I. Princípy a ovplyvňujúce faktory súsledného frézovania a konvenčného frézovania na CNC frézkach
(A) Princípy a súvisiace vplyvy súsledného frézovania
Počas obrábania na CNC frézke je špecifickou metódou frézovania súsledné frézovanie. Keď je smer otáčania časti, kde sa fréza dotýka obrobku, rovnaký ako smer posuvu obrobku, nazýva sa to súsledné frézovanie. Táto metóda frézovania úzko súvisí s mechanickými konštrukčnými charakteristikami frézky, najmä s vôľou medzi maticou a skrutkou. V prípade súsledného frézovania, keďže sa mení sila horizontálnej frézovacej zložky a medzi skrutkou a maticou je vôľa, spôsobí to pohyb pracovného stola a skrutky doľava a doprava. Tento periodický pohyb je dôležitým problémom, ktorému čelí súsledné frézovanie, pretože spôsobuje extrémne nestabilný pohyb pracovného stola. Poškodenie rezného nástroja spôsobené týmto nestabilným pohybom je zrejmé a je ľahké poškodiť zuby rezného nástroja.
Počas obrábania na CNC frézke je špecifickou metódou frézovania súsledné frézovanie. Keď je smer otáčania časti, kde sa fréza dotýka obrobku, rovnaký ako smer posuvu obrobku, nazýva sa to súsledné frézovanie. Táto metóda frézovania úzko súvisí s mechanickými konštrukčnými charakteristikami frézky, najmä s vôľou medzi maticou a skrutkou. V prípade súsledného frézovania, keďže sa mení sila horizontálnej frézovacej zložky a medzi skrutkou a maticou je vôľa, spôsobí to pohyb pracovného stola a skrutky doľava a doprava. Tento periodický pohyb je dôležitým problémom, ktorému čelí súsledné frézovanie, pretože spôsobuje extrémne nestabilný pohyb pracovného stola. Poškodenie rezného nástroja spôsobené týmto nestabilným pohybom je zrejmé a je ľahké poškodiť zuby rezného nástroja.
Súsledné frézovanie má však aj svoje jedinečné výhody. Smer sily vertikálnej frézovacej zložky počas súsledného frézovania je pritlačiť obrobok k pracovnému stolu. V tomto prípade sú klzné a trecie javy medzi zubami rezného nástroja a obrábaným povrchom relatívne malé. To má veľký význam pre proces obrábania. Po prvé, je to výhodné pre zníženie opotrebenia zubov rezného nástroja. Zníženie opotrebenia zubov rezného nástroja znamená, že sa môže predĺžiť životnosť rezného nástroja, čím sa znížia náklady na obrábanie. Po druhé, toto relatívne malé trenie môže znížiť jav spevnenia deformáciou. Spevnenie deformáciou zvýši tvrdosť materiálu obrobku, čo nie je priaznivé pre následné procesy obrábania. Zníženie spevnenia deformáciou pomáha zabezpečiť kvalitu obrábania obrobku. Okrem toho môže súsledné frézovanie tiež znížiť drsnosť povrchu, čím sa povrch obrábaného obrobku stane hladším, čo je veľmi výhodné pri obrábaní obrobkov s vysokými požiadavkami na kvalitu povrchu.
Treba poznamenať, že použitie súsledného frézovania má určité podmienené obmedzenia. Ak je možné nastaviť vôľu medzi skrutkou a maticou pracovného stola na menej ako 0,03 mm, je možné lepšie využiť výhody súsledného frézovania, pretože v tomto okamihu je možné efektívne kontrolovať problém s pohybom. Okrem toho je súsledné frézovanie lepšou voľbou aj pri frézovaní tenkých a dlhých obrobkov. Tenké a dlhé obrobky vyžadujú počas procesu obrábania stabilnejšie podmienky obrábania. Vertikálna zložka sily súsledného frézovania pomáha upevniť obrobok a znížiť problémy, ako je deformácia počas procesu obrábania.
(B) Princípy a súvisiace vplyvy konvenčného frézovania
Konvenčné frézovanie je opakom súsledného frézovania. Keď sa smer otáčania časti, kde sa fréza dotýka obrobku, líši od smeru posuvu obrobku, nazýva sa to konvenčné frézovanie. Pri konvenčnom frézovaní smer sily vertikálnej frézovacej zložky zdvíha obrobok, čo spôsobí zväčšenie posuvnej vzdialenosti medzi zubami rezného nástroja a obrábaným povrchom a zvýšenie trenia. Toto relatívne veľké trenie spôsobí množstvo problémov, ako je zvýšenie opotrebenia rezného nástroja a zhoršenie javu spevnenia obrábaného povrchu. Spevnenie obrábaného povrchu zvýši tvrdosť povrchu, zníži húževnatosť materiálu a môže ovplyvniť presnosť a kvalitu povrchu následných obrábacích procesov.
Konvenčné frézovanie je opakom súsledného frézovania. Keď sa smer otáčania časti, kde sa fréza dotýka obrobku, líši od smeru posuvu obrobku, nazýva sa to konvenčné frézovanie. Pri konvenčnom frézovaní smer sily vertikálnej frézovacej zložky zdvíha obrobok, čo spôsobí zväčšenie posuvnej vzdialenosti medzi zubami rezného nástroja a obrábaným povrchom a zvýšenie trenia. Toto relatívne veľké trenie spôsobí množstvo problémov, ako je zvýšenie opotrebenia rezného nástroja a zhoršenie javu spevnenia obrábaného povrchu. Spevnenie obrábaného povrchu zvýši tvrdosť povrchu, zníži húževnatosť materiálu a môže ovplyvniť presnosť a kvalitu povrchu následných obrábacích procesov.
Konvenčné frézovanie má však aj svoje výhody. Smer sily horizontálnej frézovacej zložky pri konvenčnom frézovaní je opačný ako smer posuvu obrobku. Táto vlastnosť pomáha skrutke a matici pevne dotiahnuť. V tomto prípade je pohyb pracovného stola relatívne stabilný. Pri frézovaní obrobkov s nerovnomernou tvrdosťou, ako sú odliatky a výkovky, kde sa na povrchu môžu vyskytovať tvrdé povrchové vrstvy a iné zložité situácie, môže stabilita konvenčného frézovania znížiť opotrebovanie zubov rezného nástroja. Pretože pri obrábaní takýchto obrobkov musí rezný nástroj odolávať relatívne veľkým rezným silám a zložitým rezným podmienkam. Ak je pohyb pracovného stola nestabilný, zhorší sa poškodenie rezného nástroja a konvenčné frézovanie môže túto situáciu do určitej miery zmierniť.
II. Podrobná analýza charakteristík súsledného frézovania a konvenčného frézovania na CNC frézkach
(A) Hĺbková analýza charakteristík súsledného frézovania
- Zmeny hrúbky rezu a procesu rezania
Počas súsledného frézovania sa hrúbka rezu každého zuba rezného nástroja postupne zvyšuje od malej po väčšiu. Keď sa zub rezného nástroja tesne dotkne obrobku, hrúbka rezu je nulová. To znamená, že zub rezného nástroja sa v počiatočnej fáze kĺže po reznej ploche, ktorú zanechal predchádzajúci zub rezného nástroja. Až keď sa zub rezného nástroja posunie o určitú vzdialenosť po tejto reznej ploche a hrúbka rezu dosiahne určitú hodnotu, zub rezného nástroja skutočne začne rezať. Tento spôsob zmeny hrúbky rezu sa výrazne líši od bežného frézovania. Za rovnakých podmienok rezania má tento jedinečný spôsob začiatku rezania významný vplyv na opotrebovanie rezného nástroja. Keďže zub rezného nástroja má pred začatím rezania proces kĺzania, náraz na reznú hranu rezného nástroja je relatívne malý, čo je prospešné pre ochranu rezného nástroja. - Dráha rezu a opotrebovanie nástroja
V porovnaní s konvenčným frézovaním je dráha, ktorú zuby rezného nástroja prechádzajú po obrobku pri súslednom frézovaní, kratšia. Je to preto, že metóda rezania súsledným frézovaním umožňuje priamejšiu kontaktnú dráhu medzi rezným nástrojom a obrobkom. Za takýchto okolností a za rovnakých rezných podmienok je opotrebenie rezného nástroja pri použití súsledného frézovania relatívne malé. Treba však poznamenať, že súsledné frézovanie nie je vhodné pre všetky obrobky. Keďže zuby rezného nástroja začínajú rezať zakaždým od povrchu obrobku, ak je na povrchu obrobku tvrdá vrstva, ako napríklad niektoré obrobky po odliatí alebo kovaní bez úpravy, súsledné frézovanie nie je vhodné. Pretože tvrdosť tvrdej vrstvy je relatívne vysoká, bude mať relatívne veľký vplyv na zuby rezného nástroja, urýchli opotrebovanie rezného nástroja a dokonca môže rezný nástroj poškodiť. - Deformácia rezania a spotreba energie
Priemerná hrúbka rezu pri súslednom frézovaní je veľká, čo spôsobuje relatívne malú deformáciu rezu. Malá deformácia rezu znamená, že rozloženie napätia a deformácie v materiáli obrobku počas procesu rezania je rovnomernejšie, čo znižuje problémy s obrábaním spôsobené lokálnou koncentráciou napätia. Zároveň je v porovnaní s konvenčným frézovaním spotreba energie pri súslednom frézovaní nižšia. Je to preto, že rozloženie reznej sily medzi rezným nástrojom a obrobkom pri súslednom frézovaní je rozumnejšie, čím sa znižujú zbytočné straty energie a zlepšuje sa účinnosť obrábania. Vo veľkovýrobných alebo obrábacích prostrediach s požiadavkami na spotrebu energie má táto vlastnosť súsledného frézovania dôležitý ekonomický význam.
(B) Hĺbková analýza charakteristík konvenčného frézovania
- Stabilita pohybu pracovného stola
Počas konvenčného frézovania, keďže smer horizontálnej reznej sily vyvíjanej frézou na obrobok je opačný ako smer posuvu obrobku, skrutka a matica pracovného stola dokážu vždy udržiavať jednu stranu závitu v tesnom kontakte. Táto vlastnosť zaisťuje relatívnu stabilitu pohybu pracovného stola. Počas procesu obrábania je stabilný pohyb pracovného stola jedným z kľúčových faktorov zabezpečujúcich presnosť obrábania. V porovnaní so súsledným frézovaním, pri súslednom frézovaní, keďže smer horizontálnej frézovacej sily je rovnaký ako smer posuvu obrobku, keď je sila vyvíjaná zubami rezného nástroja na obrobok relatívne veľká, v dôsledku existencie vôle medzi skrutkou a maticou pracovného stola sa pracovný stôl pohybuje hore a dole. Tento pohyb nielen narúša stabilitu procesu rezania, ovplyvňuje kvalitu obrábania obrobku, ale môže tiež vážne poškodiť rezný nástroj. Preto v niektorých scenároch obrábania s vysokými požiadavkami na presnosť obrábania a prísnymi požiadavkami na ochranu nástroja je výhoda stability konvenčného frézovania vhodnejšou voľbou. - Kvalita obrobeného povrchu
Počas konvenčného frézovania je trenie medzi zubami rezného nástroja a obrobkom relatívne veľké, čo je charakteristickým znakom konvenčného frézovania. Relatívne veľké trenie spôsobuje výraznejší jav spevnenia obrobeného povrchu. Spevnenie obrobeného povrchu zvyšuje tvrdosť povrchu, znižuje húževnatosť materiálu a môže ovplyvniť presnosť a kvalitu povrchu následných obrábacích procesov. Napríklad pri niektorých obrábaniach obrobkov, ktoré vyžadujú následné brúsenie alebo vysoko presnú montáž, môže za studena stvrdnutý povrch po konvenčnom frézovaní vyžadovať dodatočné procesy úpravy na odstránenie za studena stvrdnutej vrstvy a splnenie požiadaviek obrábania. V niektorých špecifických prípadoch, napríklad keď existuje určitá požiadavka na tvrdosť povrchu obrobku alebo následný obrábací proces nie je citlivý na za studena stvrdnutú povrchovú vrstvu, je však možné využiť aj túto vlastnosť konvenčného frézovania.
III. Stratégie výberu súsledného frézovania a konvenčného frézovania v reálnom obrábaní
Pri skutočnom obrábaní na CNC frézkach je potrebné pri výbere medzi súsledným alebo konvenčným frézovaním komplexne zvážiť viacero faktorov. V prvom rade je potrebné zvážiť materiálové vlastnosti obrobku. Ak je tvrdosť materiálu obrobku relatívne vysoká a na povrchu je tvrdý povrch, ako napríklad pri niektorých odliatkoch a výkovkoch, môže byť konvenčné frézovanie lepšou voľbou, pretože konvenčné frézovanie môže do určitej miery znížiť opotrebenie rezného nástroja a zabezpečiť stabilitu procesu obrábania. Ak je však tvrdosť materiálu obrobku rovnomerná a existujú vysoké požiadavky na kvalitu povrchu, ako napríklad pri obrábaní niektorých presných mechanických súčiastok, má súsledné frézovanie viacero výhod. Môže účinne znížiť drsnosť povrchu a zlepšiť kvalitu povrchu obrobku.
Pri skutočnom obrábaní na CNC frézkach je potrebné pri výbere medzi súsledným alebo konvenčným frézovaním komplexne zvážiť viacero faktorov. V prvom rade je potrebné zvážiť materiálové vlastnosti obrobku. Ak je tvrdosť materiálu obrobku relatívne vysoká a na povrchu je tvrdý povrch, ako napríklad pri niektorých odliatkoch a výkovkoch, môže byť konvenčné frézovanie lepšou voľbou, pretože konvenčné frézovanie môže do určitej miery znížiť opotrebenie rezného nástroja a zabezpečiť stabilitu procesu obrábania. Ak je však tvrdosť materiálu obrobku rovnomerná a existujú vysoké požiadavky na kvalitu povrchu, ako napríklad pri obrábaní niektorých presných mechanických súčiastok, má súsledné frézovanie viacero výhod. Môže účinne znížiť drsnosť povrchu a zlepšiť kvalitu povrchu obrobku.
Dôležitými faktormi sú aj tvar a veľkosť obrobku. Pri tenkých a dlhých obrobkoch pomáha súsledné frézovanie znižovať deformáciu obrobku počas obrábania, pretože vertikálna zložka sily pri súslednom frézovaní môže obrobok lepšie pritlačiť na pracovný stôl. Pri niektorých obrobkoch so zložitými tvarmi a veľkými rozmermi je potrebné komplexne zvážiť stabilitu pohybu pracovného stola a opotrebenie rezného nástroja. Ak je požiadavka na stabilitu pohybu pracovného stola počas obrábania relatívne vysoká, môže byť vhodnejšou voľbou konvenčné frézovanie; ak sa venuje väčšia pozornosť zníženiu opotrebenia rezného nástroja a zlepšeniu účinnosti obrábania a za podmienok, ktoré spĺňajú požiadavky na obrábanie, možno zvážiť súsledné frézovanie.
Okrem toho, mechanický výkon samotnej frézky ovplyvní aj výber medzi súsledným a konvenčným frézovaním. Ak je možné presne nastaviť vôľu medzi skrutkou a maticou frézky na relatívne malej hodnote, napríklad menšej ako 0,03 mm, potom je možné lepšie využiť výhody súsledného frézovania. Ak je však mechanická presnosť frézky obmedzená a problém s vôľou nie je možné účinne kontrolovať, môže byť konvenčné frézovanie bezpečnejšou voľbou, aby sa predišlo problémom s kvalitou obrábania a poškodeniu nástroja spôsobenému pohybom pracovného stola. Záverom možno povedať, že pri obrábaní na CNC frézke by sa mala vhodná metóda frézovania, či už súsledného alebo konvenčného, primerane zvoliť podľa špecifických požiadaviek na obrábanie a podmienok zariadenia, aby sa dosiahol najlepší výsledok obrábania.