Грубое фрезерование против чистового фрезерования: ключевые различия и методы

В мире станков с ЧПУ путь от необработанного металлического блока до прецизионного компонента редко бывает одноэтапным процессом. Эффективность и качество часто противоречат друг другу: чем быстрее вы удаляете материал, тем хуже становится качество поверхности. Чтобы разрешить этот конфликт, механики делят процесс фрезерования на два отдельных этапа: грубое фрезерование и чистовое фрезерование. Понимание фундаментальных различий между этими двумя операциями необходимо для оптимизации времени цикла, продления срока службы инструмента и обеспечения соответствия каждой детали требуемым спецификациям.

Основополагающая роль грубого фрезерования

Грубое фрезерование, часто называемое просто «черновой обработкой», является этапом тяжелой работы в цикле обработки. Его основная задача — удалить максимальное количество материала за минимальное время. Когда механик начинает с «заготовки» — необработанной заготовки материала — черновая обработка используется для «вырезания» основной части отходов, приближая заготовку к ее окончательной форме.

На этом этапе основное внимание уделяется скорости удаления материала (MRR), а не эстетике или экстремальной точности. Черновые операции обычно используют большую глубину резания и высокую скорость подачи. Поскольку инструмент испытывает значительное напряжение, черновая обработка создает значительное тепло и вибрацию. Вот почему черновые инструменты отличаются от своих чистовых аналогов. Черновые концевые фрезы часто имеют профиль «кукурузного початка» или волнистый профиль зуба. Эта конструкция разбивает стружку на более мелкие части, что снижает усилия резания и позволяет более агрессивно удалять материал, не ломая инструмент.

Искусство прецизионного чистового фрезерования

После того, как этап черновой обработки вырезал общую геометрию детали, начинается чистовое фрезерование. Чистовая обработка — это заключительный этап обработки, предназначенный для достижения точных размеров, жестких допусков и гладкой текстуры поверхности, указанных в инженерных чертежах. В отличие от черновой обработки, которая оставляет после себя «зубчатую» или ступенчатую поверхность, чистовая обработка нацелена на «зеркальную» или высококачественную Ra (средняя шероховатость).

При чистовом фрезеровании глубина резания значительно уменьшается — часто всего на несколько тысячных долей дюйма. Скорость подачи снижается, а скорость вращения шпинделя часто увеличивается. Эта комбинация минимизирует отклонение инструмента и уменьшает тепло, передаваемое детали, предотвращая тепловое расширение, которое может сбить измерения. Чистовые инструменты обычно имеют больше канавок, чем черновые инструменты — часто четыре-шесть или более — для обеспечения более плавного контакта с материалом и более тонкой обработки.

Ключевые различия между черновой и чистовой обработкой

Различие между этими двумя процессами можно обобщить с помощью нескольких критических параметров:

1. Скорость удаления материала и эффективностьЧерновая обработка — это скорость и объем. Это этап, на котором действительно проверяется мощность станка. Чистовая обработка, наоборот, удаляет очень мало материала; ее «эффективность» измеряется тем, насколько точно она попадает в целевой размер, а не тем, сколько кубических дюймов металла она может превратить в стружку в минуту.

2. Параметры резания«Рецепт» для каждого процесса прямо противоположен. Черновая обработка использует большую глубину резания (DOC) и высокую подачу на зуб (FPT). Чистовая обработка использует небольшую DOC и более низкую скорость подачи, чтобы инструмент не «терся» о материал, а чисто его срезал.

3. Геометрия инструментаЧерновые инструменты созданы для прочности. Они часто имеют более толстые сердечники и специальные покрытия, чтобы противостоять абразивной природе тяжелых резов. Чистовые инструменты созданы для остроты. Их края отточены до острой точки, чтобы разрезать материал, что уменьшает «заусенец», остающийся на краю детали.

4. Точность и качество поверхностиДеталь, обработанная черновой обработкой, обычно имеет шероховатость поверхности от Ra 3,2 до 6,3 микрометра, которая на ощупь кажется грубой. Деталь, обработанная чистовой обработкой, может легко достигать Ra 0,8 микрометра или лучше, выглядя гладкой и отражающей. Кроме того, в то время как черновая обработка может оставить 0,5 мм «припуска» на детали, чистовая обработка доводит эту деталь до микрон от ее предполагаемого размера.

Лучшие практики для черновой обработки

Чтобы максимизировать эффективность чернового прохода, механики должны сосредоточиться на стабильности и удалении стружки. Поскольку усилия очень велики, заготовка должна быть надежно закреплена на станине станка. Любое движение во время черновой резки может привести к поломке инструмента или «выемке» детали.

Одна современная техника — «Высокоэффективное фрезерование» (HEM). Вместо того, чтобы делать глубокий радиальный рез (ширина), HEM использует большую осевую глубину резания (длина инструмента) с очень небольшим радиальным зацеплением. Это распределяет износ по всей длине канавки, а не только по кончику, значительно продлевая срок службы инструмента, сохраняя при этом высокую MRR. Кроме того, использование жидкостного охлаждения жизненно важно во время черновой обработки, чтобы смыть огромный объем стружки и не допустить их «повторной резки», что является основной причиной преждевременного выхода инструмента из строя.

Лучшие практики для чистового фрезерования

Чистовая обработка требует другого мышления — сосредоточенного на изяществе. Одна из самых важных практик при чистовой обработке — «Встречное фрезерование». При встречном фрезеровании инструмент вращается вместе с подачей, что создает стружку, которая начинается толстой и становится тоньше. Это создает меньше тепла и гораздо более чистую обработку поверхности по сравнению с «Обычным фрезерованием».

Еще одним критическим фактором является «биение» инструмента. Даже небольшое колебание в держателе инструмента может вызвать неровные следы на обработанной поверхности. Для чистовых проходов рекомендуется использовать высокоточные гидравлические или термоусадочные держатели инструмента, чтобы инструмент вращался идеально по центру. Наконец, механики должны учитывать «отклонение инструмента». Даже самые прочные стальные инструменты слегка изгибаются под давлением. Чтобы противодействовать этому, обычно выполняют «пружинный проход» — второй чистовой проход по тому же размеру — чтобы очистить любой материал, оставленный инструментом, изгибающимся во время первого прохода.

Заключение

Грубое фрезерование и чистовое фрезерование — две половины целого. Попытка пропустить этап черновой обработки обычно приводит к поломке инструментов и пустой трате времени, в то время как пренебрежение этапом чистовой обработки приводит к деталям, которые не проходят проверку. Применяя агрессивные стратегии большого объема к черновой обработке и точные, тщательные методы к чистовой обработке, производители могут эффективно и экономически выгодно производить высококачественные детали.