I. Principes en beïnvloedende factoren van meelopend frezen en conventioneel frezen in CNC-freesmachines
(A) Principes en gerelateerde invloeden van Climb Milling
Meelopend frezen is een specifieke freesmethode tijdens het bewerkingsproces van een CNC-freesmachine. Wanneer de rotatierichting van het onderdeel waar de frees het werkstuk raakt, gelijk is aan de voedingsrichting van het werkstuk, wordt dit meelopend frezen genoemd. Deze freesmethode is nauw verbonden met de mechanische structuurkenmerken van de freesmachine, met name de speling tussen de moer en de schroef. Bij meelopend frezen zal de horizontale freescomponentkracht veranderen en er speling is tussen de schroef en de moer, waardoor de werktafel en de schroef naar links en rechts bewegen. Deze periodieke beweging is een belangrijk probleem bij meelopend frezen, waardoor de beweging van de werktafel extreem instabiel wordt. De schade aan het snijgereedschap die door deze instabiele beweging wordt veroorzaakt, is duidelijk zichtbaar en de tanden van het snijgereedschap kunnen gemakkelijk beschadigd raken.
Meelopend frezen is een specifieke freesmethode tijdens het bewerkingsproces van een CNC-freesmachine. Wanneer de rotatierichting van het onderdeel waar de frees het werkstuk raakt, gelijk is aan de voedingsrichting van het werkstuk, wordt dit meelopend frezen genoemd. Deze freesmethode is nauw verbonden met de mechanische structuurkenmerken van de freesmachine, met name de speling tussen de moer en de schroef. Bij meelopend frezen zal de horizontale freescomponentkracht veranderen en er speling is tussen de schroef en de moer, waardoor de werktafel en de schroef naar links en rechts bewegen. Deze periodieke beweging is een belangrijk probleem bij meelopend frezen, waardoor de beweging van de werktafel extreem instabiel wordt. De schade aan het snijgereedschap die door deze instabiele beweging wordt veroorzaakt, is duidelijk zichtbaar en de tanden van het snijgereedschap kunnen gemakkelijk beschadigd raken.
Meelopend frezen heeft echter ook unieke voordelen. De richting van de verticale freescomponentkracht tijdens meelopend frezen is om het werkstuk op de werktafel te drukken. In dit geval zijn de glij- en wrijvingsverschijnselen tussen de tanden van het snijgereedschap en het bewerkte oppervlak relatief klein. Dit is van groot belang voor het bewerkingsproces. Ten eerste is het gunstig om de slijtage van de tanden van het snijgereedschap te verminderen. Het verminderen van de slijtage van de tanden van het snijgereedschap betekent dat de levensduur van het snijgereedschap kan worden verlengd, waardoor de bewerkingskosten worden verlaagd. Ten tweede kan deze relatief kleine wrijving het fenomeen van werkverharding verminderen. Werkverharding verhoogt de hardheid van het werkstukmateriaal, wat niet bevorderlijk is voor de daaropvolgende bewerkingsprocessen. Het verminderen van werkverharding draagt bij aan de bewerkingskwaliteit van het werkstuk. Bovendien kan meelopend frezen ook de oppervlakteruwheid verminderen, waardoor het oppervlak van het bewerkte werkstuk gladder wordt, wat zeer voordelig is voor het bewerken van werkstukken met hoge eisen aan de oppervlaktekwaliteit.
Opgemerkt dient te worden dat de toepassing van meelopend frezen bepaalde voorwaardelijke beperkingen kent. Wanneer de speling tussen de schroef en de moer van de werktafel kan worden ingesteld op minder dan 0,03 mm, kunnen de voordelen van meelopend frezen beter worden benut, omdat het bewegingsprobleem op dat moment effectief kan worden beheerst. Bovendien is meelopend frezen een betere keuze bij het frezen van dunne en lange werkstukken. Dunne en lange werkstukken vereisen stabielere bewerkingsomstandigheden tijdens het bewerkingsproces. De verticale componentkracht van meelopend frezen helpt het werkstuk te fixeren en problemen zoals vervorming tijdens het bewerkingsproces te verminderen.
(B) Principes en gerelateerde invloeden van conventioneel frezen
Conventioneel frezen is het tegenovergestelde van meelopend frezen. Wanneer de rotatierichting van het onderdeel waar de frees het werkstuk raakt verschilt van de aanvoerrichting van het werkstuk, wordt dit conventioneel frezen genoemd. Tijdens conventioneel frezen is de richting van de verticale freescomponent gericht op het optillen van het werkstuk, waardoor de glijafstand tussen de tanden van het snijgereedschap en het bewerkte oppervlak toeneemt en de wrijving toeneemt. Deze relatief grote wrijving brengt een reeks problemen met zich mee, zoals een verhoogde slijtage van het snijgereedschap en een verergering van de verharding van het bewerkte oppervlak. De verharding van het bewerkte oppervlak verhoogt de oppervlaktehardheid, vermindert de taaiheid van het materiaal en kan de nauwkeurigheid en oppervlaktekwaliteit van de daaropvolgende bewerkingen beïnvloeden.
Conventioneel frezen is het tegenovergestelde van meelopend frezen. Wanneer de rotatierichting van het onderdeel waar de frees het werkstuk raakt verschilt van de aanvoerrichting van het werkstuk, wordt dit conventioneel frezen genoemd. Tijdens conventioneel frezen is de richting van de verticale freescomponent gericht op het optillen van het werkstuk, waardoor de glijafstand tussen de tanden van het snijgereedschap en het bewerkte oppervlak toeneemt en de wrijving toeneemt. Deze relatief grote wrijving brengt een reeks problemen met zich mee, zoals een verhoogde slijtage van het snijgereedschap en een verergering van de verharding van het bewerkte oppervlak. De verharding van het bewerkte oppervlak verhoogt de oppervlaktehardheid, vermindert de taaiheid van het materiaal en kan de nauwkeurigheid en oppervlaktekwaliteit van de daaropvolgende bewerkingen beïnvloeden.
Conventioneel frezen heeft echter ook zijn eigen voordelen. De richting van de horizontale freescomponentkracht tijdens conventioneel frezen is tegengesteld aan de voedingsrichting van het werkstuk. Deze eigenschap zorgt ervoor dat de schroef en de moer goed vastzitten. In dit geval is de beweging van de werktafel relatief stabiel. Bij het frezen van werkstukken met een ongelijkmatige hardheid, zoals giet- en smeedstukken, waar harde lagen op het oppervlak en andere complexe situaties kunnen voorkomen, kan de stabiliteit van conventioneel frezen de slijtage van de tanden van het snijgereedschap verminderen. Dit komt doordat bij het bewerken van dergelijke werkstukken het snijgereedschap bestand moet zijn tegen relatief grote snijkrachten en complexe snijomstandigheden. Een instabiele beweging van de werktafel zal de schade aan het snijgereedschap verergeren, en conventioneel frezen kan deze situatie tot op zekere hoogte verlichten.
II. Gedetailleerde analyse van de kenmerken van meelopend frezen en conventioneel frezen in CNC-freesmachines
(A) Diepgaande analyse van de kenmerken van klimfrezen
- Veranderingen in snijdikte en het snijproces
Tijdens meelopend frezen vertoont de snijdikte van elke tand van het snijgereedschap een geleidelijk toenemend patroon van klein naar groot. Wanneer de tand van het snijgereedschap het werkstuk net raakt, is de snijdikte nul. Dit betekent dat de tand van het snijgereedschap glijdt over het snijvlak dat in de beginfase door de vorige tand van het snijgereedschap werd achtergelaten. Pas wanneer de tand van het snijgereedschap een bepaalde afstand over dit snijvlak glijdt en de snijdikte een bepaalde waarde bereikt, begint de tand van het snijgereedschap echt te snijden. Deze manier van het veranderen van de snijdikte verschilt aanzienlijk van die van conventioneel frezen. Onder dezelfde snijomstandigheden heeft deze unieke startmethode van het snijden een belangrijke invloed op de slijtage van het snijgereedschap. Omdat de tand van het snijgereedschap een glijproces heeft voordat het begint te snijden, is de impact op de snijkant van het snijgereedschap relatief klein, wat gunstig is voor de bescherming van het snijgereedschap. - Snijpad en gereedschapsslijtage
Vergeleken met conventioneel frezen is de weg die de tanden van het snijgereedschap afleggen op het werkstuk tijdens meelopend frezen korter. Dit komt doordat de snijmethode van meelopend frezen het contactpad tussen het snijgereedschap en het werkstuk directer maakt. Onder dergelijke omstandigheden, onder dezelfde snijcondities, is de slijtage van het snijgereedschap bij meelopend frezen relatief gering. Opgemerkt dient echter te worden dat meelopend frezen niet geschikt is voor alle werkstukken. Omdat de tanden van het snijgereedschap elke keer vanaf het oppervlak van het werkstuk beginnen te snijden, is meelopend frezen niet geschikt als er een harde huid op het oppervlak van het werkstuk zit, zoals sommige werkstukken na het gieten of smeden zonder behandeling. Omdat de hardheid van de harde huid relatief hoog is, zal dit een relatief grote impact hebben op de tanden van het snijgereedschap, de slijtage van het snijgereedschap versnellen en zelfs het snijgereedschap beschadigen. - Snijvervorming en stroomverbruik
De gemiddelde snijdikte bij meelopend frezen is groot, waardoor de snijvervorming relatief klein is. Een kleine snijvervorming betekent dat de spannings- en rekverdeling van het werkstukmateriaal tijdens het snijproces gelijkmatiger is, waardoor bewerkingsproblemen als gevolg van lokale spanningsconcentratie worden verminderd. Tegelijkertijd is het energieverbruik van meelopend frezen lager dan bij conventioneel frezen. Dit komt doordat de snijkrachtverdeling tussen het snijgereedschap en het werkstuk tijdens meelopend frezen gunstiger is, waardoor onnodig energieverlies wordt verminderd en de bewerkingsefficiëntie wordt verbeterd. In grootschalige productie- of bewerkingsomgevingen met eisen aan het energieverbruik is deze eigenschap van meelopend frezen van groot economisch belang.
(B) Diepgaande analyse van de kenmerken van conventioneel frezen
- Stabiliteit van de werktafelbeweging
Bij conventioneel frezen is de richting van de horizontale snijkracht die door de frees op het werkstuk wordt uitgeoefend tegengesteld aan de voedingsrichting van het werkstuk, waardoor de schroef en de moer van de werktafel altijd één zijde van de schroefdraad in nauw contact kunnen houden. Deze eigenschap garandeert de relatieve stabiliteit van de beweging van de werktafel. Tijdens het bewerkingsproces is een stabiele beweging van de werktafel een van de belangrijkste factoren die de bewerkingsnauwkeurigheid garandeert. Vergeleken met meelopend frezen is de richting van de horizontale freeskracht bij meelopend frezen gelijk aan de voedingsrichting van het werkstuk. Wanneer de kracht die door de tanden van het snijgereedschap op het werkstuk wordt uitgeoefend relatief groot is, zal de werktafel op en neer bewegen vanwege de speling tussen de schroef en de moer van de werktafel. Deze beweging verstoort niet alleen de stabiliteit van het snijproces, beïnvloedt de bewerkingskwaliteit van het werkstuk en kan het snijgereedschap ook ernstig beschadigen. Daarom is het stabiliteitsvoordeel van conventioneel frezen in sommige bewerkingsscenario's met hoge eisen aan bewerkingsnauwkeurigheid en strenge eisen aan gereedschapsbescherming een betere keuze. - Kwaliteit van het bewerkte oppervlak
Tijdens conventioneel frezen is de wrijving tussen de tanden van het snijgereedschap en het werkstuk relatief groot, wat een opvallend kenmerk is van conventioneel frezen. Deze relatief grote wrijving zal het fenomeen van verharding van het bewerkte oppervlak ernstiger maken. De verharding van het bewerkte oppervlak zal de oppervlaktehardheid verhogen, de taaiheid van het materiaal verminderen en de nauwkeurigheid en oppervlaktekwaliteit van de daaropvolgende bewerkingsprocessen beïnvloeden. Bij sommige bewerkingen van werkstukken die vervolgens moeten worden geslepen of met hoge precisie moeten worden gemonteerd, kan het koudgeharde oppervlak na conventioneel frezen bijvoorbeeld aanvullende behandelingsprocessen vereisen om de koudgeharde laag te verwijderen en zo aan de bewerkingsvereisten te voldoen. In sommige specifieke gevallen, zoals wanneer er een bepaalde eis is aan de oppervlaktehardheid van het werkstuk of wanneer het daaropvolgende bewerkingsproces niet gevoelig is voor de koudgeharde laag, kan deze eigenschap van conventioneel frezen echter ook worden benut.
III. Selectiestrategieën van meelopend frezen en conventioneel frezen in de eigenlijke bewerking
Bij de daadwerkelijke bewerking met een CNC-freesmachine moet bij de keuze voor meelopend frezen of conventioneel frezen rekening worden gehouden met meerdere factoren. Ten eerste moeten de materiaaleigenschappen van het werkstuk in overweging worden genomen. Als de hardheid van het werkstukmateriaal relatief hoog is en er een harde oppervlaktelaag aanwezig is, zoals bij sommige giet- en smeedstukken, is conventioneel frezen mogelijk een betere keuze, omdat conventioneel frezen de slijtage van het snijgereedschap tot op zekere hoogte kan verminderen en de stabiliteit van het bewerkingsproces kan waarborgen. Als de hardheid van het werkstukmateriaal echter uniform is en er hoge eisen worden gesteld aan de oppervlaktekwaliteit, zoals bij de bewerking van sommige fijnmechanische onderdelen, biedt meelopend frezen meer voordelen. Het kan de oppervlakteruwheid effectief verminderen en de oppervlaktekwaliteit van het werkstuk verbeteren.
Bij de daadwerkelijke bewerking met een CNC-freesmachine moet bij de keuze voor meelopend frezen of conventioneel frezen rekening worden gehouden met meerdere factoren. Ten eerste moeten de materiaaleigenschappen van het werkstuk in overweging worden genomen. Als de hardheid van het werkstukmateriaal relatief hoog is en er een harde oppervlaktelaag aanwezig is, zoals bij sommige giet- en smeedstukken, is conventioneel frezen mogelijk een betere keuze, omdat conventioneel frezen de slijtage van het snijgereedschap tot op zekere hoogte kan verminderen en de stabiliteit van het bewerkingsproces kan waarborgen. Als de hardheid van het werkstukmateriaal echter uniform is en er hoge eisen worden gesteld aan de oppervlaktekwaliteit, zoals bij de bewerking van sommige fijnmechanische onderdelen, biedt meelopend frezen meer voordelen. Het kan de oppervlakteruwheid effectief verminderen en de oppervlaktekwaliteit van het werkstuk verbeteren.
De vorm en grootte van het werkstuk zijn ook belangrijke overwegingen. Bij dunne en lange werkstukken helpt meelopend frezen de vervorming van het werkstuk tijdens het bewerkingsproces te verminderen, omdat de verticale componentkracht van meelopend frezen het werkstuk beter op de werktafel kan drukken. Voor sommige werkstukken met complexe vormen en grote afmetingen is het noodzakelijk om uitgebreid rekening te houden met de stabiliteit van de werktafelbeweging en de slijtage van het snijgereedschap. Als de eisen aan de stabiliteit van de werktafelbeweging tijdens het bewerkingsproces relatief hoog zijn, kan conventioneel frezen een geschiktere keuze zijn; als er meer aandacht wordt besteed aan het verminderen van de slijtage van het snijgereedschap en het verbeteren van de bewerkingsefficiëntie, en onder de omstandigheden die voldoen aan de bewerkingsvereisten, kan meelopend frezen worden overwogen.
Bovendien zullen de mechanische prestaties van de freesmachine zelf ook van invloed zijn op de keuze voor meelopend frezen of conventioneel frezen. Als de speling tussen de schroef en de moer van de freesmachine nauwkeurig kan worden afgesteld op een relatief kleine waarde, bijvoorbeeld minder dan 0,03 mm, kunnen de voordelen van meelopend frezen beter worden benut. Als de mechanische precisie van de freesmachine echter beperkt is en het spelingsprobleem niet effectief kan worden beheerst, kan conventioneel frezen een veiligere keuze zijn om problemen met de bewerkingskwaliteit en gereedschapsschade door de beweging van de werktafel te voorkomen. Concluderend, bij het bewerken met CNC-freesmachines moet de juiste freesmethode, meelopend frezen of conventioneel frezen, redelijkerwijs worden gekozen op basis van de specifieke bewerkingsvereisten en apparatuuromstandigheden om het beste bewerkingseffect te bereiken.