Встречное и попутное фрезерование. Оборудование для фрезерования

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.

Фрезерование, в зависимости от направления подачи и используемого металлорежущего инструмента, может быть:

встречным;
попутным.

Выбор в пользу той или иной технологии осуществляется на основании не только типа фрезы и направления подачи, но и толщины среза. При этом и встречное, и попутное фрезерование обладают как преимуществами, так и недостатками.

Специфика технологии попутного фрезерования

Под данной разновидностью фрезерных работ подразумевается, что обрабатываемое металлоизделие перемещается в одном направлении с движением фрезы. К достоинствам этой технологии можно отнести:

простоту удаления образуемой в ходе работ стружки с заготовки, поскольку она остается за инструментом;
отсутствие необходимости монтажа специальных зажимных приспособлений на металлорежущее оборудование, так как заготовка прижимается к столу за счет сил резания;
обеспечение отменной шероховатости за счет плавного снятия припуска с болванки;
медленный и равномерный износ зубьев фрезы, что позволяет снизить себестоимость фрезерных работ и продлить эксплуатационный период режущего инструмента.

Без «минусов» попутное фрезерование также не обходится. Прежде всего, при данном виде обработки нужно проверить устройство передвижения стола на наличие зазоров. Если они обнаруживаются, то следует быть готовым к сильным вибрациям, которые негативно отображаются на качестве работ.

Еще одна проблема – сильная ударная нагрузка на зубья фрез. Следовательно, чтобы сделать возможным использование фрез, станок должен обладать высокой жесткостью. Только на таких металлорежущих агрегатах можно максимально надежно закрепить заготовку.

Попутное фрезерование не подходит для обработки штамповок, поковок и прочих металлоизделий с необработанной поверхностью. Это объясняется тем фактом, что подобные болванки содержат особые включения, при попадании на которые зубья фрезы начинают выкрашиваться.

Характерные черты встречного фрезерования

Встречное фрезерование или фрезерование «против подачи» (так его называют многие специалисты) – способ металлообработки, при котором инструмент вращается в направлении, противоположном подаче обрабатываемого изделия. Реализация технологии сопровождается сложностями с отводом стружки. Выполняется этот процесс крайне неудобно из-за того, что образуемая стружка скапливается перед фрезой, а это значительно ускоряет ее износ.

При закреплении заготовки на столе необходимо применять специальные зажимы, обеспечивающие прочную фиксацию. Особенностью таких приспособлений является усложнение конструкции станка и снижение его эффективности.

Встречное фрезерование практически не используется при чистовой металлообработке, поскольку стружка серьезно повреждает обработанную металлическую поверхность. Кстати, неравномерность толщины снимаемого слоя металла – еще один недостаток данной методики металлообработки.

Что касается «плюсов» встречного фрезерования, то они сводятся к:

упрочнению поверхностного слоя детали, обусловленного деформацией материала;
мягкому осуществлению процесса резания, независимо от обрабатываемого металла. При этом плавно нагружается фрезерный станок.

В итоге, каждый из приведенных выше типов фрезерования обладает и преимуществами, и недостатками. Из этого следует, что выбор методики должен осуществляться индивидуально для каждого случая с учетом требуемой чистоты обработки. Узнать больше о фрезеровании можно на

Заготовка подается в направлении вращения инструмента, который производит резку. Часто специалисты называют подобный вид обработки «по подаче». Преимуществом является то, что заготовка прижимается к зажимному устройству сама. Зубья режущего инструмента по задним поверхностям изнашиваются меньше и равномерно. Поэтому стойкость фрезы в разы выше, чем при встречной механической обработке. Снимаемый припуск на заготовке поддается деформации постепенно.

К минусам данного типа фрезерования можно отнести то, что заготовки с грубыми поверхностями, например, литьё, не получится обработать из-за твёрдых включений в корке. Если рискнуть обрабатывать эти заготовки попутным фрезерованием, то режущий инструмент очень быстро придет в негодность. Фреза на станке должна быть надежно зафиксирована, т. к. обработка осуществляется при ударной нагрузке.

Чтобы избежать вибраций, в механизмах стола не должно быть никаких зазоров. Однако часто этого не удается достичь, поэтому работать нужно внимательно.

Встречное фрезерование

В данном случае заготовка подается навстречу режущему инструменту. Из плюсов данной технологии можно выделить очень мягкое воздействие на поверхность заготовки и то, что обработанная поверхность упрочняется в ходе деформации металла. К отрицательным моментам относится необходимость применить дополнительные крепления для надежности фиксации заготовки. В противном случае силы резания будут ее отрывать от инструмента. Также при такой обработке инструмент быстрее изнашивается, поэтому не применяют высокоскоростные режимы резания.

Стружка выходит прямо перед фрезой и есть риск ее попадания в зону резания. Если это случится, то на обработанной поверхности будут царапины.

рис.1 Виды фрезеровки

Как видим, токарно фрезерные работы СПб с применением обоих методов имеют свои нюансы. Поэтому выбирать вид фрезеровки следует исходя из начального качества заготовки и требуемого конечного результата.

Разбираемся в разнице качества фрезерования при встречном и попутном направлении режущих граней относительно материала.

Такой способ фрезерования также поможет продлить срок службы фрезы в случае с поверхностно уплотненной заготовкой, так как снятие стружки начинается с неплотного подкоркового слоя материала.

В зависимости от направления вращения фрезы выделяют 2 типа фрезерования: встречное и попутное.

Попутным называют такой способ фрезерования, при котором подача материала совпадает с направлением вращения фрезы, рис.1.

Рис. 1. Встречное фрезерование - А. Попутное фрезерование- Б.

Если же направление фрезерования и подача противоположно направлены, то имеем дело со встречным фрезерованием

Как недостатки, так и преимущества есть у обоих способов.

При попутном фрезеровании зуб фрезы в момент входа в заготовку нагружается скачкообразно, происходит удар о поверхность обрабатываемого материала. Как следствие из этого получаем повышенный износ инструмента. Наиболее существенно этот эффект проявляется при обработке поверхностно уплотненного материала и обработке поверхности прямозубыми цилиндрическими фрезами.

При попутном фрезеровании происходит уплотнение обрабатываемой поверхности. Это, конечно, нельзя однозначно отнести к достоинствам или недостаткам. Уплотнение связано с тем, что непосредственно в зоне обработки происходят пластические деформации срезаемого слоя материала, а благодаря тому, что силы давления фрезы и реакции заготовки в зоне обработки направлены встречно, происходит сминание (то самое уплотнение) слоя материала заготовки.

Благодаря тому, что фреза в процессе работы давит на заготовку, прижимая ее к опорной поверхности и тем самым увеличивая жесткость сопряжения, точность обработки получается выше, по сравнению со встречным фрезерованием.

Во время встречного фрезерования зуб фрезы во время снятия стружки с обрабатываемого материала нагружается плавно, благодаря чему ресурс инструмента исчерпывается гораздо дольше по сравнению с попутным фрезерованием. Такой способ фрезерования также поможет продлить срок службы фрезы в случае с поверхностно уплотненной заготовкой, так как снятие стружки начинается с неплотного подкоркового слоя материала. В области же плотной корки (выделена область «А» на рис.1 б) разделение материала происходит во многом за счет сил растяжения и изгиба. Эти виды нагрузки требуют гораздо меньшего усилия для разрушения материала, в отличие от сминания, которое имеем в случае с попутным фрезерованием.

При встречном способе фрезерования изменение плотности обрабатываемого слоя материала происходит в меньшей степени. Однако при этом возможно проскальзывание зуба по поверхности заготовки, что приведет к упрочнению продавленного слоя и последующему увеличению требуемой для обработки нагрузки.

При встречном способе обработки материала фреза в процессе работы стремится вытянуть слой материала из заготовки. При этом толщина срезаемой стружки непостоянна. Из-за вызываемых при этом упругих деформаций возникает вибрация и, как следствие, снижается качество обрабатываемой поверхности.

Итак, учитывая названные преимущества и недостатки рассматриваемых способов фрезерования можно сделать выводы, что попутное фрезерование больше подходит для:

Чистовой обработки;

В случаях, когда снимается тонкий слой за проход;

Обработки поверхностно не уплотненных материалов.

Встречное фрезерование больше подходит для:

Черновой обработки материала;

Обработки поверхностно уплотненных материалов.

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