I. Prinsipper og påvirkningsfaktorer for stigningsfresing og konvensjonell fresing i CNC-fresemaskiner
(A) Prinsipper og relaterte påvirkninger av klatrefresing
Under maskineringsprosessen til en CNC-fresemaskin er klatrefresing en spesifikk fresemetode. Når rotasjonsretningen til delen der fresekutteren berører arbeidsstykket er den samme som arbeidsstykkets materetning, kalles det klatrefresing. Denne fresemetoden er nært knyttet til fresemaskinens mekaniske strukturegenskaper, spesielt klaringen mellom mutteren og skruen. Ved klatrefresing, siden den horisontale fresekomponentkraften vil endre seg og det er en klaring mellom skruen og mutteren, vil dette føre til at arbeidsbordet og skruen beveger seg til venstre og høyre. Denne periodiske bevegelsen er et viktig problem ved klatrefresing, noe som gjør bevegelsen til arbeidsbordet ekstremt ustabil. Skaden på skjæreverktøyet forårsaket av denne ustabile bevegelsen er åpenbar, og det er lett å forårsake skade på tennene til skjæreverktøyet.
Under maskineringsprosessen til en CNC-fresemaskin er klatrefresing en spesifikk fresemetode. Når rotasjonsretningen til delen der fresekutteren berører arbeidsstykket er den samme som arbeidsstykkets materetning, kalles det klatrefresing. Denne fresemetoden er nært knyttet til fresemaskinens mekaniske strukturegenskaper, spesielt klaringen mellom mutteren og skruen. Ved klatrefresing, siden den horisontale fresekomponentkraften vil endre seg og det er en klaring mellom skruen og mutteren, vil dette føre til at arbeidsbordet og skruen beveger seg til venstre og høyre. Denne periodiske bevegelsen er et viktig problem ved klatrefresing, noe som gjør bevegelsen til arbeidsbordet ekstremt ustabil. Skaden på skjæreverktøyet forårsaket av denne ustabile bevegelsen er åpenbar, og det er lett å forårsake skade på tennene til skjæreverktøyet.
Imidlertid har klatrefresing også sine unike fordeler. Retningen på den vertikale fresekomponentkraften under klatrefresing er å presse arbeidsstykket mot arbeidsbordet. I dette tilfellet er glide- og friksjonsfenomenene mellom tennene på skjæreverktøyet og den maskinerte overflaten relativt små. Dette er av stor betydning for maskineringsprosessen. For det første er det fordelaktig å redusere slitasjen på tennene på skjæreverktøyet. Å redusere slitasjen på tennene på skjæreverktøyet betyr at levetiden til skjæreverktøyet kan forlenges, noe som reduserer maskineringskostnadene. For det andre kan denne relativt lille friksjonen redusere arbeidsherdingsfenomenet. Arbeidsherding vil øke hardheten til arbeidsstykkematerialet, noe som ikke er gunstig for de påfølgende maskineringsprosessene. Redusert arbeidsherding bidrar til å sikre arbeidsstykkets maskineringskvalitet. I tillegg kan klatrefresing også redusere overflateruheten, noe som gjør overflaten på det maskinerte arbeidsstykket glattere, noe som er svært fordelaktig for maskinering av arbeidsstykker med høye krav til overflatekvalitet.
Det skal bemerkes at bruken av klatrefresing har visse betingede begrensninger. Når klaringen mellom skruen og mutteren på arbeidsbordet kan justeres til mindre enn 0,03 mm, kan fordelene med klatrefresing utnyttes bedre fordi bevegelsesproblemet kan kontrolleres effektivt på dette tidspunktet. I tillegg er klatrefresing også et bedre valg ved fresing av tynne og lange arbeidsstykker. Tynne og lange arbeidsstykker krever mer stabile maskineringsforhold under maskineringsprosessen. Den vertikale komponentkraften til klatrefresing bidrar til å fikse arbeidsstykket og redusere problemer som deformasjon under maskineringsprosessen.
(B) Prinsipper og relaterte påvirkninger av konvensjonell fresing
Konvensjonell fresing er det motsatte av klatrefresing. Når rotasjonsretningen til delen der fresekutteren berører arbeidsstykket er forskjellig fra arbeidsstykkets mating, kalles det konvensjonell fresing. Under konvensjonell fresing er retningen til den vertikale fresekraften å løfte arbeidsstykket, noe som vil føre til at glideavstanden mellom tennene på skjæreverktøyet og den maskinerte overflaten øker og friksjonen øker. Denne relativt store friksjonen vil føre til en rekke problemer, som å øke slitasjen på skjæreverktøyet og gjøre arbeidsherdingsfenomenet på den maskinerte overflaten mer alvorlig. Arbeidsherdingen av den maskinerte overflaten vil øke overflatehardheten, redusere materialets seighet og kan påvirke nøyaktigheten og overflatekvaliteten til de påfølgende maskineringsprosessene.
Konvensjonell fresing er det motsatte av klatrefresing. Når rotasjonsretningen til delen der fresekutteren berører arbeidsstykket er forskjellig fra arbeidsstykkets mating, kalles det konvensjonell fresing. Under konvensjonell fresing er retningen til den vertikale fresekraften å løfte arbeidsstykket, noe som vil føre til at glideavstanden mellom tennene på skjæreverktøyet og den maskinerte overflaten øker og friksjonen øker. Denne relativt store friksjonen vil føre til en rekke problemer, som å øke slitasjen på skjæreverktøyet og gjøre arbeidsherdingsfenomenet på den maskinerte overflaten mer alvorlig. Arbeidsherdingen av den maskinerte overflaten vil øke overflatehardheten, redusere materialets seighet og kan påvirke nøyaktigheten og overflatekvaliteten til de påfølgende maskineringsprosessene.
Konvensjonell fresing har imidlertid også sine fordeler. Retningen på den horisontale fresekraften under konvensjonell fresing er motsatt av arbeidsstykkets materetning. Denne egenskapen bidrar til at skruen og mutteren sitter tett. I dette tilfellet er bevegelsen til arbeidsbordet relativt stabil. Ved fresing av arbeidsstykker med ujevn hardhet, som støpegods og smiing, der det kan være harde skinn på overflaten og andre komplekse situasjoner, kan stabiliteten til konvensjonell fresing redusere slitasjen på tennene til skjæreverktøyet. Fordi skjæreverktøyet må tåle relativt store skjærekrefter og komplekse skjæreforhold ved maskinering av slike arbeidsstykker. Hvis bevegelsen til arbeidsbordet er ustabil, vil det forverre skaden på skjæreverktøyet, og konvensjonell fresing kan avhjelpe denne situasjonen til en viss grad.
II. Detaljert analyse av egenskapene til stigningsfresing og konvensjonell fresing i CNC-fresemaskiner
(A) Dybdeanalyse av egenskapene til klatrefresing
- Endringer i skjæretykkelse og skjæreprosessen
Under stigningsfresing viser skjæretykkelsen til hver tann på skjæreverktøyet et mønster som gradvis øker fra liten til stor. Når tannen på skjæreverktøyet så vidt berører arbeidsstykket, er skjæretykkelsen null. Dette betyr at tannen på skjæreverktøyet glir på skjæreflaten som den forrige tannen på skjæreverktøyet har etterlatt i startfasen. Først når tannen på skjæreverktøyet glir en viss avstand på denne skjæreflaten og skjæretykkelsen når en viss verdi, begynner tannen på skjæreverktøyet virkelig å skjære. Denne måten å endre skjæretykkelsen på er betydelig forskjellig fra konvensjonell fresing. Under de samme skjæreforholdene har denne unike startmetoden for skjæring en viktig innvirkning på slitasjen til skjæreverktøyet. Siden tannen på skjæreverktøyet har en glideprosess før skjæringen starter, er støtet på skjærekanten på skjæreverktøyet relativt lite, noe som er gunstig for å beskytte skjæreverktøyet. - Skjærebane og verktøyslitasje
Sammenlignet med konvensjonell fresing er banen som tennene på skjæreverktøyet beveger seg på arbeidsstykket under klatrefresing kortere. Dette skyldes at skjæremetoden for klatrefresing gjør kontaktbanen mellom skjæreverktøyet og arbeidsstykket mer direkte. Under slike omstendigheter, under de samme skjæreforholdene, er slitasjen på skjæreverktøyet ved bruk av klatrefresing relativt liten. Det bør imidlertid bemerkes at klatrefresing ikke er egnet for alle arbeidsstykker. Siden tennene på skjæreverktøyet begynner å skjære fra overflaten av arbeidsstykket hver gang, er klatrefresing ikke egnet hvis det er en hard hud på overflaten av arbeidsstykket, for eksempel noen arbeidsstykker etter støping eller smiing uten behandling. Fordi hardheten på den harde huden er relativt høy, vil det ha en relativt stor innvirkning på tennene på skjæreverktøyet, akselerere slitasjen på skjæreverktøyet, og til og med kan skade skjæreverktøyet. - Skjæredeformasjon og strømforbruk
Den gjennomsnittlige skjæretykkelsen under klatrefresing er stor, noe som gjør skjæredeformasjonen relativt liten. Liten skjæredeformasjon betyr at spennings- og tøyningsfordelingen av arbeidsstykkematerialet under skjæreprosessen er mer jevn, noe som reduserer maskineringsproblemer forårsaket av lokal spenningskonsentrasjon. Samtidig er strømforbruket ved klatrefresing mindre sammenlignet med konvensjonell fresing. Dette skyldes at fordelingen av skjærekraften mellom skjæreverktøyet og arbeidsstykket under klatrefresing er mer fornuftig, noe som reduserer unødvendige energitap og forbedrer maskineringseffektiviteten. I storskala produksjons- eller maskineringsmiljøer med krav til energiforbruk har denne egenskapen ved klatrefresing viktig økonomisk betydning.
(B) Dybdeanalyse av egenskapene til konvensjonell fresing
- Stabilitet av arbeidsbordbevegelse
Under konvensjonell fresing, siden retningen på den horisontale skjærekraften som fresekutteren utøver på arbeidsstykket er motsatt av arbeidsstykkets materetning, kan skruen og mutteren på arbeidsbordet alltid holde den ene siden av gjengen i tett kontakt. Denne egenskapen sikrer relativ stabilitet i bevegelsen til arbeidsbordet. Under maskineringsprosessen er stabil bevegelse av arbeidsbordet en av nøkkelfaktorene som sikrer maskineringsnøyaktighet. Sammenlignet med stigningsfresing, under stigningsfresing, siden retningen på den horisontale fresekraften er den samme som arbeidsstykkets materetning, vil arbeidsbordet bevege seg opp og ned når kraften som utøves av tennene på skjæreverktøyet på arbeidsstykket er relativt stor på grunn av klaringen mellom skruen og mutteren på arbeidsbordet. Denne bevegelsen forstyrrer ikke bare stabiliteten i skjæreprosessen, påvirker arbeidsstykkets maskineringskvalitet, men kan også skade skjæreverktøyet alvorlig. Derfor, i noen maskineringsscenarier med høye krav til maskineringsnøyaktighet og strenge krav til verktøybeskyttelse, gjør stabilitetsfordelen med konvensjonell fresing det til et mer passende valg. - Kvaliteten på den maskinerte overflaten
Under konvensjonell fresing er friksjonen mellom tennene på skjæreverktøyet og arbeidsstykket relativt stor, noe som er et fremtredende kjennetegn ved konvensjonell fresing. Den relativt store friksjonen vil føre til at arbeidsherdingsfenomenet på den maskinerte overflaten blir mer alvorlig. Arbeidsherdingen av den maskinerte overflaten vil øke overflatehardheten, redusere materialets seighet og kan påvirke nøyaktigheten og overflatekvaliteten til de påfølgende maskineringsprosessene. For eksempel, i noen arbeidsstykkemaskiner som krever påfølgende sliping eller høypresisjonsmontering, kan den kalde overflaten etter konvensjonell fresing kreve ytterligere behandlingsprosesser for å eliminere det kalde harde laget for å oppfylle maskineringskravene. Imidlertid kan denne egenskapen ved konvensjonell fresing også utnyttes i noen spesifikke tilfeller, for eksempel når det er et visst krav til arbeidsstykkets overflatehardhet eller den påfølgende maskineringsprosessen ikke er følsom for det kalde harde overflatelaget,.
III. Valgstrategier for stigningsfresing og konvensjonell fresing i faktisk maskinering
Ved faktisk CNC-fresemaskinering må valget av klatrefresing eller konvensjonell fresing ta hensyn til flere faktorer. For det første må arbeidsstykkets materialegenskaper vurderes. Hvis hardheten til arbeidsstykkematerialet er relativt høy og det er en hard hud på overflaten, for eksempel noen støpegods og smigods, kan konvensjonell fresing være et bedre valg fordi konvensjonell fresing kan redusere slitasjen på skjæreverktøyet til en viss grad og sikre stabiliteten i maskineringsprosessen. Men hvis hardheten til arbeidsstykkematerialet er jevn og det er høye krav til overflatekvalitet, for eksempel ved maskinering av noen presisjonsmekaniske deler, har klatrefresing flere fordeler. Det kan effektivt redusere overflateruheten og forbedre overflatekvaliteten til arbeidsstykket.
Ved faktisk CNC-fresemaskinering må valget av klatrefresing eller konvensjonell fresing ta hensyn til flere faktorer. For det første må arbeidsstykkets materialegenskaper vurderes. Hvis hardheten til arbeidsstykkematerialet er relativt høy og det er en hard hud på overflaten, for eksempel noen støpegods og smigods, kan konvensjonell fresing være et bedre valg fordi konvensjonell fresing kan redusere slitasjen på skjæreverktøyet til en viss grad og sikre stabiliteten i maskineringsprosessen. Men hvis hardheten til arbeidsstykkematerialet er jevn og det er høye krav til overflatekvalitet, for eksempel ved maskinering av noen presisjonsmekaniske deler, har klatrefresing flere fordeler. Det kan effektivt redusere overflateruheten og forbedre overflatekvaliteten til arbeidsstykket.
Formen og størrelsen på arbeidsstykket er også viktige hensyn. For tynne og lange arbeidsstykker bidrar klatrefresing til å redusere deformasjonen av arbeidsstykket under maskineringsprosessen fordi den vertikale kraftkomponenten fra klatrefresing kan presse arbeidsstykket bedre mot arbeidsbordet. For noen arbeidsstykker med komplekse former og store størrelser er det nødvendig å vurdere stabiliteten til arbeidsbordbevegelsen og slitasjen på skjæreverktøyet grundig. Hvis kravet til stabiliteten til arbeidsbordbevegelsen under maskineringsprosessen er relativt høyt, kan konvensjonell fresing være et mer passende valg. Hvis det rettes mer oppmerksomhet mot å redusere slitasjen på skjæreverktøyet og forbedre maskineringseffektiviteten, og under forhold som oppfyller maskineringskravene, kan klatrefresing vurderes.
I tillegg vil den mekaniske ytelsen til selve fresemaskinen også påvirke valget av stigningsfresing og konvensjonell fresing. Hvis klaringen mellom skruen og mutteren på fresemaskinen kan justeres nøyaktig til en relativt liten verdi, for eksempel mindre enn 0,03 mm, kan fordelene med stigningsfresing utnyttes bedre. Men hvis den mekaniske presisjonen til fresemaskinen er begrenset og klaringsproblemet ikke kan kontrolleres effektivt, kan konvensjonell fresing være et sikrere valg for å unngå problemer med maskineringskvaliteten og verktøyskader forårsaket av bevegelse av arbeidsbordet. Avslutningsvis bør den passende fresemetoden for stigningsfresing eller konvensjonell fresing velges rimelig i henhold til de spesifikke maskineringskravene og utstyrsforholdene ved CNC-fresemaskinering for å oppnå best mulig maskineringseffekt.