Если конструкция детали включает наклонные поверхности, фаски или переходы, не совмещенные с главными осями, угловое фрезерование становится практичным способом их обработки за один установ. Четкое понимание того, как устанавливается угол резания за счет ориентации инструмента, наклона заготовки или специальных фрез, напрямую влияет на повышение точности и уменьшение количества повторных зажимов. В приведенных ниже разделах дается определение углового фрезерования, рассматриваются основные варианты его применения и распространенные конфигурации процесса.
Что такое угловая фрезеровка?
Фрезерование под углом - это процесс обработки определенных геометрических элементов на заготовке путем изменения относительного угла между центральной линией вращения режущего инструмента и поверхностью заготовки. В ходе процесса кромка инструмента перемещается в векторном направлении, которое неперпендикулярно или непараллельно заготовке. В зависимости от требований это достигается изменением угла установки заготовки, наклоном шпиндельной бабки станка или использованием угловых фрез с конической геометрией.
Каково назначение углового фрезерования?
В машиностроении угловое фрезерование используется для достижения определенных механических функций и обеспечения правильной сборки. Его основные цели включают:
-
Точная подгонка и плавное движение: Он необходим для создания направляющих поверхностей, таких как пазы типа "ласточкин хвост" на направляющих станков. Эти угловые элементы позволяют подвижным деталям точно скользить и сохранять устойчивость во время работы.
-
Повышение долговечности конструкций: Острые углы под прямым углом подвержены концентрации напряжений, что может привести к образованию трещин. Фрезеруя фаски (скошенные края), мы устраняем эти слабые места, снижая риск усталостного разрушения и продлевая срок службы детали.
-
Специализированное производство инструментов: Многие вращающиеся инструменты, такие как развертки и пазовые сверла, требуют сложных спиральных канавок и углов резания. Угловое фрезерование - основной процесс, используемый для создания таких точных геометрических форм инструмента.
-
Обеспечение плавного высвобождения формы: При изготовлении пресс-формы в стенках полости фрезеруется небольшой угол, называемый "углом вытяжки". Это уменьшает трение в процессе литья, обеспечивая легкое извлечение деталей без застревания или повреждения.
Успешное фрезерование углов требует структурированного рабочего процесса для обеспечения геометрической точности. Процесс обычно состоит из следующих основных этапов:
Стратегия процесса
Сначала необходимо проанализировать чертеж детали, чтобы определить местоположение углового элемента относительно проектной точки отсчета. Техники должны решить, что лучше: наклонить заготовку, наклонить фрезерную головку или использовать предварительно изготовленную угловую фрезу. Это решение очень важно, поскольку оно влияет на конструкцию приспособления и управление силами резания.
Настройка заготовки
Надежно закрепите деталь в тисках или специализированном приспособлении. Если стратегия предусматривает наклон детали, вам понадобятся вспомогательные инструменты, такие как угловые плиты, синусные столы или универсальные наклонные тиски. Очень важно содержать все опорные поверхности в чистоте, так как даже мелкий мусор может вызвать значительные угловые погрешности.
Выравнивание и калибровка
Точность зависит от тщательной калибровки. Операторы обычно используют циферблатный индикатор для измерения вдоль предполагаемой траектории обработки. При высоких требованиях к точности для позиционирования на микронном уровне используются синусоидальная линейка и калибровочные блоки. Если вы наклоняете шпиндельную бабку станка, убедитесь, что корпус плотно зафиксирован, и проверьте его устойчивость перед началом работы.
Конфигурация параметров
Выполните настройку инструмента, чтобы синхронизировать его с системой координат заготовки, обеспечив точный ввод смещений по радиусу и длине. Установите скорость резания и подачу в зависимости от материала. Поскольку при угловом фрезеровании возникает боковое давление (боковые силы), оптимизируйте подачу на зуб, чтобы предотвратить изгиб или отталкивание инструмента от детали.
Обработка и управление
Чтобы предотвратить деформацию детали под давлением, лучше всего использовать многослойную обработку. Начните с черновой обработки, чтобы удалить большую часть материала. Перед окончательной обработкой повторно проверьте угол - это поможет компенсировать любые незначительные смещения, вызванные снятием внутреннего напряжения материала.
Оценка качества
Прежде чем снять деталь со станка, проверьте размеры с помощью универсального транспортира, точных измерительных приборов или датчика на станке. Гораздо проще внести коррективы сейчас, чем после выгрузки детали. Снимайте деталь только после того, как угол и положение будут полностью подтверждены.
Типы угловых фрез
Угловые фрезы - это вращающиеся инструменты, специально разработанные для обработки угловых элементов, с режущими кромками, расположенными на конических или наклонных боковых поверхностях.
Одноугловые фрезы
Режущие кромки одноугловой фрезы расположены на одной наклонной боковой поверхности, а ее поперечное сечение обычно представляет собой прямоугольный треугольник. Поскольку сила резания распределяется в одном направлении, этот инструмент обеспечивает хорошую боковую устойчивость при обработке односторонних откосов или боковин типа "ласточкин хвост". Стандартные углы составляют 30°, 45° и 60°.
Двойные угловые фрезы
Двойные угловые фрезы имеют режущие кромки на двух наклонных боковых поверхностях, которые сходятся в одной точке на окружности, образуя V-образный профиль. Преимущество такой конструкции заключается в том, что за один проход можно обрабатывать две наклонные поверхности одновременно, обеспечивая симметрию и согласованность положения. Они обычно используются для изготовления V-образных направляющих и профилей резьбы.
Подходящие материалы для угловой фрезеровки
Угловое фрезерование применимо к большинству металлов и неметаллов, используемых в промышленном производстве. Свойства материала диктуют конфигурацию параметров процесса:
- Черные металлы: Включая углеродистую сталь, легированную сталь и нержавеющую сталь. Эти материалы требуют больших усилий и тепла при резке, поэтому особое внимание следует уделять химическому составу и расходу СОЖ.
- Цветные металлы: Такие как алюминий, медь и их сплавы. Они обеспечивают высокую эффективность обработки, но следует выбирать антиадгезионные покрытия инструмента, чтобы предотвратить накопление материала, влияющее на точность углов.
- Чугун: Благодаря своим отличным виброгасящим характеристикам часто используется для направляющих станин станков. Для обработки хрупкой стружки необходимы специализированные системы удаления стружки.
- Высокоэффективные материалы: Включает титановые сплавы, суперсплавы и композиты. Часто встречаются в аэрокосмической отрасли и требуют высокой твердости и износостойкости инструмента.
Преимущества угловой фрезеровки
По сравнению с традиционной послойно-аппроксимационной обработкой угловое фрезерование дает значительные технические преимущества при обработке неортогональных поверхностей:
- Расширенная гибкость обработки: Позволяет стандартным трехкоординатным станкам обрабатывать сложные наклонные детали, снижая потребность в дорогостоящем пятикоординатном оборудовании.
- Постоянная чистота поверхности: Режим однопроходного резания позволяет избежать "эффекта лестницы", возникающего при ступенчатом сканировании торцевой фрезой с шаровидным носом, что приводит к более ровной и однородной текстуре поверхности.
- Оптимизация эффективности производства: Специализированные фасонные инструменты или одноразовые технологические настройки значительно сокращают время перемещения без резания и сложность программирования.
- Контролируемая точность размеров: При условии достаточной жесткости системы обеспечивается высокая угловая повторяемость, что благоприятно сказывается на контроле допусков в массовом производстве.
Ограничения углового фрезерования
На практике этот процесс ограничен физической жесткостью и экономическими затратами:
- Высокое время настройки и калибровки: Выравнивание углов и точное позиционирование занимают относительно много времени и требуют высокой квалификации в области прецизионной метрологии.
- Проблемы с жесткостью: Неортогональное крепление или слишком длинные шпиндельные головки могут значительно снизить динамическую жесткость технологической системы, вызывая вибрации или "дребезг".
- Сложные векторы силы резания: Большие компоненты боковой силы, возникающие при обработке, могут вызвать небольшое смещение или наклон заготовки, если сила зажима недостаточна.
- Управление запасами инструментов: Из-за широкого разнообразия требуемых углов компаниям приходится поддерживать большой запас фрез, а нестандартные углы часто связаны с высокими затратами на закупку.
Приложения и тематические исследования
Угловое фрезерование широко используется в отраслях, где требуется точность сборки и особые механические характеристики.
- Производство станков: Фрезерование V-образных направляющих и пазов типа "ласточкин хвост" на станинах и столах станков является одним из основных этапов обеспечения точности перемещения.
- Изготовление пресс-форм: Обработка наклонных дорожек штифтов, сопрягаемых поверхностей ползунов и критических угловых полостей в литьевых формах и формах для литья под давлением.
- Аэрокосмическая промышленность: Обработка угловых ребер жесткости, кронштейнов и интерфейсов кожи со специфическими аэродинамическими характеристиками на элементах конструкции самолета.
- Силовое оборудование: Используется для обработки угловых седел клапанов в двигателях внутреннего сгорания, уплотнительных поверхностей гидравлических конусных клапанов и угловых отверстий для деталей насосов.
Лучшие методы углового фрезерования
Чтобы обеспечить точность обработки и продлить срок службы инструмента, необходимо соблюдать следующие технические рекомендации:
- Максимальная жесткость системы: Сократите длину выдвижения инструментов и приспособлений и обеспечьте, чтобы сила резания действовала как можно ближе к точке опоры, чтобы подавить боковой изгиб.
- Статическое и динамическое выравнивание: Проведите повторную проверку с помощью циферблатного индикатора по всей длине хода, чтобы убедиться, что наклон заготовки находится в пределах допуска.
- Оптимизация стратегии фрезерования: Используйте фрезерование с подъемом, если установка устойчива, чтобы улучшить качество поверхности; используйте обычное фрезерование, если жесткость низкая, чтобы уменьшить удар.
- Высокоэффективная жидкостная смазка: Убедитесь, что охлаждающая жидкость направлена точно в зону резания, чтобы уменьшить нагрев и смыть стружку для предотвращения вторичного резания.
Угловое фрезерование по сравнению с традиционным фрезерованием
Традиционное фрезерование сосредоточено на линейном резании в ортогональной системе координат, характеризуется стандартными настройками и отличной жесткостью. В отличие от этого, при угловом фрезеровании вводятся неортогональные переменные, что позволяет получить сложные пространственные элементы за счет геометрического смещения на устойчивой механической платформе. Это требует от техников сильных навыков тригонометрических расчетов и глубокого понимания разложения вектора силы резания, чтобы сбалансировать гибкость и точность обработки.
Заключение
Угловое фрезерование - важнейшая специализированная технология в современной обработке, обеспечивающая эффективные и точные решения для изготовления сложных геометрических поверхностей. Несмотря на технические сложности, связанные с настройкой и контролем жесткости, технико-экономические преимущества обработки функциональных поверхностей делают его краеугольным камнем в цепочке прецизионного производства. Глубокое освоение этого процесса является основополагающим для достижения высокого качества изготовления деталей и оптимизации сборочных операций.
Запросите комплексное техническое предложение и руководство по настройке инструмента для высокоточного углового фрезерования. Предоставьте чертежи заготовок получение индивидуальных рекомендаций по параметрам резания для труднообрабатываемых материалов
