Na czym polega frezowanie?
W nadrzędnej grupie technologii produkcji frezowanie umieszcza się wśród procesów produkcji opartych na skrawaniu z określoną geometrycznie krawędzią tnącą. Oznacza to, że nie są znane żadne inne parametry oprócz wszystkich wymiarów i proporcji geometrycznych narzędzia. Z dalszej charakterystyki wynika, że w procesie frezowania tzw. ruch tnący wykonywany jest przez narzędzie, a przedmiot obrabiany wykonuje posuw. Ruch narzędzia względem przedmiotu obrabianego wynikający z dwóch zmiennych umożliwia usuwanie wiórów.
Kolejną charakterystyczną cechą frezowania jest to, że krawędzie tnące narzędzia do frezowania nie są obciążone w pełnym zakresie, ale każdemu obrotowi narzędzia towarzyszy co najmniej jedna przerwa działania krawędzi tnącej. Właściwy termin techniczny używany w tym odniesieniu to „cięcie przerywane”. Stałe „włączanie i wyłączanie się” oznacza, że krawędzie tnące muszą wytrzymywać ciągłe obciążenia cieplne i mechaniczne o zmiennym charakterze.
Obciążenia które musi odpowiednio absorbować ten dynamiczny układ przedmiotu obrabianego, narzędzia i obrabiarki są naprawdę ogromne i decydują o konkurencyjności rozwiązania. Ten dynamiczny trójkąt sił określa precyzję komponentów, jakość ich powierzchni oraz opłacalność procesu obróbki. To również ta fascynująca strona procesu obróbki, gdy wstępna odkuwka bez trudu zmienia swoje proste kształty na złożone kontury wykonywanej części, a chropowata powierzchnia zaczyna lśnić, niezależnie od tego, czy jest to miękki czy bardzo twardy materiał.
Proces frezowania
Proces frezowania jest bardzo zróżnicowany. Niemiecki Instytut Standaryzacji DIN wprowadził podział procesów frezowania ze względu na typ powierzchni elementu po obróbce, kinematykę procesu skrawania oraz profil narzędzia frezarskiego:
- Frezowanie czołowe: Frezowanie czołowe wykonywane jest z posuwem w linii prostej, a w wyniku obróbki uzyskuje się płaską powierzchnię. Rozróżniamy frezowanie czołowe oraz obwodowe frezowanie czołowe.
- Frezowanie śrubowe: Frezowanie śrubowe to proces, w którym na elemencie obrabianym wykonuje się powierzchnię spiralną przy posuwie spiralnym (np. gwinty i śruby cylindryczne).
- Frezowanie kół zębatych: Frezowanie kół zębatych jest jednym z najważniejszych procesów w produkcji przekładni. W tym procesie narzędzie o profilu referencyjnym wykonuje frezowanie obwiedniowe z jednoczesnym posuwem. Narzędzie i przedmiot obrabiany zachodzą na siebie w procesie skrawania w podobny sposób jak w odbywa się to w przekładni ślimakowej.
- Frezowanie profilowe: W frezowaniu profilowym wykorzystuje się narzędzie o kształcie dostosowanym do obrabianego elementu. Przy jego użyciu wykonywany jest prosty (posuw w linii prostej), obrotowo-symetryczny (posuw obrotowy) lub zakrzywiony profil w jednej płaszczyźnie (kontrolowany posuw).
- Frezowanie kształtowe: Frezowanie kształtowe to rodzaj obróbki, w której posuw jest kontrolowany w płaszczyźnie lub przestrzennie. W rezultacie uzyskuje się wymagany kształt przedmiotu obrabianego.
Oprócz tych podstawowych procesów, typ frezowania dzieli się na obróbkę konturową i obróbkę metodą wstępującą, w zależności od kierunku obrotu narzędzia i posuwu. W przypadku frezowania konturowego, kierunek obrotu frezu oraz ruchu przedmiotu obrabianego w obszarze roboczym narzędzia jest taki sam. Z kolei przy obróbce metodą wstępującą, kierunek obrotu frezu jest przeciwny do kierunku ruchu przedmiotu obrabianego w obszarze roboczym narzędzia.
Porównując bezpośrednio obie metody, grubość wiórów przy frezowaniu konturowym zmniejsza się stopniowo pomiędzy wejściem i wyjściem krawędzi tnącej. To zmniejsza siłę cięcia i ogranicza karbowanie powierzchni. Oprócz tego nie występują wibracje. Oznacza to, że frezowanie konturowe umożliwia na ogół lepsze wykończenie powierzchni. Z tego powodu proces ten jest częściej wykorzystywany w obróbce wykończeniowej.
Jako wadę tej metody można wskazać to, że krawędzie tnące frezu zagłębiają się w materiał na maksymalną grubość wiórów. W przypadku obróbki metodą wstępującą krawędzie tnące frezu wysuwają się z obrabianego materiału na maksymalną grubość wiórów. To powoduje ich zgniatanie i tarcie przy wyjściu, co przekłada się z kolei na bardziej intensywne zużycie narzędzia.
Na czym polega obróbka CNC?
To, że proces frezowania z wykorzystaniem wszelkiej możliwej kinematyki kształtuje i z pewnością będzie kształtował branżę produkcyjną wynika przede wszystkim z rozwoju technologii sterowania numerycznego (CNC). Technologia NC, a później CNC, już od połowy lat 50-tych XX wieku w coraz większym stopniu uniezależnia złożoność i wydajność procesów frezowania od ludzkich zdolności manualnych. Wieloosiowe frezowanie CNC umożliwiające obróbkę powierzchni o praktycznie dowolnych kształtach byłoby niemal niewyobrażalne bez „inteligentnego” wsparcia sterowania numerycznego. Technologia CNC stworzyła również szerokie możliwości automatyzacji procesu w elastycznych komórkach roboczych i umożliwiła połączenie systemów produkcji, co sprawiło, że przyjęła się w produkcji masowej, m.in. silników w branży motoryzacyjnej.