Do zalet frezotoczenia należą m.in.: wysoka jakość obrobionej powierzchni, tworzenie krótkich wiórów, które ułatwiają zautomatyzowanie procesu, niewielkie nagrzewanie części obrabianej, duża wydajność obróbki, większa – w porównaniu do toczenia – trwałość narzędzia i mniejsza energochłonność, a także ekonomiczna obróbka dużych i ciężkich przedmiotów. Jednak uzyskanie pożądanych efektów jest tu uwarunkowane znajomością wpływu wielu czynników na proces. Ogólnie można je podzielić na kilka grup: związane z obrabiarką, z warunkami przebiegu procesu i z narzędziem skrawającym. Od nich bezpośrednio zależą wydajność procesu, jakość powierzchni obrobionej, dokładność kształtowo-wymiarowa i postać tworzonego wióra.

Jak to się odbywa

Frezowanie obrotowe to proces obróbki skrawaniem, podczas którego przedmiot obrabiany i narzędzie skrawające wykonują ruch obrotowy. Na prędkość skrawania składają się tu trzy wartości: prędkość obwodowa obrabianego przedmiotu, prędkość obwodowa narzędzia (z reguły większa od prędkości przedmiotu) i prędkość posuwu narzędzia lub przedmiotu obrabianego.

Głównym ruchem w procesie frezotoczenia jest ruch obrotowy narzędzia skrawającego, którego prędkość jest podstawową wielkością podlegającą optymalizacji warunków skrawania. W zależności od zadania frez przemieszczany jest po torze równoległym do osi przedmiotu lub realizuje ruch posuwowy wgłębny. Wyróżnia się dwa rodzaje frezowania obrotowego ze względu na kierunki ruchu obrotowego przedmiotu obrabianego i narzędzia: (1) frezowanie obrotowe przeciwbieżne – gdy kierunki ruchu obrotowego przedmiotu obrabianego i narzędzia są przeciwne, (2) frezowanie obrotowe współbieżne – gdy te kierunki są zgodne. Jednak podstawowym kryterium podziału odmian frezowania obrotowego jest wzajemne ustawienie osi przedmiotu obrabianego i narzędzia – rozróżnia się tu frezowanie obrotowe ortogonalne, w którym osie ustawione są prostopadle do siebie, i frezowanie obrotowe równoległościowe.

Tabela 1. Podział frezotoczenia w zależności od usytuowania osi narzędzia i przedmiotu obrabianego

Dużą zaletą frezowania obrotowego jest to, że prędkość skrawania zależy od prędkości obrotowej narzędzia, co pozwala na obróbkę przedmiotów niewyważonych lub wykonanych z materiałów trudnoobrabialnych z prędkością skrawania optymalną dla określonego rodzaju materiału przedmiotu i materiału ostrza skrawającego.

Charakterystyczna dla procesu frezowania nieciągłość skrawania każdego z ostrzy sprawia, że obciążenie cieplne ostrzy skrawających przy frezowaniu obrotowym jest znacznie mniejsze niż przy toczeniu z ta samą wydajnością. W przeciwieństwie do noża tokarskiego, który jest w ciągłym kontakcie z materiałem przedmiotu, ostrza frezu są w kontakcie okresowym, co powoduje skrócenie drogi tarcia i polepsza warunki chłodzenia. Ruch obrotowy narzędzia powoduje, że jego ostrza wcinają się kolejno w obracający się przedmiot obrabiany i wytwarzana jest duża ilość krótkich, przecinkowych wiórów. Frezowanie obrotowe stosuje się i do obróbki wstępnej, i wykańczającej. Zastosowanie odpowiednich narzędzi, obrabiarek i optymalnych parametrów roboczych może dać w rezultacie jakość powierzchni, która w wielu przypadkach eliminuje konieczność dalszej obróbki.

Frezowanie obrotowe ma szerokie zastosowanie. Może być wykorzystywane do obróbki zewnętrznych i wewnętrznych powierzchni, powierzchni czołowych oraz zewnętrznych obrotowo-symetrycznych powierzchni kształtowych.

Parametry technologiczne

Podstawowymi parametrami technologicznymi, które określają ruch narzędzia i przedmiotu obrabianego, są: prędkość skrawania (vc, m/min), posuw obwodowy na jedno ostrze (fz, mm/1), posuw osiowy – wzdłużny (fw, mm/obrót), posuw poprzeczny – promieniowy (fr, mm/obrót), styk wgłębny krawędzi skrawającej (ap, mm) i szerokość frezowania (B, mm).

Prędkość skrawania to chwilowa prędkość ruchu głównego rozpatrywanego punktu krawędzi skrawającej w stosunku do przedmiotu obrabianego. Prędkość ta jest sumą geometryczną prędkości wszystkich ruchów składowych skrawania, tj. prędkości obwodowej narzędzia i przedmiotu obrabianego oraz posuwu wzdłużnego lub poprzecznego. Posuw obwodowy na jedno ostrze odpowiada długości odcinka drogi ruchu posuwowego przypadającej na obrót w ruchu głównym o kąt podziałki międzyostrzowej. Posuwem wzdłużnym nazywa się posuw w kierunku wzdłużnym do osi przedmiotu obrabianego, który przypada na jeden obrót przedmiotu obrabianego. Posuw poprzeczny natomiast odpowiada przesunięciu freza w głąb materiału obrabianego przypadającemu na jeden obrót przedmiotu.

Styk wgłębny krawędzi skrawającej równy jest dosuwowi narzędzia. Przy frezowaniu obrotowym czołowym jest to odległość między powierzchnią obrabianą a powierzchnią obrobioną, mierzona w kierunku prostopadłym do osi przedmiotu obrabianego. Przy frezowaniu obrotowym równoległościowym styk wgłębny krawędzi skrawającej jest odległością między dwoma kolejnymi położeniami krawędzi skrawającej, mierzoną w kierunku prostopadłym do szerokości warstwy skrawanej na jeden obrót części obrabianej. Szerokością frezowania nazywa się odcinek odpowiadający rzutowistyku frezu z częścią obrabianą.

Rodzaje frezotoczenia

W przemyśle stosuje się wiele sposobów frezowania obrotowego. Ich różnorodność wpłynęła na sposób kwalifikacji obróbki w zależności od wzajemnego położenia narzędzia i przedmiotu oraz podstawowych ruchów skrawania, a także na rozróżnienie obróbki powierzchni zewnętrznych i wewnętrznych. Każda z wymienionych poniżej odmian frezowania może być realizowana sposobem współbieżnym i przeciwbieżnym. Frezowanie obrotowe powierzchni zewnętrznych można podzielić na ortogonalne (ang. orthogonal turn-milling), zwane też czołowym, przy którym osie narzędzia i przedmiotu ułożone są wzajemnie prostopadle, oraz równoległościowe (ang. coaxial turn-milling), nazywane również walcowym, w którym osie narzędzia i przedmiotu są równoległe (zob. tabela 1).

Frezowanie obrotowe ortogonalne (czołowe) ma zastosowanie do obróbki tylko powierzchni zewnętrznych i może być realizowane z posuwem poprzecznym (promieniowym), posuwem stycznym lub posuwem równoległym do osi przedmiotu. Przy frezowaniu obrotowym czołowym z posuwem wzdłużnym wyróżnia się wariant centryczny (osie narzędzia i przedmiotu tworzą płaszczyznę) oraz mimośrodowy.

Frezotoczenie centryczne umożliwia zmianę w bardzo szerokim zakresie prędkości obrotowej zarówno frezu, jak i przedmiotu obrabianego. Dobrą jakość powierzchni uzyskuje się przez zastosowanie skrajnych wartości parametrów technologicznych. Wykorzystuje się tu bardzo duże prędkości obrotowe obrabianego przedmiotu przy równoczesnych małych prędkościach obrotowych frezu i małych posuwach wzdłużnych bądź też bardzo małe prędkości obrotowe przedmiotu przy dużych prędkościach obrotowych frezu i dużym posuwie wzdłużnym. Metoda ta jest szczególnie zalecana do obróbki przedmiotów o dużych gabarytach.

Z frezowaniem obrotowym mimośrodowym mamy do czynienia wówczas, gdy nastąpi przesunięcie osi frezu o określoną wartość poniżej lub powyżej osi obrabianego przedmiotu. Takie przesunięcie nie powoduje powstawania błędów walcowości przedmiotu obrabianego.

Frezowaniem obrotowym równoległościowym (walcowym) obrabia się zarówno powierzchnie zewnętrzne, jak i wewnętrzne. Obróbka powierzchni zewnętrznych może odbywać się ze stykiem zewnętrznym narzędzia lub przy użyciu specjalnej głowicy ze stykiem wewnętrznym ostrzy, przy czym te dwie odmiany mogą być realizowane z posuwem wzdłużnym lub poprzecznym. Przy frezowaniu obrotowym powierzchni wewnętrznych rozróżnia się dwa warianty.

W pierwszym przedmiot jest nieruchomy, a narzędzie wykonuje ruch obiegowy, natomiast w drugim zarówno przedmiot, jak i narzędzie wykonują ruch obrotowy. W tym drugim przypadku możliwa jest obróbka z posuwem wzdłużnym lub wgłębnym.

Możliwe błędy kształtu

Proces frezowania obrotowego pomimo wielu zalet ma również dość istotną wadę – to uwarunkowane procesem wady kształtu powierzchni obrobionych w kierunku obwodowym i wzdłużnym. W wyniku przerywanego procesu skrawania przy frezowaniu obrotowym powstają odchyłki rzeczywistego zarysu powierzchni przedmiotu obrabianego względem zarysu teoretycznego, jaki ma powstać w wyniku obróbki.

Na jakość powierzchni obrobionej frezotoczeniem wpływają następujące czynniki:

• geometria ostrza skrawającego,

• dokładność ustawienia ostrzy skrawających w kierunku osiowym i obwodowym (bicie osiowe i promieniowe),

• wartość parametrów technologicznych (posuw na jedno ostrze, stosunek prędkości obrotowych narzędzia i przedmiotu obrabianego, posuw wzdłużny),

• liczba ostrzy narzędzia,

• ustawienie narzędzia względem przedmiotu obrabianego (mimośrodowość, odchylenie osi frezu od prostopadłości do osi przedmiotu),

• sztywność układu OUPN (obrabiarka, uchwyt, przedmiot, narzędzie).

Przy ortogonalnym frezotoczeniu powstają dwa rodzaje błędów kształtu:

• charakterystyczne uskoki (fazy) w kierunku obwodowym, spowodowane przerywanym skrawaniem,

• pewnego rodzaju „fala” w kierunku wzdłużnym – wyróżnia się dwie formy tego błędu: pierwsza powstaje, gdy czołowa krawędź skrawająca styka się na małej długości z powierzchnią obrobioną przedmiotu podczas jego obrotu, druga natomiast jest wynikiem występowania posuwu wzdłużnego o wartości większej niż długość rzutu czołowej krawędzi skrawającej na kierunek osi wzdłużnej przedmiotu.

Przy frezowaniu obrotowym równoległościowym mogą powstać błędy kształtu w kierunku obwodowym i wzdłużnym, będące wynikiem złego doboru parametrów skrawania. Na tworzenie się obu błędów wpływ ma główna krawędź skrawająca (krawędź obwodowa). Podobnie jak przy frezowaniu ortogonalnym w kierunku obwodowym powstaje tu wzór złożony z uskoków. Kształtowanie fali podobnej do fali powierzchni gwintowej następuje wówczas, gdy wartość posuwu osiowego jest większa niż długość głównej krawędzi skrawającej.

_________________________________________________________________________________________________

LITERATURA

[1] Merkel P., 1990, Schleifqualität in einem Schnitt. Hochgeschwindigkeits – Drehfräsen steigert Produktivität, „Industrie – Anzeiger“ 112.

[2] Oczoś K., 1990, Szybkościowe frezotoczenie, „Mechanik”, nr 1–2.

[3] Schulz H., 1990, High speed turn-milling – A new precision manufacturing technology for the machining of rotationally symmetrical workpieces, „Annals of CIRP“, 39.

[4] Schulz H., Sahm D., 1995, Technologie des orthogonalen Hochgeschwindigkeitsdrehfräsen, „WT – Production und Management“, 85.