I. Kāpšanas frēzēšanas un parastās frēzēšanas principi un ietekmējošie faktori CNC frēzmašīnās
(A) Kāpšanas frēzēšanas principi un saistītā ietekme
CNC frēzmašīnas apstrādes procesā kāpšanas frēzēšana ir specifiska frēzēšanas metode. Kad detaļas, kurā frēze saskaras ar sagatavi, griešanās virziens sakrīt ar sagataves padeves virzienu, to sauc par kāpšanas frēzēšanu. Šī frēzēšanas metode ir cieši saistīta ar frēzmašīnas mehāniskajām konstrukcijas īpašībām, īpaši ar atstarpi starp uzgriezni un skrūvi. Kāpšanas frēzēšanas gadījumā, tā kā mainīsies horizontālās frēzēšanas komponentes spēks un starp skrūvi un uzgriezni būs atstarpe, tas izraisīs darba virsmas un skrūves kustību pa kreisi un pa labi. Šī periodiskā kustība ir svarīga problēma, ar ko saskaras kāpšanas frēzēšana, padarot darba virsmas kustību ārkārtīgi nestabilu. Šīs nestabilās kustības radītie griezējinstrumenta bojājumi ir acīmredzami, un griezējinstrumenta zobus ir viegli sabojāt.
CNC frēzmašīnas apstrādes procesā kāpšanas frēzēšana ir specifiska frēzēšanas metode. Kad detaļas, kurā frēze saskaras ar sagatavi, griešanās virziens sakrīt ar sagataves padeves virzienu, to sauc par kāpšanas frēzēšanu. Šī frēzēšanas metode ir cieši saistīta ar frēzmašīnas mehāniskajām konstrukcijas īpašībām, īpaši ar atstarpi starp uzgriezni un skrūvi. Kāpšanas frēzēšanas gadījumā, tā kā mainīsies horizontālās frēzēšanas komponentes spēks un starp skrūvi un uzgriezni būs atstarpe, tas izraisīs darba virsmas un skrūves kustību pa kreisi un pa labi. Šī periodiskā kustība ir svarīga problēma, ar ko saskaras kāpšanas frēzēšana, padarot darba virsmas kustību ārkārtīgi nestabilu. Šīs nestabilās kustības radītie griezējinstrumenta bojājumi ir acīmredzami, un griezējinstrumenta zobus ir viegli sabojāt.
Tomēr arī kāpienfrēzēšanai ir savas unikālas priekšrocības. Vertikālās frēzēšanas komponenta spēka virziens kāpienfrēzēšanas laikā ir paredzēts, lai piespiestu sagatavi pie darba galda. Šajā gadījumā slīdēšanas un berzes parādības starp griezējinstrumenta zobiem un apstrādājamo virsmu ir relatīvi nelielas. Tas ir ļoti svarīgi apstrādes procesam. Pirmkārt, ir izdevīgi samazināt griezējinstrumenta zobu nodilumu. Griezējinstrumenta zobu nodiluma samazināšana nozīmē, ka var pagarināt griezējinstrumenta kalpošanas laiku, samazinot apstrādes izmaksas. Otrkārt, šī relatīvi mazā berze var samazināt deformācijas sacietēšanas fenomenu. Deformācijas sacietēšana palielinās sagataves materiāla cietību, kas nelabvēlīgi ietekmē turpmākos apstrādes procesus. Deformācijas sacietēšanas samazināšana palīdz nodrošināt sagataves apstrādes kvalitāti. Turklāt kāpienfrēzēšana var arī samazināt virsmas raupjumu, padarot apstrādātās sagataves virsmu gludāku, kas ir ļoti izdevīgi sagatavju apstrādei ar augstām virsmas kvalitātes prasībām.
Jāatzīmē, ka kāpienfrēzēšanas pielietošanai ir zināmi nosacīti ierobežojumi. Ja atstarpi starp skrūvi un darba galda uzgriezni var noregulēt līdz mazāk nekā 0,03 mm, kāpienfrēzēšanas priekšrocības var labāk izmantot, jo šajā laikā var efektīvi kontrolēt kustības problēmu. Turklāt, frēzējot plānas un garas sagataves, kāpienfrēzēšana ir arī labāka izvēle. Plānām un garām sagatavēm apstrādes procesā nepieciešami stabilāki apstrādes apstākļi. Kāpienfrēzēšanas vertikālais komponentspēks palīdz nostiprināt sagatavi un samazina tādas problēmas kā deformācija apstrādes procesā.
(B) Tradicionālās frēzēšanas principi un saistītā ietekme
Parastā frēzēšana ir pretēja kāpienfrēzēšanai. Kad detaļas, kurā frēze saskaras ar sagatavi, griešanās virziens atšķiras no sagataves padeves virziena, to sauc par parasto frēzēšanu. Parastās frēzēšanas laikā vertikālā frēzēšanas komponenta spēka virziens ir vērsts uz sagataves pacelšanu, kas palielinās slīdēšanas attālumu starp griezējinstrumenta zobiem un apstrādājamo virsmu un berzi. Šī relatīvi lielā berze radīs virkni problēmu, piemēram, palielinās griezējinstrumenta nodilums un pasliktinās apstrādājamās virsmas deformācijas sacietēšanas fenomenu. Apstrādājamās virsmas deformācijas sacietēšana palielinās virsmas cietību, samazinās materiāla izturību un var ietekmēt turpmāko apstrādes procesu precizitāti un virsmas kvalitāti.
Parastā frēzēšana ir pretēja kāpienfrēzēšanai. Kad detaļas, kurā frēze saskaras ar sagatavi, griešanās virziens atšķiras no sagataves padeves virziena, to sauc par parasto frēzēšanu. Parastās frēzēšanas laikā vertikālā frēzēšanas komponenta spēka virziens ir vērsts uz sagataves pacelšanu, kas palielinās slīdēšanas attālumu starp griezējinstrumenta zobiem un apstrādājamo virsmu un berzi. Šī relatīvi lielā berze radīs virkni problēmu, piemēram, palielinās griezējinstrumenta nodilums un pasliktinās apstrādājamās virsmas deformācijas sacietēšanas fenomenu. Apstrādājamās virsmas deformācijas sacietēšana palielinās virsmas cietību, samazinās materiāla izturību un var ietekmēt turpmāko apstrādes procesu precizitāti un virsmas kvalitāti.
Tomēr arī parastajai frēzēšanai ir savas priekšrocības. Horizontālās frēzēšanas komponenta spēka virziens parastās frēzēšanas laikā ir pretējs sagataves padeves kustības virzienam. Šī īpašība palīdz cieši savienot skrūvi un uzgriezni. Šajā gadījumā darbagalda kustība ir relatīvi stabila. Frēzējot sagataves ar nevienmērīgu cietību, piemēram, lējumus un kalumus, kur uz virsmas var būt cieta kārtiņa un citās sarežģītās situācijās, parastās frēzēšanas stabilitāte var samazināt griezējinstrumenta zobu nodilumu. Jo, apstrādājot šādas sagataves, griezējinstrumentam ir jāiztur relatīvi lieli griešanas spēki un sarežģīti griešanas apstākļi. Ja darbagalda kustība ir nestabila, tas saasinās griezējinstrumenta bojājumus, un parastā frēzēšana var zināmā mērā atvieglot šo situāciju.
II. Kāpšanas frēzēšanas un parastās frēzēšanas raksturlielumu detalizēta analīze CNC frēzmašīnās
(A) Kāpšanas frēzēšanas raksturlielumu padziļināta analīze
- Griešanas biezuma un griešanas procesa izmaiņas
Kāpšanas frēzēšanas laikā katra griezējinstrumenta zoba griešanas biezums pakāpeniski palielinās no maza līdz lielam. Kad griezējinstrumenta zobs tikko pieskaras sagatavei, griešanas biezums ir nulle. Tas nozīmē, ka griezējinstrumenta zobs slīd pa griešanas virsmu, ko sākotnējā posmā atstājis iepriekšējais griezējinstrumenta zobs. Tikai tad, kad griezējinstrumenta zobs slīd noteiktu attālumu pa šo griešanas virsmu un griešanas biezums sasniedz noteiktu vērtību, griezējinstrumenta zobs patiešām sāk griezt. Šī griešanas biezuma maiņas metode ievērojami atšķiras no parastās frēzēšanas metodes. Vienādos griešanas apstākļos šī unikālā griešanas sākuma metode būtiski ietekmē griezējinstrumenta nodilumu. Tā kā griezējinstrumenta zobs pirms griešanas sākšanas slīd, ietekme uz griezējinstrumenta griezējmalu ir relatīvi neliela, kas ir noderīgi griezējinstrumenta aizsardzībai. - Griešanas ceļš un instrumentu nodilums
Salīdzinot ar parasto frēzēšanu, griezējinstrumenta zobu ceļš pa sagatavi kāpelēšanas frēzēšanas laikā ir īsāks. Tas ir tāpēc, ka kāpelēšanas frēzēšanas griešanas metode padara griezējinstrumenta un sagataves saskares ceļu tiešāku. Šādos apstākļos, vienādos griešanas apstākļos, griezējinstrumenta nodilums, izmantojot kāpelēšanas frēzēšanu, ir relatīvi neliels. Tomēr jāatzīmē, ka kāpelēšanas frēzēšana nav piemērota visām sagatavēm. Tā kā griezējinstrumenta zobi katru reizi sāk griezt no sagataves virsmas, ja uz sagataves virsmas ir cieta ādiņa, piemēram, dažām sagatavēm pēc liešanas vai kalšanas bez apstrādes, kāpelēšanas frēzēšana nav piemērota. Tā kā cietās ādiņas cietība ir relatīvi augsta, tai būs relatīvi liela ietekme uz griezējinstrumenta zobiem, paātrināsies griezējinstrumenta nodilums un pat var tikt bojāts griezējinstruments. - Griešanas deformācija un enerģijas patēriņš
Vidējais griešanas biezums kāpiena frēzēšanas laikā ir liels, kas padara griešanas deformāciju relatīvi mazu. Maza griešanas deformācija nozīmē, ka sagataves materiāla sprieguma un deformācijas sadalījums griešanas procesa laikā ir vienmērīgāks, samazinot lokālās sprieguma koncentrācijas radītās apstrādes problēmas. Vienlaikus, salīdzinot ar parasto frēzēšanu, kāpiena frēzēšanas enerģijas patēriņš ir mazāks. Tas ir tāpēc, ka griešanas spēka sadalījums starp griezējinstrumentu un sagatavi kāpiena frēzēšanas laikā ir saprātīgāks, samazinot nevajadzīgos enerģijas zudumus un uzlabojot apstrādes efektivitāti. Liela mēroga ražošanas vai apstrādes vidē ar enerģijas patēriņa prasībām šai kāpiena frēzēšanas īpašībai ir svarīga ekonomiskā nozīme.
(B) Tradicionālās frēzēšanas raksturlielumu padziļināta analīze
- Darbagalda kustības stabilitāte
Tradicionālās frēzēšanas laikā, tā kā frēzes radītā horizontālā griešanas spēka virziens uz sagatavi ir pretējs sagataves padeves kustības virzienam, skrūve un darba galda uzgrieznis vienmēr var noturēt vienu vītnes pusi ciešā kontaktā. Šī īpašība nodrošina darba galda kustības relatīvo stabilitāti. Apstrādes procesa laikā stabila darba galda kustība ir viens no galvenajiem faktoriem, kas nodrošina apstrādes precizitāti. Salīdzinot ar kāpiena frēzēšanu, kāpiena frēzēšanas laikā, tā kā horizontālā frēzēšanas spēka virziens ir tāds pats kā sagataves padeves kustības virziens, kad griezējinstrumenta zobu radītais spēks uz sagatavi ir relatīvi liels, pateicoties atstarpei starp skrūvi un darba galda uzgriezni, darba galds kustēsies uz augšu un uz leju. Šī kustība ne tikai traucē griešanas procesa stabilitāti, ietekmē sagataves apstrādes kvalitāti, bet arī var nopietni sabojāt griezējinstrumentu. Tāpēc dažos apstrādes scenārijos ar augstām prasībām attiecībā uz apstrādes precizitāti un stingrām instrumentu aizsardzības prasībām tradicionālās frēzēšanas stabilitātes priekšrocība padara to par piemērotāku izvēli. - Apstrādātās virsmas kvalitāte
Parastās frēzēšanas laikā griezējinstrumenta zobu un sagataves berze ir relatīvi liela, kas ir raksturīga parastās frēzēšanas īpašība. Relatīvi lielā berze ievērojami pastiprinās apstrādātās virsmas deformācijas sacietēšanas fenomenu. Apstrādātās virsmas deformācijas sacietēšana palielinās virsmas cietību, samazinās materiāla izturību un var ietekmēt turpmāko apstrādes procesu precizitāti un virsmas kvalitāti. Piemēram, dažu sagatavju apstrādē, kurām nepieciešama sekojoša slīpēšana vai augstas precizitātes montāža, aukstās cietības slānim pēc parastās frēzēšanas var būt nepieciešami papildu apstrādes procesi, lai noņemtu aukstās cietības slāni un atbilstu apstrādes prasībām. Tomēr dažos īpašos gadījumos, piemēram, ja ir noteiktas prasības sagataves virsmas cietībai vai turpmākais apstrādes process nav jutīgs pret virsmas aukstās cietības slāni, var izmantot arī šo parastās frēzēšanas īpašību.
III. Kāpšanas frēzēšanas un parastās frēzēšanas izvēles stratēģijas faktiskajā apstrādē
Faktiskajā CNC frēzēšanas iekārtu apstrādē, izvēloties starp kāpšanas vai parasto frēzēšanu, ir jāņem vērā vairāki faktori. Pirmkārt, jāņem vērā sagataves materiāla īpašības. Ja sagataves materiāla cietība ir relatīvi augsta un uz virsmas ir cieta plēve, piemēram, dažiem lējumiem un kalumiem, parastā frēzēšana var būt labāka izvēle, jo parastā frēzēšana var zināmā mērā samazināt griezējinstrumenta nodilumu un nodrošināt apstrādes procesa stabilitāti. Tomēr, ja sagataves materiāla cietība ir vienmērīga un ir augstas prasības attiecībā uz virsmas kvalitāti, piemēram, dažu precīzijas mehānisko detaļu apstrādē, kāpšanas frēzēšanai ir vairāk priekšrocību. Tā var efektīvi samazināt virsmas raupjumu un uzlabot sagataves virsmas kvalitāti.
Faktiskajā CNC frēzēšanas iekārtu apstrādē, izvēloties starp kāpšanas vai parasto frēzēšanu, ir jāņem vērā vairāki faktori. Pirmkārt, jāņem vērā sagataves materiāla īpašības. Ja sagataves materiāla cietība ir relatīvi augsta un uz virsmas ir cieta plēve, piemēram, dažiem lējumiem un kalumiem, parastā frēzēšana var būt labāka izvēle, jo parastā frēzēšana var zināmā mērā samazināt griezējinstrumenta nodilumu un nodrošināt apstrādes procesa stabilitāti. Tomēr, ja sagataves materiāla cietība ir vienmērīga un ir augstas prasības attiecībā uz virsmas kvalitāti, piemēram, dažu precīzijas mehānisko detaļu apstrādē, kāpšanas frēzēšanai ir vairāk priekšrocību. Tā var efektīvi samazināt virsmas raupjumu un uzlabot sagataves virsmas kvalitāti.
Svarīgi apsvērumi ir arī sagataves forma un izmērs. Plānām un garām sagatavēm kāpiena frēzēšana palīdz samazināt sagataves deformāciju apstrādes procesā, jo kāpiena frēzēšanas vertikālais komponentes spēks var labāk piespiest sagatavi pie darba galda. Dažām sagatavēm ar sarežģītu formu un lieliem izmēriem ir visaptveroši jāņem vērā darba galda kustības stabilitāte un griezējinstrumenta nodilums. Ja prasība pēc darba galda kustības stabilitātes apstrādes procesā ir relatīvi augsta, piemērotāka izvēle var būt parastā frēzēšana; ja lielāka uzmanība tiek pievērsta griezējinstrumenta nodiluma samazināšanai un apstrādes efektivitātes uzlabošanai, un apstākļos, kas atbilst apstrādes prasībām, var apsvērt kāpiena frēzēšanu.
Turklāt frēzmašīnas mehāniskās īpašības ietekmēs arī kāpšanas frēzēšanas un parastās frēzēšanas izvēli. Ja atstarpi starp skrūvi un frēzmašīnas uzgriezni var precīzi noregulēt līdz relatīvi nelielai vērtībai, piemēram, mazākai par 0,03 mm, tad kāpšanas frēzēšanas priekšrocības var labāk izmantot. Tomēr, ja frēzmašīnas mehāniskā precizitāte ir ierobežota un atstarpes problēmu nevar efektīvi kontrolēt, parastā frēzēšana var būt drošāka izvēle, lai izvairītos no apstrādes kvalitātes problēmām un instrumentu bojājumiem, ko izraisa darbagalda kustība. Noslēgumā jāsecina, ka CNC frēzmašīnās atbilstoša kāpšanas frēzēšanas vai parastās frēzēšanas metode ir jāizvēlas atbilstoši konkrētajām apstrādes prasībām un aprīkojuma apstākļiem, lai sasniegtu vislabāko apstrādes efektu.