовку всех степеней свободы.
Стойкость фрезы гораздо выше чем при встречном фрезеровании так как износ зубьев инструмента по задним поверхностям менее значительный и идет равномерно
Качество поверхностей имеет хорошую шероховатость за счет плавной деформации снимаемого припуска металла
Удобное направление схода стружки. Она остается позади режущего инструмента и легко удаляется

Недостатки попутного фрезерования:

Наверное самый основной недостаток это невозможность использования данного способа при обработке заготовок с грубыми необработанными поверхностями (поковки, литье, штамповки). Это связано с тем, что различные твердые включения которые содержаться в корке могут сильно износить инструмент или даже привести к его поломке.
Так как зубья фрезы работают при ударной нагрузке то необходимо, чтобы приспособление было жестко и надежно закреплено на станке. Да и сам станок должен быть достаточно жестким.
В механизмах перемещения стола должны отсутствовать зазоры для исключения появления вибраций.

а - однопроходный цикл с попутной подачей
б - однопроходный цикл со встречной подачей
в - однопроходный цикл с радиальным врезанием и попутной подачей
г - двухпроходный цикл с попутной подачей
д - двухпроходный цикл со встречной подачей
е - двухпроходный цикл с попутной и встречной подачами

Малахов Я.А. Зубообрабатывающие и резьбофрезерные станки и их наладка. ВШ, Москва, 1972. Андрей Белазор.

Несмотря на то, что у большинства операторов ЧПУ есть привычка использовать встречное фрезерование, бывают случаи когда попутное предпочтительней. Прежде чем приступить к рассмотрению каждого из них, давайте определим разницу.

Фрезерование попутное – когда направление подачи и движения кромки в точке среза совпадает. Такой способ обеспечивает наилучшую чистоту поверхности. Ниже приведена диаграмма, иллюстрирующая разницу при работе на подаче и против подачи.

Стрелки показывают движение заготовки

Имейте в виду, что на этой иллюстрации движется заготовка, а не шпиндель . На некоторых станках, например на портальном фрезере, шпиндель перемещается, поэтому метки могут меняться.

Попробуйте провести эксперимент на своем станке по резке в обоих направлениях, и вы увидите, что попутное фрезерование дает более гладкую поверхность (это в большинстве случаев. Однако, бывают и ситуации, когда встречное дает лучший результат). Обратите внимание, что в зависимости от того, каким образом вы фрезеруете, вам необходимо убедиться, что деталь не сместится от нагрузок, приложенных в этом направлении.

Характеристики встречного фрезерования:

Ширина стружки начинается с нулевой и увеличивается по мере того, как фреза заканчивает нарезку;
В процессе резки создаются восходящие силы, которые стремятся поднять заготовку во время фрезерования;
При встречном фрезеровании требуется больше энергии, чем при попутном;
Качество обрабатываемой поверхности становится хуже, потому что стружка поднимается стружечными канавками и падает перед режущим инструментом. В результате большинство стружки режется повторно. В данной ситуации может помочь подача СОЖ в зону реза;
Инструмент изнашивается быстрее, чем при попутном фрезеровании;
Встречное предпочтительно для обработки шероховатых поверхностей;
Инструмент отклоняется параллельно направлению подачи

Особенности попутного фрезерования:

Ширина стружки начинается с максимальной и уменьшается;
Стружка падает за режущим инструментом, тем самым уменьшается ее повторный рез;
Меньше износ инструмента – срок службы продлевается на 50%;
Улучшается качество обработки поверхности из-за меньшего вторичного нарезания;
Требуется меньшая мощность;
Резание на подаче оказывает нисходящее усилие на деталь, что упрощает требования к ее креплению. Нисходящее усилие также может помочь уменьшить вибрацию при установке станка на тонких полах;
Фрезерование на подаче снижает упрочнение детали;
Тем не менее, оно может вызывать сколы при фрезеровании горячекатанных материалов из-за закаленного слоя на поверхности.
Отклонение инструмента происходит перпендикулярно подаче, поэтому оно может увеличивать или уменьшать ширину разреза и влиять на точность.

Люфт и попутное фрезерование

Существует следующая проблема с попутной фрезеровкой, которая заключается в том, что инструмент может выбирать люфт передачи , если силы резания достаточно велики. Проблема в том, что в процессе резания рабочий стол будет тянуться на счет усилий на фрезе. И если в передаче есть люфт, это приведет к смещению стола с заготовкой на величину люфта. И, если величина люфта будет достаточной, и режущий инструмент работает с достаточной мощностью - это вызовет вибрацию, может привести к поломке инструмента и возможно даже травме оператора из-за летящих осколков. Поэтому многие мастерские запрещают попутную фрезеровку, на всех станках, у которых известен люфт. Некоторые станки оборудуются передачами с выборкой люфта, например ШВП с двойными гайками.

Один из способов рассмотреть этот вопрос – подойти к нему с точки зрения подачи зуб. Это показатель того, сколько материала каждый зуб режущего инструмента пытается срезать. Типичные значения для чистовой обработки составляют от 2-4 сотки на зуб. Для черновой обработки эта величина может увеличиться до нескольких десяток. В худшем случае попутное фрезерование может зацепить станину и рывком переместить деталь на всю величину люфта в тот момент, когда зуб режет деталь. Поэтому к моменту врезания следующего зуба подача увеличится на величину люфта. Предположим, что черновая подача на оборот равна 6 соток и есть люфт 4 сотки. В худшем случае подача на зуб может внезапно увеличиться до 0.1 мм. Это, конечно, еще не конец света, но уже порядочная нагрузка. Теперь предположим, что у вас более старый станок с люфтом 0.3 мм и подача на зуб составляет 8 соток. Если случится выборка люфта, то следующий зуб начнет резать стружку в 0.38 мм вместо 0.08. Это с большой вероятностью означает поломку инструмента.

Нужно учитывать, достаточно ли сила резания для того, чтобы выборки люфта. Многое будет зависеть от сценария точной обработки вашего станка. Если у вас легкий стол на шариковых направляющих с низким трением, он может легко схватиться инструментом. Если у вас много железа на столе, и, вы работаете с затянутыми регулировочными клиньями, возможность схватывания будет меньше. Есть способы рассчитать силу резания, нов в общем подходе необходимы использовать меньшие концевые фрезы, меньшую глубину резания, более низкие подачи и более низкую скорость вращения шпинделя – все это уменьшает силу резания и вероятность схватывания и выборки люфта.

Кстати, станки с ЧПУ вообще-то не должны иметь заметного люфта, поэтому это больше касается ручных машин.

При определенных условиях попутное фрезерование создает отрицательную геометрию резания.

До этого момента, вы, вероятно, думали, что стоит использовать попутное фрезерование везде где можно. Ведь такой подход создает лучшее качество обрабатываемой поверхности, требует меньше энергии и менее подвержен отклонению режущего инструмента. А операторы, работающие в ручном режиме, говорят что не стоит использовать попутное, потому что это опасно при работе на машине с люфтом. На самом деле, правда где-то посередине. Можно отметить следующие эмпирические правила:

При фрезеровании на глубину в половину диаметра фрезы или меньше лучше использовать попутное (при условии, что у вашей машины низкий люфт, и это безопасно);
При фрезеровании на глубину ¾ диаметра фрезы способ фрезерования не имеет значения;
При фрезеровании на глубину ¾ - 1 диаметра фрезы лучше встречное.

Отклонение инструмента и точность реза при фрезеровании на подаче и против подачи

Каким образом направление фрезерования подачи влияет на отклонение и точность инструмента?

На следующем рисунке показаны небольшие стрелки (называемые векторами), показывают направление отклонение инструмента, когда резец перемещается по траектории инструмента:

Стрелки показывают где режущее усилие пытается отклонить фрезу. Встречный рез вверху, попутное фрезерование внизу

Обратите внимание, что вектор отклоняющей силы более параллелен разрезу при встречном фрезеровании (хотя стрелки длиннее и показывают более высокие силы резания). При фрезеровании на попутной подаче вектор силы практически перпендикулярен разрезу. Если ваша фреза отклоняется на 3 сотки, не является ли более предпочтительным направить его вдоль подачи? Также альтернативой может быть удаление или углубление фрезы в линию реза(изменения съема за проход). Обратно, длины векторов при встречном больше, чем при попутном. Это говорит о том, что силы резания более мощные, и инструмент с большей вероятностью отклонится.

Попробуйте использовать попутное фрезерование для черновой обработки, потому что это даст вам возможность работать быстрее, а эффект от отклонения инструмента существенно не влияет на точность и не имеет значения – последующий финишный проход обеспечит точность. Вы можете грубо работать значительно быстрее, потому что усилие резания меньше и толсто-тонкий профиль стружки переносит тепло на стружку. Стружка уносит тепло, что особенно важно для обработки твердых материалов таких как нержавеющая сталь. Тем самым обеспечивается лучшее качество обрабатываемой поверхности, если вы можете позволить повторный финишный проход.

Встречное фрезерование для финишной обработки

Это противоречит здравому смыслу, по мнению большинства операторов станков. При прочих равных условиях они правы, но есть нюансы.

Проблема в том, что отклонение влияет и на чистоту поверхности. Если вектор сил резания почти параллелен направлению подачи, вы можете считать, что часть вектора, которая толкает его «от параллели» очень мала. Потому инструмент будет иметь небольшую тенденцию отклоняться и наносить «волны».

Обратите внимание, что это может быть особенно важно при работе с тонкими стенками, где они очень тонки!

Поэтому важно перейти на встречное фрезерование для финишной обработки, если вам вообще неприемлемо отклонение. По крайней мере, следует избегать слишком большой глубины реза при попутном фрезеровании, чтобы избежать отклонений. Чтобы свести отклонения к минимуму, следует использовать не более 30% диаметра режущего инструмента для встречного фрезерования и 5% для попутного.

Правильное управление отклонением может помочь вам избежать необходимости дополнительного фрезерования для очистки поверхности.

Встречное фрезерование для микрообработки

По тем же причинам, а особенно если учесть, что отклонение намного хуже влияет на микрофрезерование, стоит выбирать встречный тип вместо попутного для обработки

Фрезерование это есть ни что иное как механическая обработка разного рода материалов методом резания. Фрезерование выполняется для того, чтобы получить деталь, которая будет иметь необходимую шероховатость, форму или размер в обработанном виде.

Многолезвийный инструмент, который устанавливается на станке, в процессе фрезерования обычно совершает движение вращения, а заготовка, обрабатываемая с помощью этого режущего инструмента, движется в поступательном режиме.

Сам процесс резания при фрезеровке будет характеризоваться сменяющими друг друга холостыми и рабочими циклами зубьев фрез. Кроме того, могут меняться температурные колебания нагревания зубьев, сменой нагрузки, подаваемой на каждый зуб фрезы или сменой толщины снимаемой стружки.

Во время фрезеровки резание детали происходит исключительно на части дуги окружности и только до тех пор, пока зубья находятся в контакте с материалом, который обрабатывается. После этого следует холостой ход.

В процессе фрезерования каждый зуб фрезы должен преодолеть сопротивление своему действию со стороны обрабатываемого материала и силы трения, которые будут действовать на поверхности зубьев фрезы. Как правило, во время резки с заготовкой контактирует не один зуб, а сразу несколько, поэтому станку приходится преодолевать суммарное противодействие. В это время действует суммарная сила резания, она складывается из всех сил, которые действуют на зубья. Схема, по которой будут действовать силы резания во время фрезерования, будет зависеть от способа фрезеровки и типа рабочей фрезы.

Фрезерование, как радиальное, выполняемое торцевой фрезой , так и тангенциальное, с помощью цилиндрической фрезы, может быть выполнено двумя способами. Один из них – встречное фрезерование или против подачи. В этом случае направление движения материала будет противоположно направлению движения фрезы. Второй тип называется попутным фрезерованием или по подаче. В этом случае вращение самой фрезы и подачи будут совпадать.

Если фрезерование встречное , то толщина этого среза будет меняться от нуля, который можно заметить на входе зуба и до максимального значения. Его можно будет зарегистрировать при выходе зуба из контакта с заготовкой, которую он обрабатывает.

Если фрезерование попутное , то процесс резки будет наоборот происходить от максимума до нулевого значения.

Попутное фрезерование начинается с удара, происходящего в момент, когда зуб входит в контакт с обрабатываемой заготовкой, так как толщина среза в данном случае имеет максимальное значение. По этой причине попутную фрезеровку допускается производить только на станках, которые обладают достаточным уровнем жесткости. Кроме того, обязательно контролировать, чтобы не было зазора в сопряжении ходовой винт гайка между поперечной и продольной подачей фрезерного стола.

Если смотреть в целом, то попутная фрезеровка будет более выгодной при чистовых работах, когда корку, образующуюся на поверхности материала, уже сняли, а глубина срезаемого слоя не большая.

Процесс обработки при встречном фрезеровании характеризуется более спокойным резанием, так как толщина удаляемого материала нарастает плавно, а нагрузка на станок увеличивается постепенно. Встречная фрезеровка значительно полезнее при черновой обработке материала, при наличии корки или окалины (поковки).

К станкам с числовым программным управлением предъявляются особые повышенные требования по люфтам механизмов измеряемых в сотых долях миллиметра, по этому попутному фрезерованию здесь отдаётся предпочтение, что не всегда реализуемо на обычных станках.

Каждая из стратегий (попутное и встречное фрезерование) имеют ряд своих плюсов и минусом. В теории, при использовании твердосплавного инструмента, рекомендуют всегда выбирать попутную стратегию. Связано это с особенностью заточки режущих кромок. В отличие от быстрорежущей стали, инструмент из твердого сплава имеет более тупой угол заточки режущих кромок, следовательно встречная стратегия, предусматривающая увеличение толщины сьема от нуля до номинальной, в процессе подачи, может быть чревата вибрациями и отсутствием самого процесса резания, до тех пор, пока толщина припуска не окажется достаточной, в результате непосредственно сьем материала часто происходит уже тогда, когда зуб фрезы прошел почти половину своего пути. А в начале просто давит материал. Как результат - нагрев, наклеп и прочие болячки... Попутная же стратегия, наоборот, подразумевает работу твердосплавного (жесткого) инструмента с в более сбалансированном режиме, когда каждый зуб фрезы получает номинальную нагрузку в самом начале входа в материал. Но у этой медали есть и оборотная сторона: попутная стратегия, больше похожа на скалывания материала, а встречная - именно на его резание.
Развитие технологии изготовления режущего инструмента позволила на сегодняшний получить доступный твердосплавный инструмент с характеристиками быстрорежущего, при этом, работающего с гораздо большей производительностью, что заставляет нас выбирать разные стратегии на разных этапах обработки.
Реалии сегодня таковы: абсолютное большинство станков, имеющихся в распоряжении участников данного форума, да и за его пределами имеют высокооборотные шпиндели, что исключает использование быстрорежущего инструмента. Точно так же, как и сам инструмент, поставляемый известными компаниями - в основном твердосплавный. Но это не означает, что нужно выбирать только попутную стратегию! Из моего опыта рекомендации следующие:
Обработка твердых (сыпучих) материалов (латунь ЛС-59; бронза; алюминий Д16-Т, магний, твердые породы древесины):
- черновая, получистовая обработка - попутная стратегия, стандартные 2-х, 3-х зубые фрезы (угол заточки кромок - 25* - 35*)
- чистовая обработка - можно те же фрезы, но стратегию в большинстве случаев я бы изменил на встречную (получим более высокое качество поверхности).
Обработка вязких материалов (алюминий АД; латунь Л-63; пластики (за исключением модельных), мягкие породы древесины):
- черновая обработка - специализированным инструментом с углом заточки кромок от 45* и выше (однозубые спиральные фрезы с полированными стружкоотводными каналами и т.п.) - попутная стратегия, причем везде, кроме дерева, я бы использовал смазку или СОЖ.
- чистовая обработка - теми же спец. фрезами, с остро заточенными кромками, только с количеством зубьев 3-4. и с малым сьемом. - только встречная стратегия.
Естественно, возможны и компромиссные решения, но вышеописанные технологии позволят максимально использовать возможности оборудования и инструмента, повысив эффективность на черновых операциях и качество на чистовых.
Удачи