Фрезерование (механическая обработка) - Milling (machining)

Полный вид 3-осевого клона Бриджпорт вертикально-фрезерный станок

Фрезерование это процесс механическая обработка с помощью поворотного фрезы удалить материал^[1] продвигая резак в заготовку. Это можно делать в разных направлениях^[2] по одной или нескольким осям, скорость режущей головки и давление.^[3] Фрезерование охватывает широкий спектр различных операций и машин, начиная от мелких отдельных деталей и заканчивая крупногабаритным фрезерованием в тяжелых условиях. Это один из наиболее часто используемых процессов для обработки нестандартных деталей с точными допусками.

Фрезерование можно производить с помощью широкого диапазона Станки. Первоначальным классом фрезерных станков был фрезерный станок (часто называемый фрезерным). После появления компьютерное числовое управление (ЧПУ) в 1960-х фрезерные станки превратились в обрабатывающие центры: фрезерные станки, дополненные устройствами автоматической смены инструмента, инструментальными магазинами или каруселями, возможностями ЧПУ, системами подачи СОЖ и кожухами. Фрезерные центры обычно классифицируются как вертикальные обрабатывающие центры (VMC) или горизонтальные обрабатывающие центры (HMC).

Интеграция фрезерования в превращение среды, и наоборот, начались с живые инструменты для токарных станков и время от времени использование фрез для токарных операций. Это привело к появлению нового класса станков, многозадачных станков (MTM), которые специально созданы для облегчения фрезерования и токарной обработки в рамках одного рабочего диапазона.

Процесс

Процесс торцевого фрезерования (ось вращения фрезы вертикальная - наклон 0 ° относительно оси инструмента)

Фрезерование - это резка процесс, который использует фреза для удаления материала с поверхности заготовки. Фреза поворотная режущий инструмент, часто с несколькими режущими кромками. В отличие от бурение, когда инструмент продвигается вдоль оси вращения, фреза при фрезеровании обычно перемещается перпендикулярно своей оси, так что резание происходит по окружности фрезы. Когда фреза входит в заготовку, режущие кромки (канавки или зубья) инструмента многократно врезаются в материал и выходят из него, срезая стружку. чипсы (стружка) от заготовки при каждом проходе. Режущее действие - деформация сдвига; материал отталкивается от заготовки крошечными комками, которые в большей или меньшей степени свисают вместе (в зависимости от материала) с образованием стружки. Это делает резку металла несколько иначе (в ее механика ) от резки более мягких материалов с лезвие.

В процессе фрезерования материал удаляется путем выполнения множества отдельных небольших разрезов. Это достигается за счет использования фрезы с множеством зубьев, вращения фрезы на высокой скорости или медленного продвижения материала через фрезу; Чаще всего это комбинация этих трех подходов.^[2] В скорости и подачи используемые варьируются в зависимости от комбинации переменных. Скорость, с которой деталь продвигается через резак, называется скорость подачи, или просто подача; это чаще всего измеряется как расстояние за время (дюймы в минуту [дюйм / мин или ipm] или миллиметры в минуту [мм / мин]), хотя иногда также используется расстояние на один оборот или на зуб фрезы.

Существует два основных класса процесса фрезерования:

• В торцевое фрезерованиережущее действие происходит в основном на торцевых углах фрезы. Торцевое фрезерование используется для вырезания плоских поверхностей (граней) в заготовке или для вырезания полостей с плоским дном.
• В периферийное фрезерованиережущее действие происходит в основном по окружности фрезы, так что поперечное сечение фрезерованной поверхности принимает форму фрезы. В этом случае можно увидеть, как лезвия резака вычерпывают материал из заготовки. Периферийное фрезерование хорошо подходит для обработки глубоких пазов, резьбы и зубьев шестерен.

Фрезы

В процессе фрезерования используется множество различных типов режущих инструментов. Фрезы, такие как концевые фрезы могут иметь режущие поверхности по всей торцевой поверхности, чтобы их можно было просверлить в заготовке (врезаться). Фрезы также могут иметь удлиненные режущие поверхности по бокам для обеспечения периферийного фрезерования. Инструменты, оптимизированные для торцевого фрезерования, обычно имеют только маленькие фрезы на торцевых углах.

Режущие поверхности фрезы обычно изготавливаются из твердого и термостойкого материала, поэтому они носить медленно. Низкозатратный резак может иметь поверхность, сделанную из быстрорежущей стали. Более дорогие, но менее изнашиваемые материалы включают цементированный карбид. Для уменьшения трения или дальнейшего увеличения твердости могут применяться тонкопленочные покрытия.

Существуют режущие инструменты, обычно используемые на фрезерных станках или обрабатывающих центрах для выполнения фрезерных операций (а иногда и в других станках). Они удаляют материал своим движением внутри станка (например, шаровой фрезы) или непосредственно из формы фрезы (например, формующего инструмента, такого как зубофрезерный резак).

Схема выступов вращения на поверхности, фрезерованной сбоку фрезы, показывающая положение фрезы для каждого прохода резания и то, как оно соотносится с гребнями (ось вращения фрезы перпендикулярна плоскости изображения)

Когда материал проходит через зону резания фрезерного станка, лезвия фрезы собирают стружку через равные промежутки времени. Поверхности, прорезанные сбоку от фрезы (как при периферийном фрезеровании), всегда имеют правильные гребни. Расстояние между гребнями и высота гребней зависят от скорости подачи, количества режущих поверхностей, диаметра фрезы.^[4] С узкой фрезой и высокой скоростью подачи эти гребни вращения могут значительно отличаться от чистота поверхности.

Трохоидные следы, характерные для торцевого фрезерования.

В принципе, при торцевом фрезеровании можно получить очень плоские поверхности. Однако на практике результат всегда виден трохоидальный отметки, следующие за движением точек на торце фрезы. Эти знаки революции дать характеристику Конец торцевой фрезерованной поверхности. Следы вращения могут иметь значительную шероховатость в зависимости от таких факторов, как плоскостность торца фрезы и степень перпендикулярности между осью вращения фрезы и направлением подачи. Часто последний проход с низкой скоростью подачи используется для улучшения качества поверхности после удаления основной массы материала. При точном торцевом фрезеровании следы вращения будут представлять собой только микроскопические царапины из-за дефектов режущей кромки.

Фрезерование столов фрезерных станков тяжелыми группами

Групповое фрезерование относится к использованию двух или более фрезы установлен на том же беседка (то есть в комплекте) в горизонтально-фрезерной установке. Все фрезы может выполнять один и тот же тип операции, или каждый резак может выполнять разные типы операций. Например, если для нескольких деталей требуется прорезь, плоская поверхность и угловой канавка, хороший способ их сократить (в пределахЧПУ context) будет групповым фрезерованием. Все готовые детали будут одинаковыми, а время фрезерования детали будет минимальным.^[5]

Бандитское фрезерование было особенно важно до ЧПУ эра, потому что для производства дублированных деталей это было существенное повышение эффективности по сравнению с ручным фрезерованием одной детали на операции, а затем сменой станка (или изменением настройки одного и того же станка) для резки следующей операции. Сегодня, ЧПУ фрезерные станки с автоматической сменой инструмента и 4- или 5-осевым управлением в значительной степени исключают практику группового фрезерования.

Оборудование

Фрезерование выполняется с помощью фреза в различных формах, удерживаемых в цанге или аналогичном приспособлении, которое, в свою очередь, удерживается в шпинделе фрезерного станка.

Виды и номенклатура

Ориентация фрезерования - это основная классификация фрезерных станков. Два основных конфигурации являются вертикальными и горизонтальными - относятся к ориентации вращающегося шпинделя, на котором установлена ​​фреза. Однако существуют альтернативные классификации по методу управления, размеру, назначению и источнику питания.

Ориентация мельницы

Вертикальный фрезерный станок

Вертикальный фрезерный станок. 1: фреза 2: шпиндель 3: верхний суппорт или верхняя часть 4: столбец 5: таблица 6: суппорт оси Y 7: колено 8: основание

в вертикальный фрезерный станок ось шпинделя ориентирована вертикально. Фрезы удерживаются в шпинделе и вращаются вокруг его оси. Шпиндель, как правило, можно опустить (или стол можно поднять, что дает такой же относительный эффект приближения или более глубокого погружения фрезы в работу), что позволяет выполнять врезание и сверление. Есть две подкатегории вертикальных мельниц: станина и револьверная мельница.

• А револьверная мельница имеет фиксированный шпиндель, и стол перемещается как перпендикулярно, так и параллельно оси шпинделя для выполнения резки. Некоторые револьверные фрезы имеют пиноль, которая позволяет поднимать и опускать фрезу (или сверло) аналогично сверлильному станку. Это обеспечивает два метода резки в вертикальном (Z) направлении: поднятие или опускание иглы и перемещение колена.
• в кровать мельницаОднако стол движется только перпендикулярно оси шпинделя, а сам шпиндель движется параллельно своей оси.

Некоторые считают, что револьверные мельницы более универсальны из двух конструкций.

Также существует третий тип, более легкий и универсальный станок, называемый сверлом-фрезой. Фреза-сверло является близким родственником вертикальной фрезы и довольно популярна в легкой промышленности; и с любителями. Фреза-дрель в базовой конфигурации аналогична очень тяжелому сверлильному станку, но оснащена столом X-Y и колонкой гораздо большего размера. Они также обычно используют более мощные двигатели, чем сверлильный станок сопоставимого размера, большинство из них имеют многоскоростной ременный привод, а некоторые модели имеют редукторную головку или электронное управление скоростью. Как правило, они имеют довольно прочные подшипники шпинделя, которые выдерживают боковую нагрузку на шпиндель, возникающую при фрезеровании. Фрезерное сверло также обычно поднимает и опускает всю головку, включая двигатель, часто на вертикальной колонне с ласточкиным хвостом (иногда круглой с зубчатой ​​рейкой). У фрезерного сверла также есть большая пиноль, которая обычно блокируется во время фрезерных операций и освобождается для облегчения выполнения функций сверления. Другими отличиями, которые отделяют фрезерно-дрель от сверлильного станка, могут быть точная регулировка оси Z, более точный ограничитель глубины, возможность блокировки осей X, Y или Z и часто система наклона головки. или вся вертикальная колонна и силовая головка в сборе, чтобы обеспечить резку под углом. Помимо размера, принципиальное различие между этими более легкими станками и более крупными вертикальными мельницами заключается в том, что стол X-Y находится на фиксированной высоте; ось Z управляется перемещением головки или пера вниз к столу X, Y. Фрезерное сверло обычно имеет внутренний конический фитинг в пиноли, чтобы использовать цанговый патрон, торцевые фрезы или патрон Джейкобса, аналогичный вертикальной фрезе.

Горизонтально-фрезерный станок

По горизонтали фрезерный станок.
1: база
2: столбец
3: колено
4 и 5: стол (ползун по оси x является составным)
6: верхняя рука
7: оправка (прикреплена к шпинделю)

Горизонтальная фреза имеет такой же вид, но фрезы установлены на горизонтальном шпинделе (см. Фрезерование оправок ) через стол. Многие горизонтальные фрезерные станки также имеют встроенный поворотный стол, который позволяет фрезеровать под разными углами; эта функция называется универсальный стол. В то время как концевые фрезы и другие типы инструментов, доступные для вертикальной фрезы, могут использоваться в горизонтальной фрезе, их реальное преимущество заключается в закрепленных на оправке фрезах, называемых боковыми и торцевыми фрезами, которые имеют поперечное сечение, похожее на круговую пилу, но являются обычно шире и меньше в диаметре. Поскольку фрезы имеют хорошую опору со стороны оправки и имеют большую площадь поперечного сечения, чем концевые фрезы, можно выполнять довольно тяжелые разрезы, обеспечивая высокую скорость съема материала. Они используются для фрезерования канавок и пазов. Плоские фрезы используются для формования плоских поверхностей. Несколько фрез могут быть собраны вместе на оправке для фрезерования пазов и плоскостей сложной формы. Специальные фрезы также могут вырезать канавки, скосы, радиусы или любые желаемые сечения. Эти специальные ножницы обычно дороги. Мельницы Simplex имеют один шпиндель, а мельницы Duplex - два. Также легче нарезать шестерни на горизонтальной фрезе. Некоторые горизонтально-фрезерные станки снабжены устройством отбора мощности на столе. Это позволяет синхронизировать подачу стола с поворотным приспособлением, обеспечивая фрезерование спиральных элементов, таких как гипоидный шестерни.

Универсальный фрезерный станок

Это фрезерный станок с возможностью установки как горизонтального, так и вертикального шпинделя. Последний иногда находится на двухосной револьверной головке, позволяющей при желании направлять шпиндель в любом направлении. Эти два варианта могут приводиться в действие независимо или от одного двигателя через зубчатую передачу. В любом случае, поскольку работа обычно размещается в одном и том же месте для любого типа операции, механизм неиспользуемого метода перемещается в сторону. В машинах меньшего размера «запасные части» могут быть сняты, в то время как машины большего размера предлагают систему для втягивания тех частей, которые не используются.

Сравнительные достоинства

Выбор между вертикальной и горизонтальной ориентацией шпинделя в конструкции фрезерного станка обычно зависит от формы и размера заготовки, а также от количества сторон заготовки, требующих обработки. Работа, при которой осевое перемещение шпинделя ограничено. нормальный к одной плоскости, с концевой фрезой в качестве фрезы, поддается вертикальной фрезе, где оператор может стоять перед машиной и иметь легкий доступ к режущему действию, глядя на него сверху вниз. Таким образом, вертикальные фрезы наиболее предпочтительны для работы по штамповке (обработка пресс-формы в блоке металла).^[6] Более тяжелые и длинные заготовки можно размещать на столе горизонтальной фрезы.

До числовое управление, горизонтальные фрезерные станки появились первыми, потому что они эволюционировали, помещая фрезерные столы под токарно-подобные передние бабки. Вертикальные мельницы появились в последующие десятилетия, и обычно использовались аксессуары в виде дополнительных головок для замены горизонтальных мельниц на вертикальные (и позже наоборот). Даже в ЧПУ В эпоху тяжелой детали, требующей многосторонней обработки, можно использовать горизонтальный обрабатывающий центр, а для штамповки - вертикальный.

Альтернативные классификации

Помимо горизонтального и вертикального, важны и другие различия:

Варианты

Миниатюрная мельница для любителей Sieg X2, наглядно демонстрирующая основные части мельницы

• Кровать мельница Это относится к любому фрезерному станку, на котором шпиндель установлен на кулон который перемещается вверх и вниз, чтобы вставить резак в работу, в то время как стол стоит на прочном кровать что лежит на полу. Обычно они более жесткие, чем коленная фреза. Портальные мельницы могут быть включены в эту категорию стальных мельниц.
• Коробчатая мельница или же колонная мельница Очень простые настольные фрезерные станки для любителей, с головкой, движущейся вверх и вниз по колонне или коробу.
• C-образная фреза Это более крупные предприятия промышленного производства. Они оснащены коленом и фиксированной шпиндельной головкой, которая может перемещаться только вертикально. Как правило, они намного мощнее револьверной мельницы и оснащены отдельным гидравлическим двигателем для встроенной гидравлической подачи во всех направлениях и двигателем мощностью от 20 до 50 лошадиных сил. Глушители люфта почти всегда входят в стандартную комплектацию. Они используют большие инструменты NMTB 40 или 50. Столы на фрезерных станках с С-образной рамой обычно имеют размер 18 на 68 дюймов или больше, что позволяет обрабатывать несколько деталей одновременно.
• Напольная мельница У них есть ряд поворотных столов и горизонтальный подвесной шпиндель, установленный на рельсах, идущих параллельно ряду стола. Эти заводы в основном были преобразованы в ЧПУ, но некоторые из них все еще можно найти (если даже можно найти подержанную машину в наличии) с ручным управлением. Каретка шпинделя перемещается к каждому отдельному столу, выполняет операции обработки и перемещается к следующему столу, в то время как предыдущий стол настраивается для следующей операции. В отличие от других мельниц, напольные мельницы имеют подвижные блоки пола. Кран опускает массивные поворотные столы, столы X-Y и т. Д. На место для обработки, что позволяет выполнять крупные и сложные фрезерные операции по индивидуальному заказу.
• Портальная мельница Фрезерная головка движется по двум рельсам (часто стальным валам), которые лежат с каждой стороны рабочей поверхности. Благодаря своей конструкции он обычно занимает очень мало места по сравнению с габаритами рабочего места машины. С другой стороны, они обычно не такие жесткие, как, например, C-образные фрезы.
• Горизонтально-расточной станок Горизонтальные фрезы с большой и точной станиной, в которых реализованы многие функции различных станков. В основном они используются для создания больших производственных приспособлений или для модификации крупных высокоточных деталей. Они имеют ход шпинделя в несколько (обычно от четырех до шести) футов, и многие из них оснащены задней бабкой для выполнения очень длительных операций растачивания без потери точности по мере увеличения глубины отверстия. Типичная кровать имеет ход по осям X и Y и имеет квадрат от трех до четырех футов с поворотным столом или больший прямоугольник без стола. Кулон обычно обеспечивает вертикальное перемещение от четырех до восьми футов. Некоторые мельницы имеют большую (30 дюймов и более) головку для торцевания. Для большей гибкости доступны поворотные столы с прямым углом и вертикальные фрезерные приспособления.
• Джиг-расточный станок Вертикальные фрезы, предназначенные для растачивания отверстий, а также для очень легкого фрезерования пазов или торца. Обычно это станины с длинным ходом шпинделя. Станины более точные, а маховики имеют градуировку до 0,0001 дюйма для точного размещения отверстий.
• Коленная мельница или же коленная мельница относится к любому фрезерному станку, у которого x-y стол перемещается вверх и вниз по колонне на вертикально регулируемом колене. Это включает в себя Бриджпорты.
• Строгальный станок (Plano Milling) Большие мельницы, построенные в той же конфигурации, что и рубанки кроме фрезерного шпинделя вместо строгальной головки. Этот термин устаревает, поскольку сами строгальные станки в значительной степени ушли в прошлое.
• Плунжерная мельница Это может относиться к любой мельнице с режущей головкой, установленной на ползуне. Шпиндель может быть ориентирован как вертикально, так и горизонтально. На практике большинство мельниц с плунжерами также имеют возможность поворота, независимо от того, называется ли это "револьверной" установкой. Бриджпорт конфигурация может быть классифицирован как мельница с вертикальной головкой ползуна. Ван Норман на протяжении большей части 20-го века специализировалась на таранных мельницах. Поскольку широкое распространение ЧПУ станков, ползуновые мельницы по-прежнему производятся в конфигурации Bridgeport (с ручным или ЧПУ control), но менее распространенные варианты (например, были созданы Ван Норманом, Индексом и другими) вымерли, и теперь их работа выполняется либо формовочными фрезами Бриджпорта, либо обрабатывающими центрами.
• Револьверная мельница Чаще называют фрезерные станки типа Бриджпорт. Шпиндель может быть выровнен в различных положениях для очень универсального, хотя и несколько менее жесткого станка.

Альтернативная терминология

Фрезерный станок часто называют мельница к машинисты. Архаичный термин мельник широко использовался в 19 и начале 20 веков.^[7]

С 60-х годов прошлого века термины фрезерный станок и обрабатывающий центр. NC /ЧПУ обрабатывающие центры произошли от фрезерных станков, поэтому терминология постепенно эволюционировала со значительным перекрытием, которое все еще сохраняется. Различие в том, что обрабатывающий центр - это фрезерный станок с функциями, которые предварительноЧПУ у фрез никогда не было, особенно автоматического устройства смены инструмента (ATC), которое включает магазин инструментов (карусель), а иногда и устройство автоматической смены поддонов (APC). Обычно все обрабатывающие центры являются фрезерными, но не все фрезы являются обрабатывающими центрами; обрабатывающими центрами являются только фрезы с ATC.

Компьютерное числовое управление

Тонкостенное фрезерование алюминий используя водную основу смазочно-охлаждающая жидкость на фреза

Наиболее ЧПУ фрезерные станки (также называемые обрабатывающие центры) представляют собой вертикальные фрезы с компьютерным управлением и возможностью перемещения шпинделя вертикально по оси Z. Эта дополнительная степень свободы позволяет использовать их для штамповки, гравировки и 2.5D поверхности, такие как облегчение скульптуры. В сочетании с применением конический инструменты или фреза со сферическим концом, он также значительно улучшает точность фрезерования без снижения скорости, обеспечивая экономичную альтернативу большинству плоских ручных фрезеровок.гравировка работай.

Пятиосевой обрабатывающий центр с поворотным столом и компьютерный интерфейс

ЧПУ Машины могут существовать практически в любой форме ручного оборудования, например горизонтальных фрез. Самый продвинутый ЧПУ фрезерные станки, многоосная машина, добавьте еще две оси в дополнение к трем нормальным осям (XYZ). Горизонтальные фрезерные станки также имеют оси C или Q, позволяющие вращать горизонтально установленную заготовку, что по существу обеспечивает асимметричный и эксцентричный превращение. Пятый ось (Ось B) контролирует наклон самого инструмента. Когда все эти оси используются в сочетании друг с другом, с помощью этих машин можно относительно легко создать чрезвычайно сложные геометрические формы, даже такие органические, как человеческая голова. Но умение программировать такую ​​геометрию выше, чем у большинства операторов. Поэтому 5-осевые фрезерные станки практически всегда программируются с CAM.

Операционная система таких станков представляет собой замкнутую систему и функционирует на основе обратной связи. Эти станки разработаны на основе базовых станков с ЧПУ (ЧПУ). Компьютеризированная форма станков с ЧПУ известна как станки с ЧПУ. Набор инструкций (называемых программой) используется, чтобы направлять машину для желаемых операций. Некоторые очень часто используемые коды, которые используются в программе:

G00 - ускоренный ход G01 - линейная интерполяция инструмента G21 - размеры в метрических единицах M03 / M04 - запуск шпинделя (по часовой стрелке / против часовой стрелки) .T01 M06 - автоматическая смена инструмента на инструмент 1M30 - конец программы.

Также используются различные другие коды. Станок с ЧПУ управляется одним оператором, называемым программистом. Эта машина способна выполнять различные операции автоматически и экономично.

С падением цен на компьютеры и программное обеспечение ЧПУ с открытым исходным кодом, начальная цена станков с ЧПУ резко упала.

Быстрорежущей стали с кобальт концевые фрезы, используемые для операций резания на фрезерном станке.

Инструменты

Принадлежности и режущие инструменты, используемые на станках (включая фрезерные станки), в совокупности относятся к массовое существительное «оснастка». Существует высокая степень стандартизации инструментов, используемых на фрезерных станках с ЧПУ, и в меньшей степени - для ручных фрезерных станков. Чтобы упростить организацию инструмента при производстве ЧПУ, многие компании используют управление инструментом решение.

Фрезы для конкретных приложений проводятся в различных конфигурациях инструментов.

Фрезерные станки с ЧПУ почти всегда используют инструменты SK (или ISO), CAT, BT или HSK. Инструменты SK являются наиболее распространенными в Европе, а инструменты CAT, иногда называемые инструментами с V-образным фланцем, являются самым старым и, вероятно, наиболее распространенным типом в США. CAT-инструменты были изобретены Компания Caterpillar Inc. из Пеория, Иллинойс, чтобы стандартизировать инструменты, используемые на их оборудовании. Инструменты CAT выпускаются различных размеров, обозначенных как CAT-30, CAT-40, CAT-50 и т. Д. Номер указывает на Ассоциация производственных технологий (ранее Национальная ассоциация производителей станков (NMTB)) размер конуса инструмента.

Державка CAT-40

Расточная головка на хвостовике с коническим хвостовиком Морзе

Усовершенствованием CAT Tooling является BT Tooling, который выглядит похожим, и его легко спутать с CAT-инструментами. Как и CAT Tooling, BT Tooling бывает разных размеров и использует тот же конус корпуса NMTB. Однако инструменты BT симметричны относительно оси шпинделя, в отличие от инструментов CAT. Это придает инструментам BT большую стабильность и баланс на высоких скоростях. Еще одно небольшое различие между этими двумя державками - это резьба, используемая для удержания тяги. CAT Tooling имеет имперскую резьбу, а BT Tooling - метрическую. Обратите внимание, что это влияет только на тягу; это не влияет на инструмент, который они могут держать. Оба типа инструментов продаются для использования как с британскими, так и с метрическими размерами.

Инструменты SK и HSK, иногда называемые «инструментами с полым хвостовиком», гораздо более распространены в Европе, где они были изобретены, чем в Соединенных Штатах. Утверждается, что инструменты HSK даже лучше, чем инструменты BT на высоких скоростях. Удерживающий механизм для инструмента HSK размещается внутри (полого) корпуса инструмента и, по мере увеличения скорости шпинделя, он расширяется, захватывая инструмент более плотно при увеличении скорости шпинделя. В этом типе инструментов отсутствует вытяжная шпилька.

Для ручных фрезерных станков стандартизация меньше, поскольку существует большее количество ранее конкурирующих стандартов. Новые и большие ручные станки обычно используют инструменты NMTB. Этот инструмент в чем-то похож на инструменты CAT, но требует наличия дышло внутри фрезерного станка. Кроме того, существует ряд разновидностей инструментов NMTB, которые затрудняют взаимозаменяемость. Чем старше машина, тем большее количество стандартов может применяться (например, Морс, Ярно, Браун и Шарп, Ван Норман, и другие менее распространенные конусы для конкретных строителей). Однако два стандарта, которые получили особенно широкое распространение, - это Morse # 2 и R8, распространение которых было обусловлено популярностью мельниц, построенных Машины Бриджпорта из Бриджпорт, Коннектикут. Эти мельницы так долго доминировали на рынке, что «Бриджпорт» фактически является синонимом «ручного фрезерного станка». В большинстве машин, изготовленных Бриджпортом в период с 1938 по 1965 год, использовался конус Морзе № 2, а с 1965 года в большинстве использовался конус R8.

Аксессуары

• Опора для беседки
• Остановить блок

Карманное фрезерование с ЧПУ

Карманное фрезерование считается одной из наиболее широко используемых операций в механическая обработка. Он широко используется в аэрокосмический и верфь отрасли. При фрезеровании карманов материал внутри произвольно замкнутой границы на плоской поверхности заготовки удаляется на фиксированную глубину. Обычно для фрезерования карманов используются концевые фрезы с плоским дном. Сначала выполняется черновая операция для удаления основной массы материала, а затем карман обрабатывается чистовой концевой фрезой.^[8]Большинство промышленных фрезерных операций может быть выполнено 2,5 оси ЧПУ фрезерование. Этот тип управления траекторией позволяет обрабатывать до 80% всех механических деталей. Поскольку важность фрезерования карманов очень важна, эффективные подходы к обработке карманов могут привести к сокращению время обработки и стоимость.^[9]NC фрезерование карманов может выполняться в основном двумя траекториями инструмента, а именно. линейные и нелинейные.^[10]

Линейный путь инструмента

В этом подходе движение инструмента является однонаправленным. Зигзагообразные и зигзагообразные траектории инструмента являются примерами линейной траектории инструмента.

Зигзагообразная траектория инструмента

При зигзагообразном фрезеровании материал удаляется как в прямом, так и в обратном направлении. В этом случае резка выполняется как при вращении шпинделя, так и против него. Это сокращает время обработки, но увеличивает машинный стук и износ инструмента.

Путь инструмента зиг

При фрезеровании зигзаг инструмент движется только в одном направлении. Инструмент необходимо поднимать и отводить после каждого реза, из-за чего увеличивается время обработки. Однако в случае зигзагообразного фрезерования качество поверхности лучше.

Нелинейная траектория инструмента

В этом подходе движение инструмента является разнонаправленным. Одним из примеров нелинейной траектории инструмента является траектория инструмента, параллельная контуру.

Путь инструмента, параллельный контуру

В этом подходе необходимая граница кармана используется для определения траектории инструмента. В этом случае резак всегда находится в контакте с обрабатываемым материалом. Таким образом, исключается время простоя, затрачиваемое на установку и втягивание инструмента. Для крупномасштабного удаления материала широко используется траектория инструмента, параллельная контуру, потому что ее можно последовательно использовать с методом подрезки вверх или вниз в течение всего процесса. Есть три различных подхода, которые попадают в категорию создания траектории инструмента, параллельной контуру. Они есть:

• Подход с попарным пересечением: При подходе с попарным пересечением граница кармана перемещается внутрь ступенчато. Смещенные сегменты пересекаются в вогнутых углах. Для получения необходимого контура эти пересечения необходимо обрезать. С другой стороны, в случае выпуклого угла смещенные сегменты удлиняются и тем самым соединяются, образуя контур. Эти операции, а именно. смещение, обрезка и удлинение выполняются многократно, чтобы покрыть весь объем обработки достаточным слоем профилей.^[11]
• Диаграмма Вороного Подход: В подходе диаграммы Вороного граница кармана сегментирована, и диаграмма Вороного строится для всей границы кармана. Эти диаграммы Вороного используются для создания траектории инструмента для обработки. Этот метод считается более эффективным и надежным. Более того, он позволяет избежать топологических проблем, связанных с традиционными алгоритмами смещения.^[12][13]

Криволинейная траектория инструмента

При таком подходе инструмент движется по постепенно развивающейся спиральной траектории. Спираль начинается в центре обрабатываемого кармана, и инструмент постепенно перемещается к границе кармана. Направление траектории инструмента постепенно изменяется, а местное ускорение и замедление инструмента сводятся к минимуму. Это снижает износ инструмента.^[14]

• 

  Зигзагообразная траектория инструмента

• 

  Путь инструмента зиг

• 

  Путь инструмента, параллельный контуру

• 

  Криволинейная траектория инструмента

История

1780-1810

Фрезерованные зубья шестерни на деревянных часах в стиле Терри.

Фрезерные станки произошли от практики ротационной опиловки, то есть работы дискового фрезы с файл -подобные зубы в передней бабке токарный станок. Вращающееся опиливание, а позднее и истинное фрезерование были разработаны для сокращения времени и усилий, затрачиваемых на ручное опиливание. Полная история разработки фрезерных станков, возможно, никогда не будет известна, потому что многие ранние разработки происходили в отдельных цехах, где мало записей хранилось для потомков. Однако общие очертания известны, как показано ниже. С точки зрения истории технологий ясно, что наименование этого нового типа обработки термином «фрезерование» было расширением прежних значений этого слова для обработки материалов путем их абразивного шлифования (резка, шлифование, дробление). и др.). Ротационная подача с большим опережением фрезерования. Ротационный файл от Жак де Вокансон, около 1760 г., хорошо известен.^[15][16]

В 1783 году Самуэль Рехе изобрел настоящий фрезерный станок.^[17] В 1795 г. Эли Терри начал использовать фрезерный станок в Плимуте, штат Коннектикут, для производства высоких часов. Используя фрезерный станок, Терри первым выполнил Сменные части в часовой промышленности. Фрезерование деревянных деталей было эффективным для получения взаимозаменяемых деталей, но неэффективным для получения высоких урожаев. Фрезерование деревянных заготовок приводит к низкому выходу деталей, поскольку одно лезвие станка может привести к потере зубьев шестерни, когда фреза ударит параллельные зерна в древесине. Terry later invented a spindle cutting machine to mass produce parts in 1807. Other Connecticut clockmakers like James Harrison of Waterbury, Thomas Barnes of Litchfield, and Gideon Roberts of Bristol, also used milling machines to produce their clocks. ^[18]

1810s–1830s

This milling machine was long credited to Eli Whitney and dated to circa 1818. From the 1910s through the 1940s, this version of its provenance was widely published. In the 1950s and 1960s, various historians of technology mostly discredited the view of this machine as the first miller and possibly even of Whitney as its builder. Nonetheless, it is still an important early milling machine, regardless of its exact provenance.

The Middletown milling machine of circa 1818, associated with Robert Johnson and Simeon North.

The milling machine built by James Nasmyth between 1829 and 1831 for milling the six sides of a hex nut using an indexing fixture.

It is clear that milling machines as a distinct class of machine tool (separate from lathes running rotary files) first appeared between 1814 and 1818. The centers of earliest development of true milling machines were two federal оружейные of the U.S. (Springfield и Харперс Ферри ) together with the various private armories and inside contractors that shared оборот of skilled workmen with them. Between 1912 and 1916, Joseph W. Roe, a respected founding father of machine tool historians, credited Эли Уитни (one of the private arms makers mentioned above) with producing the first true milling machine.^[19][20] By 1918, he considered it "Probably the first milling machine ever built—certainly the oldest now in existence […]."^[21] However, subsequent scholars, including Robert S. Woodbury^[22] и другие,^[23] have improved upon Roe's early version of the history and suggest that just as much credit—in fact, probably more—belongs to various other inventors, including Robert Johnson of Мидлтаун, Коннектикут; Капитан Джон Х. Холл of the Harpers Ferry armory; Симеон Норт of the Staddle Hill factory in Middletown; Roswell Lee of the Springfield armory; и Томас Бланшар. (Several of the men mentioned above are sometimes described on the internet as "the inventor of the first milling machine" or "the inventor of interchangeable parts". Such claims are oversimplified, as these technologies evolved over time among many people.)

Peter Baida,^[23] citing Edward A. Battison's article "Eli Whitney and the Milling Machine," which was published in the Смитсоновский журнал истории in 1966, exemplifies the dispelling of the "Великий человек " image of Whitney by historians of technology working in the 1950s and 1960s. He quotes Battison as concluding that "There is no evidence that Whitney developed or used a true milling machine." Baida says, "The so-called Whitney machine of 1818 seems actually to have been made after Whitney's death in 1825." Baida cites Battison's suggestion that the first true milling machine was made not by Whitney, but by Robert Johnson of Middletown.^[23]

The late teens of the 19th century were a pivotal time in the history of machine tools, as the period of 1814 to 1818 is also the period during which several contemporary pioneers (Лиса, Мюррей, и Робертс ) were developing the строгальный станок,^[24] and as with the milling machine, the work being done in various shops was undocumented for various reasons (partially because of proprietary secrecy, and also simply because no one was taking down records for posterity).

James Nasmyth built a milling machine very advanced for its time between 1829 and 1831.^[25] It was tooled to mill the six sides of a hex nut that was mounted in a six-way индексация fixture.

A milling machine built and used in the shop of Gay & Silver (aka Gay, Silver, & Co) in the 1830s was influential because it employed a better method of vertical positioning than earlier machines. For example, Whitney's machine (the one that Roe considered the very first) and others did not make provision for vertical travel of the knee. Evidently, the рабочий процесс assumption behind this was that the machine would be set up with shims, vise, etc. for a certain part design, and successive parts did not require vertical adjustment (or at most would need only shimming). This indicates that early thinking about milling machines was as production and not as мастерская машины.

In these early years, milling was often viewed as only a roughing operation to be followed by finishing with a hand file. The idea of сокращение hand filing was more important than замена Это.

1840s–1860

A typical Lincoln miller. The configuration was established in the 1850s. (This example was built by Пратт и Уитни, probably 1870s or 1880s.)

Some of the key men in milling machine development during this era included Frederick W. Howe, Фрэнсис А. Пратт, Елисей К. Рут, и другие. (These same men during the same era were also busy developing the state of the art in револьверные станки. Howe's experience at Gay & Silver in the 1840s acquainted him with early versions of both machine tools. His machine tool designs were later built at Роббинс и Лоуренс, то Providence Tool Company, и Браун и Шарп.) The most successful milling machine design to emerge during this era was the Линкольн Миллер, which rather than being a specific make and model of machine tool is truly a family of tools built by various companies on a common configuration over several decades. It took its name from the first company to put one on the market, George S. Lincoln & Company (formerly the Phoenix Iron Works), whose first one was built in 1855 for the Кольт оружейная.^[26]

During this era there was a continued blind spot in milling machine design, as various designers failed to develop a truly simple and effective means of providing slide travel in all three of the archetypal milling axes (X, Y, and Z—or as they were known in the past, longitudinal, traverse, and vertical). Vertical positioning ideas were either absent or underdeveloped. The Lincoln miller's spindle could be raised and lowered, but the original idea behind its positioning was to be set up in position and then run, as opposed to being moved frequently while running. Like a turret lathe, it was a repetitive-production machine, with each skilled setup followed by extensive fairly low skill operation.

1860-е годы

Brown & Sharpe's groundbreaking universal milling machine, 1861

In 1861, Frederick W. Howe, while working for the Providence Tool Company, asked Joseph R. Brown of Браун и Шарп for a solution to the problem of milling spirals, such as the flutes of twist drills. These were usually filed by hand at the time.^[27] (Helical planing existed but was by no means common.) Brown designed a "universal milling machine" that, starting from its first sale in March 1862, was wildly successful. It solved the problem of 3-axis travel (i.e., the axes that we now call XYZ) much more elegantly than had been done in the past, and it allowed for the milling of spirals using an индексирующая головка fed in coordination with the table feed. The term "universal" was applied to it because it was ready for any kind of work, including toolroom work, and was not as limited in application as previous designs. (Howe had designed a "universal miller" in 1852, but Brown's of 1861 is the one considered a groundbreaking success.)^[27]

Brown also developed and patented (1864) the design of formed milling cutters in which successive sharpenings of the teeth do not disturb the geometry of the form.^[16]

The advances of the 1860s opened the floodgates and ushered in modern milling practice.

1870s to World War I

A typical horizontal milling machine of the early 20th century. Suitable for toolroom, jobbing, or production use.

In these decades, Браун и Шарп и Cincinnati Milling Machine Company dominated the american milling machine field. However, hundreds of other firms also built milling machines at the time, and many were significant in various ways. Besides a wide variety of specialized production machines, the archetypal multipurpose milling machine of the late 19th and early 20th centuries was a heavy knee-and-column horizontal-spindle design with power table feeds, indexing head, and a stout overarm to support the arbor. The evolution of machine design was driven not only by inventive spirit but also by the constant evolution of milling cutters that saw milestone after milestone from 1860 through Первая Мировая Война.^[28][29]

World War I and interwar period

Around the end of World War I, machine tool control advanced in various ways that laid the groundwork for later CNC technology. В бурильный молоток popularized the ideas of coordinate dimensioning (dimensioning of all locations on the part from a single reference point); working routinely in "tenths" (ten-thousandths of an inch, 0.0001") as an everyday machine capability; and using the control to go straight from drawing to part, circumventing jig-making. In 1920 the new tracer design of J.C. Shaw was applied to Keller tracer milling machines for die sinking via the three dimensional copying of a template. This made die sinking faster and easier just as dies were in higher demand than ever before, and was very helpful for large steel dies such as those used to stamp sheets in automobile manufacturing. Such machines translated the tracer movements to input for сервоприводы that worked the machine leadscrews or hydraulics. They also spurred the development of antibacklash leadscrew nuts. All of the above concepts were new in the 1920s but became routine in the NC/CNC era. By the 1930s, incredibly large and advanced milling machines existed, such as the Cincinnati Hydro-Tel, that presaged today's CNC mills in every respect except for CNC control itself.

Bridgeport milling machine

In 1936, Rudolph Bannow (1897–1962) conceived of a major improvement to the milling machine.^[30] His company commenced manufacturing a new knee-and-column vertical mill in 1938. This was the Бриджпорт milling machine, often called a ram-type or turret-type mill because its head has sliding-ram and rotating-turret mounting. The machine became so popular that many other manufacturers created copies and variants. Furthermore, its name came to connote any such вариант. The Bridgeport offered enduring advantages over previous models. It was small enough, light enough, and affordable enough to be a practical acquisition for even the smallest machine shop businesses, yet it was also smartly designed, versatile, well-built, and rigid. Its various directions of sliding and pivoting movement allowed the head to approach the work from any angle. The Bridgeport's design became the dominant form for manual milling machines used by several generations of small- and medium-enterprise machinists. By the 1980s an estimated quarter-million Bridgeport milling machines had been built,^[30] and they (and their clones) are still being produced today.

1940s–1970s

By 1940, automation via cams, such as in screw machines and automatic chuckers, had already been very well developed for decades. Beginning in the 1930s, ideas involving сервомеханизмы had been in the air, but it was especially during and immediately after Вторая Мировая Война that they began to germinate (see also Numerical control > History ). These were soon combined with the emerging technology of digital компьютеры. This technological development milieu, spanning from the immediate pre–World War II period into the 1950s, was powered by the military capital expenditures that pursued contemporary advancements in the directing of gun and rocket artillery and in missile guidance —other applications in which humans wished to control the кинематика /dynamics of large machines quickly, precisely, and automatically. Sufficient R&D spending probably would not have happened within the machine tool industry alone; but it was for the latter applications that the will and ability to spend was available. Once the development was underway, it was eagerly applied to machine tool control in one of the many post-WWII instances of technology transfer.

In 1952, numerical control reached the developmental stage of laboratory reality. The first NC machine tool was a Cincinnati Hydrotel milling machine retrofitted with a scratch-built NC control unit. It was reported in Scientific American,^[31] just as another groundbreaking milling machine, the Brown & Sharpe universal, had been in 1862.

During the 1950s, numerical control moved slowly from the laboratory into commercial service. For its first decade, it had rather limited impact outside of aerospace work. But during the 1960s and 1970s, NC evolved into CNC, data storage and input media evolved, computer processing power and memory capacity steadily increased, and NC and CNC machine tools gradually disseminated from an environment of huge corporations and mainly aerospace work to the level of medium-sized corporations and a wide variety of products. NC and CNC's drastic advancement of machine tool control deeply transformed the culture of manufacturing.^[32] The details (which are beyond the scope of this article) have evolved immensely with every passing decade.

1980-е годы по настоящее время

Computers and CNC machine tools continue to develop rapidly. В персональный компьютер revolution has a great impact on this development. By the late 1980s small machine shops had desktop computers and CNC machine tools. Soon after, hobbyists, artists, and designers began obtaining CNC mills and lathes. Manufacturers have started producing economically priced CNCs machines small enough to sit on a desktop which can cut at high resolution materials softer than stainless steel. They can be used to make anything from jewelry to printed circuit boards to gun parts, even fine art.

Milling standards

National and international standards are used to standardize the definitions, environmental requirements, and test methods used for milling. Selection of the standard to be used is an agreement between the supplier and the user and has some significance in the design of the mill. В Соединенных Штатах, КАК Я has developed the standards B5.45-1972 Milling Machines and B94.19-1997 Milling Cutters and End Mills.

General tolerances include: +/-.005" for local tolerances across most geometries, +/-.010" for plastics with variation depending on the size of the part, 0.030" minimum wall thickness for metals, and 0.060" minimum wall thickness for plastics.^[33]

Смотрите также

• Arbor milling
• Router (woodworking)
• Фрезерный станок с ЧПУ
• Cryomilling
• Фреза
• Multiaxis machining
• Фотохимическая обработка
• Фрезерование печатных плат
• 3D печать
• Электроэрозионная обработка

Рекомендации

Примечания

Библиография

дальнейшее чтение

• Hounshell, Дэвид А. (1984), От американской системы к массовому производству, 1800–1932 годы: развитие производственных технологий в США, Балтимор, Мэриленд: издательство Университета Джона Хопкинса, ISBN  978-0-8018-2975-8, LCCN  83016269, OCLC  1104810110
• Ролт, L.T.C. (1965), Краткая история станков, Кембридж, Массачусетс, США: MIT Press, OCLC  250074. Совместное издание опубликовано как Ролт, L.T.C. (1965), Инструменты для работы: краткая история станков, Лондон: Б. Т. Бэтсфорд, LCCN  65080822.