I. CNC-freespinkide ronimis- ja tavapärase freesimise põhimõtted ja mõjutavad tegurid
(A) Ronimisfreesimise põhimõtted ja nendega seotud mõjud
CNC-freespingi töötlemisprotsessi käigus on ronimisfreesimine spetsiifiline freesimismeetod. Kui freesi ja tooriku kokkupuutepunkti pöörlemissuund on sama, mis tooriku etteandesuund, nimetatakse seda ronimisfreesimiseks. See freesimismeetod on tihedalt seotud freespingi mehaaniliste konstruktsiooniomadustega, eriti mutri ja kruvi vahelise lõtkuga. Ronimisfreesimise puhul, kuna horisontaalse freesimiskomponendi jõud muutub ja kruvi ja mutri vahel on lõtk, põhjustab see töölaua ja kruvi liikumist vasakule ja paremale. See perioodiline liikumine on ronimisfreesimisel oluline probleem, mis muudab töölaua liikumise äärmiselt ebastabiilseks. Selle ebastabiilse liikumise põhjustatud lõikeriista kahjustused on ilmsed ja lõikeriista hambaid on lihtne kahjustada.
CNC-freespingi töötlemisprotsessi käigus on ronimisfreesimine spetsiifiline freesimismeetod. Kui freesi ja tooriku kokkupuutepunkti pöörlemissuund on sama, mis tooriku etteandesuund, nimetatakse seda ronimisfreesimiseks. See freesimismeetod on tihedalt seotud freespingi mehaaniliste konstruktsiooniomadustega, eriti mutri ja kruvi vahelise lõtkuga. Ronimisfreesimise puhul, kuna horisontaalse freesimiskomponendi jõud muutub ja kruvi ja mutri vahel on lõtk, põhjustab see töölaua ja kruvi liikumist vasakule ja paremale. See perioodiline liikumine on ronimisfreesimisel oluline probleem, mis muudab töölaua liikumise äärmiselt ebastabiilseks. Selle ebastabiilse liikumise põhjustatud lõikeriista kahjustused on ilmsed ja lõikeriista hambaid on lihtne kahjustada.
Siiski on ka tõusfreesimisel omad ainulaadsed eelised. Vertikaalse freesimiskomponendi jõu suund tõusfreesimisel on suunatud tooriku surumisele töölauale. Sellisel juhul on lõikeriista hammaste ja töödeldava pinna vaheline libisemis- ja hõõrdetegur suhteliselt väike. See on töötlemisprotsessi seisukohalt väga oluline. Esiteks on kasulik vähendada lõikeriista hammaste kulumist. Lõikeriista hammaste kulumise vähendamine tähendab lõikeriista kasutusea pikendamist, mis vähendab töötlemisprotsessi kulusid. Teiseks võib see suhteliselt väike hõõrdumine vähendada töötlemiskõvenemist. Töötlemiskõvenemine suurendab tooriku materjali kõvadust, mis ei soodusta järgnevaid töötlemisprotsessisid. Töötlemiskõvenemise vähendamine aitab tagada tooriku töötlemise kvaliteeti. Lisaks võib tõusfreesimine vähendada ka pinna karedust, muutes töödeldud tooriku pinna siledamaks, mis on väga kasulik toorikute töötlemisel, mille puhul on pinna kvaliteedile esitatud kõrged nõuded.
Tuleb märkida, et ronimisfreesimisel on teatud tingimuslikud piirangud. Kui kruvi ja töölaua mutri vahelist kaugust saab reguleerida alla 0,03 mm, saab ronimisfreesimise eeliseid paremini rakendada, kuna sel ajal saab liikumisprobleemi tõhusalt kontrollida. Lisaks on ronimisfreesimine parem valik ka õhukeste ja pikkade toorikute freesimisel. Õhukesed ja pikad toorikud vajavad töötlemisprotsessi ajal stabiilsemaid töötlemistingimusi. Ronimisfreesimise vertikaalne komponentjõud aitab toorikut fikseerida ja vähendada töötlemisprotsessi ajal tekkivaid probleeme, nagu deformatsioon.
(B) Tavapärase freesimise põhimõtted ja nendega seotud mõjud
Tavapärane freesimine on vastand tõusufreesimisele. Kui freesi ja tooriku kokkupuutepunkti pöörlemissuund erineb tooriku etteande suunast, nimetatakse seda tavaliseks freesimiseks. Tavapärase freesimise ajal on vertikaalse freesimiskomponendi jõu suund toorikut tõsta, mis suurendab lõikeriista hammaste ja töödeldava pinna vahelist libisemiskaugust ja hõõrdumist. See suhteliselt suur hõõrdumine toob kaasa rea probleeme, näiteks lõikeriista kulumise suurenemise ja töödeldava pinna töötlemiskõvenemise süvenemise. Töödeldud pinna töötlemiskõvenemine suurendab pinna kõvadust, vähendab materjali sitkust ning võib mõjutada järgnevate töötlemisprotsesside täpsust ja pinnakvaliteeti.
Tavapärane freesimine on vastand tõusufreesimisele. Kui freesi ja tooriku kokkupuutepunkti pöörlemissuund erineb tooriku etteande suunast, nimetatakse seda tavaliseks freesimiseks. Tavapärase freesimise ajal on vertikaalse freesimiskomponendi jõu suund toorikut tõsta, mis suurendab lõikeriista hammaste ja töödeldava pinna vahelist libisemiskaugust ja hõõrdumist. See suhteliselt suur hõõrdumine toob kaasa rea probleeme, näiteks lõikeriista kulumise suurenemise ja töödeldava pinna töötlemiskõvenemise süvenemise. Töödeldud pinna töötlemiskõvenemine suurendab pinna kõvadust, vähendab materjali sitkust ning võib mõjutada järgnevate töötlemisprotsesside täpsust ja pinnakvaliteeti.
Siiski on ka tavapärasel freesimisel omad eelised. Horisontaalse freesimiskomponendi jõu suund tavapärase freesimise ajal on vastupidine tooriku etteande liikumissuunale. See omadus aitab kruvil ja mutril tihedalt kokku sobida. Sellisel juhul on töölaua liikumine suhteliselt stabiilne. Ebaühtlase kõvadusega toorikute, näiteks valandid ja sepised, freesimisel, kus pinnal võib olla kõva pind ja muudes keerulistes olukordades, võib tavapärase freesimise stabiilsus vähendada lõikeriista hammaste kulumist. Selliste toorikute töötlemisel peab lõikeriist vastu pidama suhteliselt suurtele lõikejõududele ja keerulistele lõiketingimustele. Kui töölaua liikumine on ebastabiilne, süvendab see lõikeriista kahjustusi ja tavaline freesimine võib seda olukorda teatud määral leevendada.
II. CNC-freespinkide ronimis- ja tavapärase freesimise omaduste üksikasjalik analüüs
(A) Ronimisfreesimise omaduste põhjalik analüüs
- Lõikepaksuse ja lõikeprotsessi muutused
Tõusfreesimisel suureneb lõikeriista iga hamba lõikepaksus järk-järgult väikesest suureni. Kui lõikeriista hammas puudutab töödeldavat detaili, on lõikepaksus null. See tähendab, et lõikeriista hammas libiseb lõikepinnal, mille jättis algstaadiumis eelmise lõikeriista hamba. Alles siis, kui lõikeriista hammas libiseb sellel lõikepinnal teatud vahemaa ja lõikepaksus saavutab teatud väärtuse, hakkab lõikeriista hammas tegelikult lõikama. See lõikepaksuse muutmise viis erineb oluliselt tavapärasest freesimisest. Samades lõiketingimustes on sellel ainulaadsel lõike algusmeetodil oluline mõju lõikeriista kulumisele. Kuna lõikeriista hammas libiseb enne lõikamise alustamist, on mõju lõikeriista lõikeservale suhteliselt väike, mis on kasulik lõikeriista kaitsmiseks. - Lõiketee ja tööriista kulumine
Võrreldes tavapärase freesimisega on lõikeriista hammaste teekond toorikul ronimisfreesimisel lühem. See on tingitud asjaolust, et ronimisfreesimise lõikemeetod muudab lõikeriista ja tooriku vahelise kokkupuutetee otsesemaks. Sellistel asjaoludel ja samadel lõiketingimustel on lõikeriista kulumine ronimisfreesimisel suhteliselt väike. Siiski tuleb märkida, et ronimisfreesimine ei sobi kõigi toorikute jaoks. Kuna lõikeriista hambad hakkavad iga kord lõikama tooriku pinnalt, siis kui tooriku pinnal on kõva pind, näiteks mõnedel töötlemata valamise või sepistamise toorikutel, ei ole ronimisfreesimine sobiv. Kuna kõva pind on suhteliselt kõrge, avaldab see lõikeriista hammastele suhteliselt suurt mõju, kiirendab lõikeriista kulumist ja võib isegi lõikeriista kahjustada. - Lõikedeformatsioon ja energiatarve
Tõusfreesimise ajal on keskmine lõikepaksus suur, mis muudab lõikedeformatsiooni suhteliselt väikeseks. Väike lõikedeformatsioon tähendab, et pinge ja deformatsiooni jaotus töödeldava materjali vahel lõikeprotsessi ajal on ühtlasem, mis vähendab lokaalse pingekontsentratsiooni põhjustatud töötlemisprobleeme. Samal ajal on tõusfreesimise energiatarve tavapärase freesimisega võrreldes väiksem. See on tingitud asjaolust, et lõikejõu jaotus lõikeriista ja töödeldava detaili vahel tõusfreesimise ajal on mõistlikum, mis vähendab tarbetuid energiakadusid ja parandab töötlemise efektiivsust. Suuremahulises tootmis- või töötlemiskeskkonnas, kus on energiatarbimise nõuded, on sellel tõusfreesimise omadusel oluline majanduslik tähtsus.
(B) Tavapärase freesimise omaduste põhjalik analüüs
- Töölaua liikumise stabiilsus
Tavapärase freesimise ajal, kuna freesi poolt töödeldavale detailile avaldatava horisontaalse lõikejõu suund on vastupidine töödeldava detaili etteande liikumise suunale, suudavad töölaua kruvi ja mutter alati hoida keerme ühte külge tihedas kontaktis. See omadus tagab töötasapinna liikumise suhtelise stabiilsuse. Töötlemisprotsessi ajal on töötasapinna stabiilne liikumine üks võtmetegureid, mis tagab töötlemise täpsuse. Võrreldes tõusfreesimisega on tõusfreesimisel horisontaalse freesimisjõu suund sama, mis töödeldava detaili etteande liikumise suund, mistõttu lõikeriista hammaste poolt töödeldavale detailile avaldatav jõud on suhteliselt suur, mistõttu liigub töölaud kruvi ja töölaua mutri vahelise lõtku tõttu üles ja alla. See liikumine mitte ainult ei häiri lõikamisprotsessi stabiilsust ega mõjuta töödeldava detaili töötlemise kvaliteeti, vaid võib ka lõikeriista tõsiselt kahjustada. Seetõttu on mõnes töötlemisprotsessis, kus töötlemise täpsuse ja tööriistade kaitse nõuded on kõrged, tavapärase freesimise stabiilsuse eelis sobivam valik. - Töödeldud pinna kvaliteet
Tavapärase freesimise ajal on lõikeriista hammaste ja tooriku vaheline hõõrdumine suhteliselt suur, mis on tavapärase freesimise silmapaistev omadus. Suhteliselt suur hõõrdumine põhjustab töödeldud pinna töötlemiskõvenemise fenomeni süvenemist. Töödeldud pinna töötlemiskõvenemine suurendab pinna kõvadust, vähendab materjali sitkust ning võib mõjutada järgneva töötlemisprotsessi täpsust ja pinnakvaliteeti. Näiteks mõne tooriku töötlemisel, mis nõuab järgnevat lihvimist või ülitäpset kokkupanekut, võib tavapärase freesimise järel tekkinud külmkõva pind vajada täiendavaid töötlusprotsesse, et eemaldada külmkõva kiht ja see vastaks töötlemisnõuetele. Kuid teatud erijuhtudel, näiteks kui tooriku pinna kõvadusele on teatud nõuded või kui järgnev töötlemine ei ole pinna külmkõva kihi suhtes tundlik, saab seda tavapärase freesimise omadust ka ära kasutada.
III. Ronimisfreesimise ja tavapärase freesimise valikustrateegiad tegelikus töötlemises
CNC-freespinkide tegelikus töötlemises tuleb ronimis- või tavalise freesimise valimisel põhjalikult arvestada mitme teguriga. Esiteks tuleb arvestada tooriku materjali omadustega. Kui tooriku materjali kõvadus on suhteliselt kõrge ja pinnal on kõva pind, näiteks mõned valandid ja sepised, võib tavaline freesimine olla parem valik, kuna tavaline freesimine võib teatud määral vähendada lõikeriista kulumist ja tagada töötlemisprotsessi stabiilsuse. Kui aga tooriku materjali kõvadus on ühtlane ja pinnakvaliteedile on seatud kõrged nõuded, näiteks mõnede täppismehaaniliste osade töötlemisel, on ronimisfreesimisel rohkem eeliseid. See võib tõhusalt vähendada pinna karedust ja parandada tooriku pinnakvaliteeti.
CNC-freespinkide tegelikus töötlemises tuleb ronimis- või tavalise freesimise valimisel põhjalikult arvestada mitme teguriga. Esiteks tuleb arvestada tooriku materjali omadustega. Kui tooriku materjali kõvadus on suhteliselt kõrge ja pinnal on kõva pind, näiteks mõned valandid ja sepised, võib tavaline freesimine olla parem valik, kuna tavaline freesimine võib teatud määral vähendada lõikeriista kulumist ja tagada töötlemisprotsessi stabiilsuse. Kui aga tooriku materjali kõvadus on ühtlane ja pinnakvaliteedile on seatud kõrged nõuded, näiteks mõnede täppismehaaniliste osade töötlemisel, on ronimisfreesimisel rohkem eeliseid. See võib tõhusalt vähendada pinna karedust ja parandada tooriku pinnakvaliteeti.
Olulised kaalutlused on ka töödeldava detaili kuju ja suurus. Õhukeste ja pikkade toorikute puhul aitab ronimisfreesimine vähendada tooriku deformatsiooni töötlemisprotsessi ajal, kuna ronimisfreesimise vertikaalne komponentjõud suudab toorikut paremini töölauale suruda. Mõnede keeruka kuju ja suurte mõõtmetega toorikute puhul on vaja põhjalikult arvestada töölaua liikumise stabiilsuse ja lõikeriista kulumisega. Kui töölaua liikumise stabiilsuse nõue töötlemisprotsessi ajal on suhteliselt kõrge, võib tavapärane freesimine olla sobivam valik; kui lõikeriista kulumise vähendamisele ja töötlemise efektiivsuse parandamisele pööratakse rohkem tähelepanu ning tingimustes, mis vastavad töötlemise nõuetele, võib kaaluda ronimisfreesimist.
Lisaks mõjutab freespingi enda mehaaniline jõudlus ka ronimis- ja tavalise freesimise valikut. Kui freespingi kruvi ja mutri vahelist lõtku saab täpselt reguleerida suhteliselt väikeseks väärtuseks, näiteks alla 0,03 mm, saab ronimisfreesimise eeliseid paremini rakendada. Kui aga freespingi mehaaniline täpsus on piiratud ja lõtku ei saa tõhusalt kontrollida, võib tavaline freesimine olla kindlam valik, et vältida töölaua liikumisest tingitud töötlemiskvaliteedi probleeme ja tööriistakahjustusi. Kokkuvõtteks võib öelda, et CNC-freespingi töötlemisel tuleks parima töötlemistulemuse saavutamiseks valida sobiv freesimismeetod – ronimisfreesimine või tavaline freesimine – mõistlikult vastavalt konkreetsetele töötlemisnõuetele ja seadmete tingimustele.