ΤΟΥ ΓΙΩΡΓΟΥ ΜΑΛΙΩΤΗ
Οι φρέζες μαζί με τους τόρνους τις πλάνες και τα δράπανα είναι από τις βασικές εργαλειομηχανές που επιτυγχάνουν διαμόρφωση υλικού με κοπή. Στο φρεζάρισμα όπως και στη λείανση ένα κοπτικό εργαλείο με αξονική συμμετρία μπορεί να περιστρέφεται ενώ το προς κατεργασία αντικείμενο προωθείται αξονικά. Στη φρέζα έχουμε τρεις κινήσεις κατεργασίας κατά τους άξονες Χ,Υ,Ζ. Οι κατεργασίες με φρέζα μπορούν να παράγουν επίπεδες επιφάνειες, ελικώσεις, οδοντώσεις, διαιρέσεις κομματιών αλλά είναι δυνατόν χα χρησιμεύσουν και για αντιγραφή κομματιών.
Τα κάθετα κέντρα κατεργασίας χρησιμοποιούνται ευρέως τα τελευταία χρόνια στις μηχανολογικές κατασκευές διότι παρέχουν τη δυνατότητα αυξημένης παραγωγικότητας σε ευνοϊκές εργονομικά συνθήκες. Η πιο διαδεδομένη εφαρμογή τους είναι στα δράπανα (punching), ωστόσο συναντώνται εφαρμογές τους και σε άλλες εργαλειομηχανές, όπως οι φρέζες
Είδη φρεζαρίσματος
Το φρεζάρισμα είναι μια συνήθης κατεργασία κοπής με εργαλείο πολλαπλής σημειακής επαφής. Το φρεζάρισμα είναι κοπή με περιστροφική κίνηση του κοπτικού εργαλείου και ανεξάρτητη κάθετη προς τον άξονα περιστροφής του εργαλείου προωθητική κίνηση του κατεργάσιμου τεμαχίου. Διακρίνονται δύο είδη φρεζαρίσματος, το περιφερικό φρεζάρισμα, όπου το εργαλείο περιστρέφεται οριζόντια και το μετωπικό φρεζάρισμα, όπου ο άξονας περιστροφής του κοπτικού εργαλείου είναι κατακόρυφος.
Συνθήκες κοπής
Οι βασικές συνθήκες κοπής κατά το φρεζάρισμα είναι:
~ Η πρόωση f ανά στροφή του κοπτικού εργαλείου και η πρόωση ανά οδόντα fz, δηλαδή το μήκος της πρόωσης μεταξύ δύο επιφανειών κοπής που η μια δημιουργείται αμέσως μετά την άλλη. Εάν z είναι ο αριθμός των οδόντων του κοπτικού εργαλείου, f=fz . z.
~ Η ταχύτητα κοπής v=πDn όπου D η εξωτερική διάμετρος του κοπτικού εργαλείου και n ο αριθμός των στροφών του.
~ Το βάθος (ή πλάτος) κοπής, δηλαδή το μήκος της εισόδου της κύριας κόψης του εργαλείου στο κατεργάσιμο τεμάχιο. Στο περιφερικό φρεζάρισμα αντιστοιχεί στο πλάτος κοπής ενώ στο μετωπικό φρεζάρισμα στο βάθος κοπής.
~ Το μέγεθός επαφής, που αντιστοιχεί στην ανά περιστροφή επαφή του κοπτικού εργαλείου πάνω στην κατεργασμένη επιφάνεια και κάθετα προς την κατεύθυνση της πρόωσης.
Κατά το περιφερικό φρεζάρισμα χαλύβων είναι δυνατές ταχύτητες κοπής μέχρι 80 m/min ενώ η πρόωση fz δεν υπερβαίνει εν γένει την τιμή 0,25 mm/οδόντα.
Αντίθετα προς τις άλλες συμβατικές κατεργασίες κοπής, στο φρεζάρισμα το απόβλητο έχει διατομή μεταβαλλόμενου πάχους που είναι συνέπεια της επαλληλίας της περιστροφής του κοπτικού εργαλείου και της πρόωσης του τεμαχ ίου. Ανάλογα με τον τρόπο σχηματισμού του αποβλήτου, το περιφερικό φρεζάρισμα διακρίνεται σε αντίρροπο και ομόρροπο. Στο αντίρροπο φρεζάρισμα το πάχος της διατομής του αποβλήτου μεταβάλλεται από μηδενική σε μια μέγιστη τιμή ενώ στο ομόρροπο φρεζάρισμα από τη μέγιστη τιμή του στη μηδενική.
Κοπτικά εργαλεία
Για την κατασκευή των κοπτικών εργαλείων φρέζας χρησιμοποιούνται ταχυχάλυβες σκληρομέταλλα. Στα κοπτικά εργαλεία από ταχυχάλυβες οι κοπτικοί οδόντες κατασκευάζονται επάνω στο σώμα του εργαλείου, ενώ στα κοπτικά εργαλεία από σκληρομέταλλα οι κοπτικές αιχμές προσδένονται ή συγκολλώνται στο σώμα του εργαλείου.
Το βήμα οδοντώσεως του εργαλείου εξαρτάται από την κινητήρια ισχύ της εργαλειομηχανής και επίσης από τον σχηματισμό του αποβλήτου. Ασυνεχές απόβλητο χρειάζεται ένα μικρότερο χώρο αποδοχής αποβλήτου και συνεπώς ένα μικρότερο βήμα οδοντώσεως. Κοπτικές κεφαλές για την κατεργασία χυτών υλικών μπορούν να αποτελούνται από μέχρι 200 πλακίδια σκληρομετάλλου.
Κατά την κατεργασία σε φρέζα πραγματοποιείται τουλάχιστον μια διακοπή της κοπής ανά οδόντα σε κάθε περιστροφή του εργαλείου. Αυτό σημαίνει για το κοπτικό υλικό εναλλασόμενες θερμικές και δυναμικές καταπονήσεις που οδηγούν σε οριζόντιες και κάθετες ρωγμές της κόψης του εργαλείου, με συνέπεια τη φθορά και την πιθανή θραύση του εργαλείου. Τα χρησιμοποιούμενα εδώ υλικά κοπτικού εργαλείου πρέπει να έχουν υψηλή συνεκτικότητα, υψηλή αντοχή σε εναλλαγές θερμοκρασίας και υψηλή αντοχή.
Κοπτικά εργαλεία για περιφερικό και μετωπικό φρεζάρισμα κατασκευάζονται με ευθύγραμμους ή ελικοειδείς οδόντες, με μέγιστη γωνία κλίσης 45ο . Τα κοπτικά εργαλεία με ελικοειδείς οδόντες εμφανίζουν ομαλότερη κοπτική δράση και καλύτερη ποιότητα επιφανείας σε σχέση με τα κοπτικά εργαλεία με ευθύγραμμους οδόντες.
Φρέζες CNC
Η ανάπτυξη των συστημάτων CNC πριν από αρκετές δεκαετίες έφερε επανάσταση σε όλους τους τύπους των εργαλειομηχανών, αλλά επηρέασε ιδιαίτερα τις κατεργασίες φρεζαρίσματος καθώς το φρεζάρισμα έγινε δυνατότητα πολλών εργαλειομηχανών που δεν θεωρούνται αποκλειστικά μηχανές φρεζαρίσματος
Το αποτέλεσμα της εξέλιξης των συστημάτων CNC είναι να είναι πιο συμφέρουσα η ένταξη στην παραγωγική διαδικασία του φρεζαρίσματος σε σχέση με παλιότερα. καθώς είναι δυνατή η κατασκευή με ακρίβεια και χαμηλό κόστος πολύ δύσκολων γεωμετρικά μορφών, πράγμα αδύνατο για τις κλασικές φρέζες.
Είναι αξιοσημείωτο ότι σήμερα υπάρχουν στην αγορά φρέζες CNC με παρόμοια μορφή με τις κλασικές φρέζες αλλά και μηχανές που κάνουν φρεζάρισμα αλλά δεν μοιάζουν καθόλου με φρέζες. Η εφαρμογή της φιλοσοφίας των συστημάτων CNC στις φρέζες επηρέασε σημαντικά τις παραγωγικές παραμέτρους. Συγκεκριμένα:
– Έφερε στο προσκήνιο καινούργιες μηχανές που δουλεύουν με μεγάλες ταχύτητες
– Έδωσε τη δυνατότητα αυτόματης τροφοδότησης αλλά και ποιοτικού ελέγχου επί της μηχανής, η φρέζα από εργαλείο υποστήριξης γίνεται εργαλείο γραμμής παραγωγής.
– Περιόρισε την τεράστια ποικιλία των εργαλείων φρέζας (και το αντίστοιχο κόστος προμήθειας ή κατασκευής τους)
– Τα κοπτικά εργαλεία των φρεζών προτιμάται να είναι εναλλάξιμα πλακίδια από σκληρομέταλλο προκειμένου να εκμεταλλευτεί η σύγχρονη παραγωγική διαδικασία τις αυξημένες δυνατότητες των καινούργιων φρεζών
Πολυαξονική κατεργασία
Οι πολυαξονικές κατεργασίες των υλικών επιτυγχάνουν την κατασκευή σύνθετων μεταλλικών μορφών χωρίς νεκρούς χρόνους κοπής βελτιώνοντας την παραγωγικότητα των κατασκευαστικών συστημάτων. Κατά την πολυαξονική κατεργασία διάφορες φάσεις φρεζαρίσματος και τορνιρίσματος και διάφοροι τύποι κοπής, όπως σφηνοκοπή και ελικοειδής κοπή μπορούν να γίνουν με τη χρησιμοποίηση ενός και μόνου μηχανήματος που θα κατεργάζεται ένα τεμάχιο τοποθετημένο σε μια αρχική θέση κατεργασίας.
Στις πολυαξονικές κατεργασίες είναι πιο εύκολο να προγραμματίσουμε κάθε μια συγκεκριμένη φάση χωριστά χρησιμοποιώντας τους Χ, Υ, Ζ χωρίς να λάβουμε υπ’ όψη την γωνία κοπής. Αυτό επιτυγχάνεται με την λειτουργία «Μετατόπιση Αρχής Προγράμματος» η οποία σε κάθε φάση μετατρέπει το σύστημα συντεταγμένων ανάλογα με την επιθυμητή γωνία κοπής.
Φρεζάρισμα επιφάνειας υπό γωνία
Το φρεζάρισμα επιφανείας υπό γωνία γίνεται με την τοποθέτηση του πάνω εργαλειοφορέα με φρεζοκεφαλή υπό γωνία στο επίπεδο που ορίζεται από τους Χ-Ζ Το σύστημα συντεταγμένων μιας γωνιακής κατεργασίας ορίζεται από τις συντεταγμένες των Χ-Υ-Ζ. Αυτό το σύστημα συντεταγμένων προκύπτει από το σύστημα συντεταγμένων του μηχανήματος Χ-Υ-Ζ όταν περιστραφούν περί τον Υ.
Τα αρχικά δεδομένα με τις αποστάσεις των εργαλείων που έχουν δοθεί αρχικά σε 0ο, περιστρέφονται αυτόματα σύμφωνα με τη γωνία κατεργασίας.
Στο φρεζάρισμα υπό γωνία οι γραμμικές και κυλινδρικές κινήσεις εκτελούνται ενώ το σύστημα εντολών ελέγχου των συντεταγμένων των αξόνων της γωνιακής κατεργασίας μετατρέπεται σε συντεταγμένες της μηχανής.
Για τη συγγραφή του κειμένου χρησιμοποιήθηκε μεταξύ άλλων υλικό από το εγχειρίδιο "ΕΡΓΑΛΕΙΟΜΗΧΑΝΕΣ" του Ακαδημαϊκού Καθηγητή Αθανασίου Γ. Μάμαλη, Διευθυντή του Τομέα Τεχνολογίας των Κατεργασιών της Σχολής Μηχανολόγων Μηχανικών του Ε.Μ.Π.
