Режущие инструменты для фрезерных станков с ЧПУ определяют, обеспечивает ли запрограммированная траектория резания стабильный рез, чистую поверхность и предсказуемый допуск. Станок может обеспечить точное позиционирование, но геометрия режущего инструмента, материал и настройка определяют силы резания, контроль стружки и конечное качество обработки.
Выбор инструмента — это системное решение, а не просто выбор из каталога. Семейство фрез должно соответствовать выполняемой операции, обрабатываемой детали и жесткости установки. Когда эти факторы ясны, срок службы инструмента и время цикла становятся гораздо более предсказуемыми.
Семейства фрез
Выбор фрез для станков с ЧПУ проще всего осуществить, если связать каждый инструмент с конкретным направлением резания, типом обрабатываемой детали и траекторией стружки. Наиболее распространенные инструменты можно разделить по тому, что они хорошо режут, что они не могут безопасно делать и почему они выходят из строя при неправильном использовании.
Концевые фрезы
Фрезы с закругленными концами являются предпочтительным выбором для обработки пазов, выемок и боковых стенок, поскольку они режут как торцом, так и боковой стороной инструмента. Фрезы с квадратным шлицем позволяют создавать ровные поверхности и острые внутренние углы там, где это позволяет геометрия. Фрезы с закругленными углами (бульбообразные) уменьшают сколы кромки и увеличивают срок службы инструмента при работе с более твердыми материалами.
Шаровые концевые фрезы являются стандартными для обработки 3D-поверхностей, поскольку их закругленный наконечник контролирует образование выемок на контурных траекториях инструмента. Черновые концевые фрезы быстро удаляют припуск, измельчая стружку, но обычно для получения требуемого качества поверхности требуется отдельный чистовой проход.
Фрезерные и торцевые фрезы
Торцевые фрезы используются для быстрого выравнивания широкой поверхности с равномерным распределением нагрузки между несколькими режущими кромками. Торцевые фрезы часто имеют сменные режущие кромки и отлично подходят для обработки заготовок до получения ровной плоскости. Однако они не предназначены для глубокого погружения в материал.
Фрезерные головки также позволяют получать плоские поверхности и часто используются, когда допустимо использование простого однолезвийного инструмента. Мы рассматриваем торцевые фрезы и фрезерные головки как “инструменты для плоскостной обработки поверхностей” и выбираем между ними, исходя из требуемого качества поверхности, стабильности станка и стабильности процесса.
Инструменты для сверления отверстий
Надежный процесс сверления начинается с позиционирования, затем следует создание отверстия и, наконец, его окончательная обработка до нужного размера и состояния кромки. Точечные или центровочные сверла повышают точность позиционирования и уменьшают смещение сверла. Затем спиральные сверла эффективно создают основное отверстие.
Развертки используются после сверления, когда диаметр отверстия и качество поверхности требуют более точного контроля, чем это обеспечивает сверление. Зенковки и фрезы для снятия фаски обрабатывают входную кромку для крепежных элементов или для удаления заусенцев. Мы рекомендуем по возможности выбирать стандартные углы, чтобы избежать слишком большого количества вариантов инструментов.
Инструменты для нарезания резьбы
Резьбовые отверстия можно создавать с помощью нарезания резьбы метчиком или фрезерования. Выбор метода зависит от материала, типа отверстия и допустимого уровня риска. Резьбовые метчики удаляют материал и образуют стружку. Формовочные метчики деформируют материал, предотвращая образование стружки, но требуют правильного размера отверстия и пластичного материала.
Резьбонарезные фрезы нарезают резьбу методом интерполяции. Этот метод полезен, когда качество резьбы и риск поломки инструмента имеют первостепенное значение. Мы подтверждаем выбор способа нарезки резьбы, проверяя технические характеристики резьбы, глубину отверстия, риск удаления стружки и возможность использования одного инструмента для нарезки резьбы нескольких размеров.
Инструменты для создания пазов и подрезов
Для создания подрезов и Т-образных пазов часто требуется специальная фреза, предназначенная для обработки пространства за стенкой, недоступного для концевой фрезы. Фрезы для шпоночных пазов позволяют создавать эти элементы без повторной фиксации детали, что экономит затраты на переналадку и снижает риск выравнивания.
Продольные пилы позволяют вырезать глубокие и узкие пазы, а также могут выполнять операции отрезки в некоторых рабочих процессах. Фрезы для пазов типа «ласточкин хвост» создают подрезы для таких пазов. Фрезы для шпоночных пазов или фрезы типа «Вудрафф» используются для создания определенных форм шпоночных пазов, где стандартная концевая фреза не может сформировать нужный профиль.
Специальные резаки
Специальные резцы используются, когда этого требуют геометрические параметры или устаревшие технологические процессы, даже в современных цехах с ЧПУ. Резцы для зубчатых колес и резцы эвольвентного типа применяются для обработки определенных элементов зубчатых колес, если этого требует технологический план. Мы рассматриваем их как “инструменты, предназначенные для конкретных элементов”, а не как универсальные резцы.
Фрезерные станки для обработки плит, торцевых и полых поверхностей, а также фрезы для обработки полых поверхностей реже используются в повседневной работе на станках с ЧПУ, но остаются актуальными в определенных условиях. Знание их названий помогает распознавать их в списках инструментов и избегать использования неподходящего современного инструмента в качестве замены.
Дополнительная литература:Типы держателей инструментов для станков с ЧПУ
Инструментальные материалы и покрытия
Выбор материала подложки инструмента и покрытия определяет практические пределы термостойкости, прочности кромки и скорости износа при фрезеровании на станках с ЧПУ. Мы сравниваем материалы, рассматривая их как компромисс между прочностью, твердостью при высоких температурах и стоимостью, поскольку выбор оптимального материала зависит от типа резки.
Инструменты из углеродистой стали — это недорогой вариант для работы на низких скоростях. Они обычно не используются для современных высокоскоростных фрезерных станков с ЧПУ при обработке более твердых металлов, но все же встречаются в простых операциях, где нагрев не является существенным фактором.
Быстрорежущая сталь (ВРС) обладает большей ударной вязкостью, чем твердосплавные материалы, и хорошо выдерживает удары и вибрацию. ВРС часто выбирают, когда жесткость низкая, объемы производства малы или обрабатываемая деталь мягкая, и стоимость твердосплавных материалов не оправдывает их использование.
Твердосплавные материалы — лучший выбор для фрезерования на станках с ЧПУ, поскольку они сохраняют твердость при высоких температурах и позволяют работать на более высоких скоростях резания. Однако твердосплавные материалы менее устойчивы к вибрации и биению. Мы всегда проверяем жесткость, состояние держателя и вылет заготовки, прежде чем предполагать, что твердосплавные материалы будут работать лучше, чем быстрорежущая сталь.
Инструменты из керамики, кубического нитрида бора и алмаза предназначены для особых случаев, где основными проблемами являются высокая температура и твердость. Для работы с такими инструментами требуется строгий контроль над настройкой и процессом. Выбор инструментов следует осуществлять под руководством поставщика, поскольку их поломки часто происходят внезапно.
Покрытия решают проблемы, связанные с износом, нагревом и адгезией материала; они не являются универсальными усовершенствованиями. К распространенным покрытиям относятся TiN для общего износа, TiCN для повышения износостойкости и AlTiN/TiAlN для повышения термостойкости в жестких условиях резки.
Мы проверяем правильность выбора покрытия, сопоставляя его с материалом заготовки, стратегией охлаждения и целевым сроком службы инструмента, вместо того чтобы полагаться на маркетинговые заявления. В каталогах поставщиков указаны варианты покрытий, количество канавок и диапазоны твердости, и эту информацию следует проверять на основе фактической конфигурации станка.
Геометрические параметры и параметры настройки
Геометрия инструмента и жесткость крепления определяют, останутся ли силы резания стабильными или приведут к вибрации, деформации и сколам кромки. Мы проверяем ключевые геометрические параметры, определяющие успех, особенно для небольших инструментов и обработки глубоких элементов.
Подсчет флейт и удаление стружки
Количество канавок обеспечивает баланс между пространством для стружки и прочностью сердечника. Меньшее количество канавок обеспечивает более крупные каналы для мягких материалов, которые образуют много стружки. Большее количество канавок повышает жесткость и распределяет нагрузку в более твердых материалах, где необходимо контролировать толщину стружки.
Удаление стружки — это технологическое требование, а не предпочтение. Если стружка не может выйти из зоны резания, происходит перегрев, и срок службы инструмента резко сокращается, независимо от материала инструмента.
Диаметр инструмента и внутренний радиус
Диаметр инструмента ограничен наименьшим внутренним радиусом и самым узким пазом в конструкции детали. Большой инструмент удаляет материал быстрее, но не может поместиться в труднодоступные углы. Часто наилучшим оказывается двухэтапный подход: черновая обработка большим инструментом, а затем чистовая обработка углов меньшим.
Скругления и внутренние углы имеют очень важное значение, поскольку они напрямую определяют, какие диаметры концевых фрез являются практичными. Мы уточняем это на раннем этапе составления сметы, поскольку изменение радиуса скругления в CAD-модели часто обходится дешевле, чем использование хрупкого микроинструмента и согласие на увеличение времени цикла.
Выступ, держатели и выход за пределы
Вылет инструмента за держатель, или его длина, является основной причиной вибрации и отклонения. Использование инструмента минимальной длины, насколько это позволяет данная особенность, улучшает качество обработки и защищает режущие кромки, особенно при работе с твердосплавными инструментами.
Биение превращает многолезвийный инструмент в перегруженный однолезвийный, поскольку большую часть резания выполняет одна кромка. Мы проверяем чистоту держателя, состояние цанги и гигиеничность конуса шпинделя, прежде чем обвинять инструмент в преждевременном износе.
Охлаждающая жидкость, тепло и термический шок
Стратегия охлаждения должна соответствовать материалу инструмента и термическому циклу резки. Прерывистая резка многократно нагревает и охлаждает кромку, что может привести к термическому растрескиванию. В зависимости от инструмента и материала, более предпочтительным вариантом может быть обдув воздухом или контролируемая подача охлаждающей жидкости.
Проблема отвода тепла также связана со стружкой. Если стружка отводит тепло, а режущая кромка остается чистой, срок службы инструмента стабилен. Если стружка повторно снимается, режущая кромка быстро изнашивается даже при консервативных настройках.
Рабочий процесс для предотвращения ошибок
Последовательный процесс выбора инструмента сокращает количество брака, превращая “выбор инструмента” в серию проверяемых этапов. Мы принимаем решения о выборе инструмента в том же порядке, в каком большинство цехов выполняют работу: сначала обработка поверхности и опорных точек, затем удаление основного материала, чистовая обработка элементов и, наконец, обработка кромок.
Для начала обозначьте каждую функцию как плоскую обработку поверхности, фрезерование пазов/стенок, изготовление отверстий или специальную форму/подрез. Затем назначьте семейство фрез, выполняющих это действие. Только после этого следует выбрать диаметр, количество канавок и покрытие.
Точки проверки, которые следует использовать:
- Наименьший внутренний радиус и ширина паза позволяют использовать запланированные диаметры инструмента.
- Жесткость конструкции обеспечивает поддержку запланированного выступа и количества флейт.
- Удаление стружки возможно при выбранной стратегии охлаждения/подачи воздуха и геометрии инструмента.
- Список инструментов сводит к минимуму изменения, не принуждая к использованию рискованных микроинструментов.
Мы также рекомендуем добавить в технологическую карту строку “спецификация инструмента”, чтобы обеспечить согласованность процессов закупки и программирования. Эта строка должна включать тип инструмента, диаметр, количество канавок, длину канавок, общую длину, покрытие и тип держателя.
Характер износа и виды отказов
Контроль износа инструмента наиболее эффективен, когда износ рассматривается как ранний предупреждающий сигнал, а не как неожиданная поломка. Мы предотвращаем простои, связывая типичные модели износа с первым корректирующим действием, которое обычно их устраняет.
Износ боковой поверхности инструмента — это нормальный вид абразивного износа, указывающий на то, что инструмент исчерпал свой ожидаемый срок службы. По мере увеличения износа боковой поверхности возрастают силы резания, и качество обработки поверхности ухудшается. Плановая замена инструмента часто предпочтительнее, чем ожидание поломки.
Сколы обычно указывают на вибрацию, прерывистую резку или недостаточную жесткость. Прежде всего, проверьте способы уменьшения вылетевания, контроля проблем с держателем/биением и скорректируйте стратегию резки, прежде чем переходить на другой инструмент.
Образование наростов на режущей кромке часто встречается при обработке вязких материалов и приводит к некачественной обработке и непредсказуемому резанию. Улучшение отвода стружки, использование заточенной геометрии и выбор правильного покрытия могут стабилизировать резание.
Термическое растрескивание возникает, когда кромка периодически нагревается и охлаждается. Мы проверяем стратегию подачи охлаждающей жидкости и условия входа/выхода, поскольку “правильная охлаждающая жидкость” зависит от конкретного материала инструмента, заготовки и схемы резания.
Правильное хранение и обращение также имеют значение. Твердосплавные кромки легко скалываются при соударении инструментов друг с другом. Специальные органайзеры, втулки и чистые держатели инструментов защищают режущую кромку и помогают снизить биение.
Заключение
В компании Yonglihao Machinery мы понимаем, что производительность фрезерного станка с ЧПУ зависит от идеального соответствия семейства инструмента, материала и жесткости установки характеристикам детали и поведению стружки. Наиболее надежные результаты достигаются путем предварительного выбора правильного типа фрезы, а затем точной настройки геометрии и покрытия с учетом конкретного риска резания.
Выбор инструмента можно охарактеризовать как повторяемый, профессиональный процесс: определить операцию, выбрать семейство фрез, ограничить диаметр геометрией, строго контролировать вылет и биение, а также проверить отвод стружки. Этот строгий метод уменьшает количество догадок, обеспечивает стабильное качество поверхности и делает срок службы инструмента предсказуемым.
Как профессионал производитель прототипов, Yonglihao Machinery стремится обеспечить вам высочайший уровень обслуживания. обработка на станках с ЧПУ и услуги фрезерования. Независимо от того, требует ли ваш проект сложной геометрии или жесткого контроля допусков, у нас есть опыт и технологии, чтобы воплотить его в жизнь. Если вы ищете надежного партнера по механической обработке, свяжитесь с нами сегодня, и позвольте нашему превосходному мастерству обеспечить успех вашего следующего проекта!
Читать далее: Как выбрать режущие инструменты для обработки на станках с ЧПУ?
Часто задаваемые вопросы
Какие фрезерные инструменты наиболее распространены на станках с ЧПУ?
Фрезы концевые, торцевые и сверла являются наиболее распространенными инструментами, поскольку большинство деталей требуют обработки поверхностей, создания пазов и отверстий. Типичный набор инструментов также включает инструмент для снятия фаски с кромок и метчик или резьбофрезу. Разнообразие инструментов увеличивается, когда детали имеют подрезы, шпоночные пазы или специальные формы.
Торцевое фрезерование против торцевого фрезерования: в чем разница?
При концевом фрезеровании торцевая и боковая части концевой фрезы используются для вырезания углублений, стенок и профилей. При торцевом фрезеровании материал удаляется с большой плоской поверхности с помощью торцевой фрезы. Выбор зависит от того, является ли основной элемент широкой плоскостью или ограниченным углублением или стенкой.
Как выбрать оптимальное количество канавок для алюминия и стали?
Для обработки алюминия часто требуется меньшее количество канавок, чтобы максимизировать пространство для стружки и уменьшить ее прилипание. Для стали и более твердых сплавов часто требуется больше канавок, чтобы повысить жесткость инструмента и распределить нагрузку при резании. Правильный ответ все равно зависит от отвода стружки и жесткости инструмента, поэтому всегда проверяйте количество канавок.
В каких случаях следует использовать развертку вместо дрели?
Развертку следует использовать, когда размер отверстия и качество поверхности должны быть более точными, чем может обеспечить сверло. Сверление создает отверстие, но развертывание доводит его до конечного размера с более качественной обработкой поверхности. Развертывание следует планировать как второй этап после сверления отверстия.
Метчик или резьбофрезер: что безопаснее?
Фрезерные ножи могут быть безопаснее, когда важны контроль стружки, качество резьбы или поломка инструмента. Траектория движения инструмента контролируется, и вероятность заклинивания инструмента ниже, чем у метчика. Метчики работают быстро, но чувствительны к размеру отверстия, материалу и удалению стружки. Лучший выбор зависит от конкретной задачи.
Как можно сократить количество замен инструментов без риска?
Для сокращения количества смен инструмента проектируйте детали со стандартными размерами инструмента и разумными внутренними радиусами. Более крупные инструменты позволяют быстро производить черновую обработку материала, в то время как более мелкие инструменты обеспечивают чистовую обработку только тех труднодоступных углов, которые в этом нуждаются. Планируйте использование инструмента таким образом, чтобы минимизировать применение микроинструментов, если только это действительно не требуется для конкретной детали.
