Frezowanie współbieżne i przeciwbieżne różni się kierunkiem posuwu przedmiotu względem ruchu ostrza w strefie skrawania. W pierwszym wariancie kierunki są zgodne, a w drugim przeciwne. Wybór metody wpływa między innymi na sposób powstawania wióra, obciążenie narzędzia, mocowanie detalu oraz jakość obrobionej powierzchni.
Na czym polega różnica w kierunku skrawania?
Podział na obróbkę współbieżną i przeciwbieżną najłatwiej wyjaśnić na przykładzie frezowania obwodowego. Podczas frezowania współbieżnego ruch ostrza w miejscu kontaktu z materiałem jest zgodny z kierunkiem posuwu obrabianego przedmiotu. Frez obraca się więc w taki sposób, że jego ząb przemieszcza się w strefie skrawania w tę samą stronę co detal.
Przy frezowaniu przeciwbieżnym ruch ostrza jest skierowany przeciwnie do posuwu. Ząb frezu wchodzi w materiał od strony, z której przedmiot przesuwa się w jego kierunku. Ta różnica zmienia przebieg całego procesu, mimo że w obu przypadkach można zastosować to samo narzędzie i obrabiać ten sam materiał.
| Cecha | Frezowanie współbieżne | Frezowanie przeciwbieżne |
|---|---|---|
| Kierunek ruchu ostrza | Zgodny z posuwem | Przeciwny do posuwu |
| Grubość wióra | Od największej do zera | Od zera do największej |
| Typowe oddziaływanie siły | Dociskanie detalu do stołu | Tendencja do unoszenia detalu |
| Wymagania wobec układu | Mały luz i duża sztywność | Większa tolerancja na luz mechanizmu posuwu |
W przypadku frezowania czołowego położenie poszczególnych ostrzy względem kierunku posuwu zmienia się podczas obrotu narzędzia. O charakterze obróbki decydują wówczas między innymi tor frezu, szerokość zaangażowania narzędzia i strona prowadzenia przejścia.
Jak powstaje wiór w obu metodach?
Podczas frezowania współbieżnego ostrze rozpoczyna skrawanie od warstwy o największej grubości. W miarę przechodzenia przez materiał wiór staje się coraz cieńszy, aż jego grubość spada do zera. Ogranicza to końcową fazę tarcia ostrza o powierzchnię i zazwyczaj sprzyja uzyskaniu dobrego wykończenia.
We frezowaniu przeciwbieżnym proces przebiega odwrotnie. Początkowa grubość wióra jest bliska zeru, a następnie rośnie. Zanim ostrze zacznie skutecznie oddzielać materiał, może przez krótki odcinek ślizgać się po powierzchni. Zwiększa to udział tarcia, może powodować nagrzewanie strefy obróbki i wpływać na zużycie krawędzi skrawającej.
Rzeczywisty przebieg procesu zależy również od geometrii frezu, liczby ostrzy, posuwu na ząb, głębokości skrawania i właściwości materiału. Sam wybór kierunku nie zastępuje zatem prawidłowego doboru narzędzia oraz parametrów technologicznych.
Zalety i ograniczenia frezowania współbieżnego
Frezowanie współbieżne jest często stosowane na obrabiarkach CNC, których układy napędowe zapewniają sztywne i precyzyjne sterowanie osiami. Siła skrawania jest zwykle skierowana w stronę stołu, co pomaga dociskać prawidłowo zamocowany detal. Malejąca grubość wióra może natomiast ograniczyć tarcie pod koniec kontaktu ostrza z materiałem.
Do typowych korzyści tej metody należą:
- możliwość uzyskania dobrej jakości powierzchni,
- korzystny sposób formowania i odprowadzania wióra,
- mniejszy udział ślizgania ostrza przed rozpoczęciem efektywnego skrawania,
- możliwość efektywnego wykorzystania na sztywnych obrabiarkach CNC.
Metoda wymaga jednak stabilnego układu obrabiarka – uchwyt – detal – narzędzie. Jeśli w mechanizmie posuwu występuje luz, frez może pociągnąć stół lub obrabiany element w kierunku skrawania. Prowadzi to do chwilowego wzrostu posuwu na ząb, drgań, pogorszenia powierzchni, a w skrajnym przypadku do uszkodzenia narzędzia. Znaczenie ma również pewne mocowanie, ponieważ ostrze rozpoczyna pracę od stosunkowo grubego wióra.
Kiedy przydaje się frezowanie przeciwbieżne?
Frezowanie przeciwbieżne było tradycyjnie wykorzystywane na maszynach z większym luzem układu posuwu. Siła działająca przeciwnie do ruchu stołu nie powoduje tak łatwego samoczynnego wciągania mechanizmu w kierunku narzędzia. Nie oznacza to jednak, że metoda nie wymaga sztywności i prawidłowego mocowania.
Siły skrawania mogą mieć składową unoszącą przedmiot, dlatego dociski muszą zabezpieczać detal przed zmianą położenia. Rozpoczynanie skrawania od bardzo cienkiej warstwy zwiększa też ryzyko poślizgu ostrza, szczególnie przy zbyt małym posuwie, stępionym narzędziu albo materiale podatnym na umocnienie przez zgniot.
Frezowanie przeciwbieżne i współbieżne nie powinno być więc oceniane wyłącznie według zasady, że jedna metoda jest nowoczesna, a druga przestarzała. W określonych warunkach technolog może świadomie zmienić kierunek przejścia, aby kontrolować ugięcie smukłego narzędzia, zachowanie cienkościennego detalu lub rozkład naddatku.
Jak dobrać metodę do detalu i obrabiarki?
Punktem wyjścia jest stan maszyny. Na precyzyjnej obrabiarce CNC z odpowiednio sztywnym napędem najczęściej można korzystać z zalet frezowania współbieżnego. W przypadku maszyn konwencjonalnych należy najpierw ocenić luz śruby pociągowej i sposób jego kompensacji.
Kolejnym kryterium jest zamocowanie elementu. Należy uwzględnić kierunek sił, powierzchnię podparcia oraz możliwość odkształcenia detalu. Szczególnej ostrożności wymagają cienkie ścianki, długie wysięgi narzędzia i elementy o niewielkiej sztywności. Znaczenie mają również rodzaj materiału, geometria frezu, oczekiwana chropowatość i to, czy wykonywane jest zgrubne usuwanie naddatku, czy przejście wykańczające.
Przygotowanie procesu w systemie CAM pozwala ustalić stronę prowadzenia narzędzia i kierunek kolejnych przejść. Nie wystarczy jednak automatycznie wybrać jednego sposobu dla całego programu. W zagłębieniach, narożach i wąskich kanałach może zmieniać się kąt opasania frezu, a wraz z nim obciążenie ostrzy oraz warunki odprowadzania wiórów.
Co ustalić przed zleceniem frezowania CNC?
Przed zleceniem usług frezowania CNC trzeba przekazać model lub rysunek detalu oraz informacje o materiale, tolerancjach, wymaganym stanie powierzchni i wielkości partii. Dane te pozwalają ocenić sposób zamocowania, dobrać narzędzie i parametry oraz zaplanować kierunek przejść.
Przy frezowaniu tworzyw sztucznych szczególne znaczenie mają gatunek materiału, jego sztywność i wrażliwość na wzrost temperatury. Strategii obróbki oraz sposobu chłodzenia nie powinno się automatycznie przenosić z obróbki metali.
Przy wyborze wykonawcy oferującego frezowanie na Podkarpaciu warto porównać możliwości obróbki danego materiału i geometrii, zakres kontroli wymiarowej oraz sposób pracy z dokumentacją techniczną.
Podsumowanie
Frezowanie współbieżne zwykle sprzyja dobremu wykończeniu powierzchni i dociskaniu detalu, ale wymaga sztywnej maszyny oraz pewnego mocowania. Frezowanie przeciwbieżne może być przydatne przy układach z większym luzem lub w szczególnych warunkach obróbki, choć zwiększa udział tarcia i może unosić przedmiot. Ostateczny wybór powinien wynikać z analizy obrabiarki, materiału, geometrii elementu i całej strategii technologicznej.
FAQ
Nie zawsze. Jest ono często wybierane ze względu na sztywność i precyzję nowoczesnych układów napędowych, ale o kierunku przejścia powinny decydować również geometria detalu, sposób zamocowania, ugięcie narzędzia i oczekiwany stan powierzchni.
Podczas obróbki współbieżnej frez może pociągać stół w kierunku jego ruchu. Jeżeli układ ma luz, rzeczywisty posuw może gwałtownie wzrosnąć, co prowadzi do nierównomiernego obciążenia ostrza. W obrabiarkach CNC luz ogranicza się między innymi przez odpowiednią konstrukcję układu napędowego i jego kompensację, ale przed wyborem kierunku frezowania nadal trzeba uwzględnić rzeczywisty stan maszyny.
Może pomóc, lecz nie stanowi samodzielnego rozwiązania. Na jakość wpływają także stan i geometria narzędzia, parametry skrawania, bicie frezu, sztywność zamocowania, chłodzenie oraz skuteczne usuwanie wiórów ze strefy obróbki.