I. Principy a ovlivňující faktory sousledného a konvenčního frézování na CNC frézkách
(A) Principy a související vlivy sousledného frézování
Sousledné frézování je specifickou metodou frézování během obrábění na CNC frézce. Pokud je směr otáčení součásti, kde se fréza dotýká obrobku, stejný jako směr posuvu obrobku, nazývá se to sousledné frézování. Tato metoda frézování úzce souvisí s mechanickými charakteristikami frézky, zejména s vůlí mezi maticí a šroubem. V případě sousledného frézování, protože se síla horizontální frézovací složky mění a mezi šroubem a maticí je vůle, způsobí to pohyb pracovního stolu a šroubu doleva a doprava. Tento periodický pohyb je důležitým problémem, kterému čelí sousledné frézování, a způsobuje extrémně nestabilní pohyb pracovního stolu. Poškození řezného nástroje způsobené tímto nestabilním pohybem je zřejmé a je snadné poškodit zuby řezného nástroje.
Sousledné frézování je specifickou metodou frézování během obrábění na CNC frézce. Pokud je směr otáčení součásti, kde se fréza dotýká obrobku, stejný jako směr posuvu obrobku, nazývá se to sousledné frézování. Tato metoda frézování úzce souvisí s mechanickými charakteristikami frézky, zejména s vůlí mezi maticí a šroubem. V případě sousledného frézování, protože se síla horizontální frézovací složky mění a mezi šroubem a maticí je vůle, způsobí to pohyb pracovního stolu a šroubu doleva a doprava. Tento periodický pohyb je důležitým problémem, kterému čelí sousledné frézování, a způsobuje extrémně nestabilní pohyb pracovního stolu. Poškození řezného nástroje způsobené tímto nestabilním pohybem je zřejmé a je snadné poškodit zuby řezného nástroje.
Sousledné frézování má však i své jedinečné výhody. Směr síly vertikální frézovací složky při sousledném frézování je přitlačovat obrobek k pracovnímu stolu. V tomto případě jsou kluzné a třecí jevy mezi zuby řezného nástroje a obrobeným povrchem relativně malé. To má pro proces obrábění velký význam. Zaprvé je výhodné snížit opotřebení zubů řezného nástroje. Snížení opotřebení zubů řezného nástroje znamená, že lze prodloužit životnost řezného nástroje, a tím snížit náklady na obrábění. Zadruhé, toto relativně malé tření může snížit jev zpevnění. Zpevnění zvýší tvrdost materiálu obrobku, což nevede k následným obráběcím procesům. Snížení zpevnění pomáhá zajistit kvalitu obrábění obrobku. Kromě toho může sousledné frézování také snížit drsnost povrchu, čímž se povrch obrobeného obrobku stane hladším, což je velmi výhodné pro obrábění obrobků s vysokými požadavky na kvalitu povrchu.
Je třeba poznamenat, že použití sousledného frézování má určitá podmíněná omezení. Pokud lze vůli mezi šroubem a maticí pracovního stolu nastavit na méně než 0,03 mm, lze lépe využít výhod sousledného frézování, protože v tomto okamžiku lze efektivně řídit problém s pohybem. Kromě toho je sousledné frézování lepší volbou i při frézování tenkých a dlouhých obrobků. Tenké a dlouhé obrobky vyžadují během procesu obrábění stabilnější podmínky obrábění. Vertikální složka síly sousledného frézování pomáhá upevnit obrobek a snížit problémy, jako je deformace během procesu obrábění.
(B) Principy a související vlivy konvenčního frézování
Konvenční frézování je opakem sousledného frézování. Pokud se směr otáčení součásti, kde se fréza dotýká obrobku, liší od směru posuvu obrobku, nazývá se to konvenční frézování. Při konvenčním frézování působí síla vertikální frézovací složky tak, že obrobek zvedá, což způsobí zvětšení kluzné vzdálenosti mezi zuby řezného nástroje a obrobeným povrchem a zvýšení tření. Toto relativně velké tření s sebou nese řadu problémů, jako je zvýšení opotřebení řezného nástroje a zhoršení zpevnění obrobeného povrchu. Zpevnění obrobeného povrchu zvýší tvrdost povrchu, sníží houževnatost materiálu a může ovlivnit přesnost a kvalitu povrchu následných obráběcích procesů.
Konvenční frézování je opakem sousledného frézování. Pokud se směr otáčení součásti, kde se fréza dotýká obrobku, liší od směru posuvu obrobku, nazývá se to konvenční frézování. Při konvenčním frézování působí síla vertikální frézovací složky tak, že obrobek zvedá, což způsobí zvětšení kluzné vzdálenosti mezi zuby řezného nástroje a obrobeným povrchem a zvýšení tření. Toto relativně velké tření s sebou nese řadu problémů, jako je zvýšení opotřebení řezného nástroje a zhoršení zpevnění obrobeného povrchu. Zpevnění obrobeného povrchu zvýší tvrdost povrchu, sníží houževnatost materiálu a může ovlivnit přesnost a kvalitu povrchu následných obráběcích procesů.
Konvenční frézování má však i své výhody. Směr síly horizontální frézovací složky při konvenčním frézování je opačný než směr posuvu obrobku. Tato vlastnost napomáhá pevnému utažení šroubu a matice. V tomto případě je pohyb pracovního stolu relativně stabilní. Při frézování obrobků s nerovnoměrnou tvrdostí, jako jsou odlitky a výkovky, kde se na povrchu mohou vyskytovat tvrdé povrchové vrstvy a v dalších složitých situacích, může stabilita konvenčního frézování snížit opotřebení zubů řezného nástroje. Protože při obrábění takových obrobků musí řezný nástroj odolávat relativně velkým řezným silám a složitým řezným podmínkám. Pokud je pohyb pracovního stolu nestabilní, zhorší se poškození řezného nástroje a konvenční frézování může tuto situaci do určité míry zmírnit.
II. Podrobná analýza charakteristik sousledného a konvenčního frézování na CNC frézkách
(A) Hloubková analýza charakteristik sousledného frézování
- Změny v tloušťce řezu a procesu řezání
Během sousledného frézování vykazuje tloušťka řezu každého zubu řezného nástroje postupný vzorec od malé k velké. Když se zub řezného nástroje těsně dotkne obrobku, je tloušťka řezu nulová. To znamená, že zub řezného nástroje v počáteční fázi klouže po řezné ploše, kterou zanechal předchozí zub řezného nástroje. Teprve když zub řezného nástroje posune určitou vzdálenost po této řezné ploše a tloušťka řezu dosáhne určité hodnoty, zub řezného nástroje skutečně začne řezat. Tento způsob změny tloušťky řezu se výrazně liší od běžného frézování. Za stejných řezných podmínek má tento jedinečný způsob zahájení řezání důležitý vliv na opotřebení řezného nástroje. Protože zub řezného nástroje před zahájením řezání prochází kluzným procesem, je náraz na břit řezného nástroje relativně malý, což je výhodné pro ochranu řezného nástroje. - Dráha řezu a opotřebení nástroje
Ve srovnání s konvenčním frézováním je dráha, kterou zuby řezného nástroje urazí po obrobku při sousledném frézování, kratší. Je to proto, že metoda řezání sousledným frézováním umožňuje přímější kontaktní dráhu mezi řezným nástrojem a obrobkem. Za takových okolností a za stejných řezných podmínek je opotřebení řezného nástroje při použití sousledného frézování relativně malé. Je však třeba poznamenat, že sousledné frézování není vhodné pro všechny obrobky. Protože zuby řezného nástroje začínají pokaždé řezat od povrchu obrobku, pokud je na povrchu obrobku tvrdá vrstva, jako například u některých obrobků po odlévání nebo kování bez úpravy, není sousledné frézování vhodné. Vzhledem k relativně vysoké tvrdosti tvrdé vrstvy bude mít relativně velký vliv na zuby řezného nástroje, urychlí opotřebení řezného nástroje a může dokonce řezný nástroj poškodit. - Deformace při řezání a spotřeba energie
Průměrná tloušťka řezu při sousledném frézování je velká, což činí řeznou deformaci relativně malou. Malá řezná deformace znamená, že rozložení napětí a deformace v materiálu obrobku během řezání je rovnoměrnější, což snižuje problémy s obráběním způsobené lokální koncentrací napětí. Zároveň je ve srovnání s konvenčním frézováním spotřeba energie při sousledném frézování menší. Je to proto, že rozložení řezné síly mezi řezným nástrojem a obrobkem při sousledném frézování je rozumnější, což snižuje zbytečné ztráty energie a zvyšuje účinnost obrábění. Ve velkovýrobních nebo obráběcích prostředích s požadavky na spotřebu energie má tato vlastnost sousledného frézování důležitý ekonomický význam.
(B) Hloubková analýza charakteristik konvenčního frézování
- Stabilita pohybu pracovního stolu
Během konvenčního frézování, protože směr horizontální řezné síly vyvíjené frézou na obrobek je opačný než směr posuvu obrobku, šroub a matice pracovního stolu mohou vždy udržovat jednu stranu závitu v těsném kontaktu. Tato vlastnost zajišťuje relativní stabilitu pohybu pracovního stolu. Během obrábění je stabilní pohyb pracovního stolu jedním z klíčových faktorů zajišťujících přesnost obrábění. Ve srovnání se sousledným frézováním je při sousledném frézování směr horizontální frézovací síly stejný jako směr posuvu obrobku. Pokud je síla vyvíjená zuby řezného nástroje na obrobek relativně velká, v důsledku existence vůle mezi šroubem a maticí pracovního stolu se pracovní stůl bude pohybovat nahoru a dolů. Tento pohyb nejen narušuje stabilitu řezného procesu, ovlivňuje kvalitu obrábění obrobku, ale může také vážně poškodit řezný nástroj. Proto v některých obráběcích scénářích s vysokými požadavky na přesnost obrábění a přísnými požadavky na ochranu nástroje je výhoda stability konvenčního frézování vhodnější volbou. - Kvalita obrobeného povrchu
Během konvenčního frézování je tření mezi zuby řezného nástroje a obrobkem relativně velké, což je charakteristickým znakem konvenčního frézování. Relativně velké tření způsobuje závažnější jev zpevnění obrobeného povrchu. Zpevnění obrobeného povrchu zvyšuje tvrdost povrchu, snižuje houževnatost materiálu a může ovlivnit přesnost a kvalitu povrchu následných obráběcích procesů. Například u některých obráběných obrobků, které vyžadují následné broušení nebo vysoce přesnou montáž, může za studena ztvrdlý povrch po konvenčním frézování vyžadovat další procesy úpravy k odstranění za studena ztvrdlé vrstvy a splnění požadavků na obrábění. V některých specifických případech, například když existuje určitý požadavek na tvrdost povrchu obrobku nebo následný obráběcí proces není citlivý na povrch za studena ztvrdlé vrstvy, lze tuto vlastnost konvenčního frézování také využít.
III. Strategie výběru sousledného a konvenčního frézování v reálném obrábění
Při skutečném obrábění na CNC frézkách je třeba při výběru sousledného nebo konvenčního frézování komplexně zvážit několik faktorů. Zaprvé je třeba zvážit materiálové vlastnosti obrobku. Pokud je tvrdost materiálu obrobku relativně vysoká a na povrchu je tvrdý povrch, jako například u některých odlitků a výkovků, může být konvenční frézování lepší volbou, protože konvenční frézování může do určité míry snížit opotřebení řezného nástroje a zajistit stabilitu obráběcího procesu. Pokud je však tvrdost materiálu obrobku rovnoměrná a existují vysoké požadavky na kvalitu povrchu, jako například při obrábění některých přesných mechanických součástí, má sousledné frézování více výhod. Může účinně snížit drsnost povrchu a zlepšit kvalitu povrchu obrobku.
Při skutečném obrábění na CNC frézkách je třeba při výběru sousledného nebo konvenčního frézování komplexně zvážit několik faktorů. Zaprvé je třeba zvážit materiálové vlastnosti obrobku. Pokud je tvrdost materiálu obrobku relativně vysoká a na povrchu je tvrdý povrch, jako například u některých odlitků a výkovků, může být konvenční frézování lepší volbou, protože konvenční frézování může do určité míry snížit opotřebení řezného nástroje a zajistit stabilitu obráběcího procesu. Pokud je však tvrdost materiálu obrobku rovnoměrná a existují vysoké požadavky na kvalitu povrchu, jako například při obrábění některých přesných mechanických součástí, má sousledné frézování více výhod. Může účinně snížit drsnost povrchu a zlepšit kvalitu povrchu obrobku.
Důležitými faktory jsou také tvar a velikost obrobku. U tenkých a dlouhých obrobků pomáhá sousledné frézování snížit deformaci obrobku během obrábění, protože svislá složka síly při sousledném frézování může obrobek lépe přitlačit k pracovnímu stolu. U některých obrobků se složitými tvary a velkými rozměry je nutné komplexně zvážit stabilitu pohybu pracovního stolu a opotřebení řezného nástroje. Pokud je požadavek na stabilitu pohybu pracovního stolu během obráběcího procesu relativně vysoký, může být vhodnější volbou konvenční frézování; pokud je věnována větší pozornost snížení opotřebení řezného nástroje a zlepšení účinnosti obrábění a za podmínek, které splňují požadavky na obrábění, lze zvážit sousledné frézování.
Kromě toho bude výběr sousledného a konvenčního frézování ovlivněn i mechanickým výkonem samotné frézky. Pokud lze vůli mezi šroubem a maticí frézky přesně nastavit na relativně malou hodnotu, například menší než 0,03 mm, pak lze lépe využít výhod sousledného frézování. Pokud je však mechanická přesnost frézky omezená a problém s vůlí nelze účinně kontrolovat, může být konvenční frézování bezpečnější volbou, aby se předešlo problémům s kvalitou obrábění a poškození nástroje způsobenému pohybem pracovního stolu. Závěrem lze říci, že při obrábění na CNC frézce by měla být vhodná metoda frézování, sousledné nebo konvenční frézování, přiměřeně zvolena podle specifických požadavků na obrábění a podmínek zařízení, aby se dosáhlo nejlepšího obráběcího efektu.