Frezotoczenie, stanowiące alternatywę w stosunku do tradycyjnego toczenia i frezowania stanowi hybrydowy sposób obróbki skrawaniem. Pokrótce przedstawiamy charakterystykę frezotoczenia, potencjał wykorzystania tego rozwiązania, jak również korzyści i zagrożenia związane z wykorzystaniem tej metody w skali przemysłowej.

Czym jest frezotoczenie? 

Zacznijmy od samego początku, a więc wyjaśnienia, czym dokładnie jest frezotoczenie. Jest to jeden z zyskujących popularność hybrydowych metod skrawania, która nazywana także frezowaniem obrotowym umożliwia obrót zarówno narzędzia, jak i obiektu skrawanego. 

Pomimo innowacyjności, jaka kryje się za frezotoczeniem, wciąż jest to metoda raczkująca, wciąż niewychodząca poza pewną niszę. Tradycyjne metody obróbki skrawaniem, powszechnie stosowane w wielu branżach przemysłowych. Dlaczego tak jest? Ze względu na relatywnie dużą dokładność obróbki, przy jednoczesnym zachowaniu dużej wydajności i precyzji obróbki nawet najbardziej złożonych kształtów. Co więcej, obróbka skrawaniem może być obecnie stosowana w odniesieniu do praktycznie każdego tworzywa konstrukcyjnego. Dlaczego więc usilnie stara się znaleźć nowe metody obróbki? Ze względu na ogromną ilość odpadów, które w praktyce nie nadają się do ponownego wykorzystania w przypadku branż innych, niż branża metalurgiczna. Przykładem takiej właśnie nowej, hybrydowej metody jest frezotoczenie. 

Technika frezotoczenia

Jak wcześniej wspomniano, frezotoczenie bazuje na ruchu obrotowym przedmiotu poddawanego obróbce oraz narzędziu skrawającym. Główny ruch jednak jest w gestii narzędzia, którego prędkość stanowi podstawę do określenia odpowiednich warunków skrawania. 

W miarę możliwości i preferencji frez może być przemieszczany po torze równoległym do przedmiotu. Frezotoczenie może być realizowane zarówno współbieżnie, jak i przeciwbieżnie. Co to dokładnie oznacza? W przypadku wariantu współbieżnego kierunki obrotu narzędzia skrawającego i obiektu są takie same. Przeciwbieżne frezotoczenie z kolei charakteryzuje się przeciwnym kierunkiem obrotu narzędzia i obiektu obrabianego. Cechą charakterystyczną frezowania obrotowego jest nieciągłość skrawania każdego z ostrzy. Oznacza to, że ostrza nie odczuwają tak dużego obciążenia cieplnego, głównie ze względu na fakt, iż kontakt okresowy elementu z obiektem obrabianym skraca drogę tarcia i przeciwdziała nadmiernemu przegrzewaniu. 

Podstawowe rodzaje frezotoczenia

Jakie rodzaje frezotoczenia możemy wymienić? Jak wcześniej wspomniano, podstawowe rozróżnienie uzależnione jest od współbieżności obrotu dwóch obiektów. Jednak warto zwrócić uwagę, że rosnące zastosowanie frezotoczenia wpłynęło na zwiększenie różnorodności realizowania tego procesu, uwzględniając także wzajemne położenie narzędzia i obiektu czy ruchy skrawania. 

Zacznijmy od frezowania przeznaczonego do obróbki powierzchni zewnętrznych, jakim jest frezotoczenie ortogonalne. Taki proces realizowany jest z posuwem promieniowym, stycznym lub równoległym do przedmiotu. Frezotoczenie centryczne, będące alternatywą w stosunku do wariantu ortogonalnego zapewnia dużą swobodę w kontroli prędkości obrotowej obu obiektów, zarówno narzędzia, jak i przedmiotu obrabianego. Odpowiednie lawirowanie pomiędzy różnymi prędkościami zapewnia świetny efekt, szczególnie w przypadku poddawania frezotoczeniu dużych obiektów. 

Metoda umożliwiająca frezowanie powierzchni zewnętrznych i wewnętrznych, nazywana frezowaniem obrotowym równoległościowym zarówno z posuwem wzdłużnym, jak i poprzecznym może być realizowana ze stykiem zewnętrznym narzędzia, ale także z wykorzystaniem specjalnej głowicy. 

Jakie parametry technologiczne określają frezotoczenie?

Jakie parametry technologiczne pełnią najważniejszą rolę w procesie frezotoczenia? Przede wszystkim:

• prędkość skrawania;
• posuw narzędzia;
• styk wgłębny krawędzi;
• szerokość frezowania.

Prędkość skrawania, będąca najważniejszym parametrem w praktyce odpowiada za prędkość ruchu krawędzi skrawanej w stosunku do obiektu poddawanego obróbce. Posuw narzędzia natomiast, podzielony na trzy warianty (posuw obwodowy, posuw wzdłużny i posuw poprzeczny) jest elementem sumy geometrycznej prędkości skrawania. 

Warto wspomnieć jeszcze o styku wgłębnym, równemu dosuwowi narzędzia oraz szerokości frezowania, odpowiadającej odcinkowi styku frezu z częścią obrabianą. 

Korzyści wynikające z frezotoczenia

Jakie są podstawowe korzyści wynikające z wykorzystania coraz popularniejszej metody frezotoczenia? Przede wszystkim wynikiem wykonania frezowania obrotowego jest wysokiej jakości obrobiona powierzchnia pozbawiona zbyt dużej ilości odpadów. Tworzenie się krótkich wiórów w połączeniu z bardzo wysoką efektywnością procesu obrabiania z pewnością może zachęcić do wdrożenia tej metody obróbki w procesach wymagających poświęcenia dużej ilości czasu i produkującej nadzwyczaj duże wolumeny odpadów. 

Na plus metody frezotoczenia warto zaliczyć także dużą trwałość narzędzia oraz relatywnie niska energochłonność, która spowodowana jest wcześniej opisaną cechą frezotoczenia – niepunktowym skrawaniem każdego z ostrzy. Metoda ta więc dodatkowo nadaje się do obróbki wymagających materiałów, szczególnie tych o bardzo dużej wadze i gabarytach. Frezotoczenie to także proces, który przy wykorzystaniu systemu CAM hyperMILL może zostać w pełni zautomatyzowane. 

Potencjalne zagrożenia związane z wykorzystaniem frezotoczenia

Liczne zalety związane z obróbką frezotoczeniem z pewnością zachęcają coraz to bardziej liczne grono inżynierów do zastosowania tej metody w swoich projektach. Warto jednak zwrócić uwagę na jedną z największych wad tego rozwiązania, jaką z pewnością jest niższa jakość obrobionej powierzchni w porównaniu do innych metod obrabiania. 

Jest to bezpośredni wynik przerywanego procesu skrawania, który generuje odchyłki rzeczywistego zarysu powierzchni, w stosunku do modelowego wyniku obróbki zaprojektowanego w teorii. Najczęściej błąd kształtu objawia się charakterystycznym uskokiem, ale także falą w kierunku wzdłużnym. Nie ulega jednak wątpliwości, że na ogólną jakość obrabianych powierzchni największy wpływ ma wiele czynników, których optymalne ustawienie spowoduje polepszenie jakości. O jakich zmiennych mowa? Przede wszystkim o dokładności ustawienia ostrza, wartościach parametrów technologicznych,  liczbie ostrzy w narzędziu, a także ogólnej geometrii ostrza skrawającego. Te wszystkie czynniki, odpowiednio zaprojektowane i ustawione mogą wpłynąć na zniwelowanie naturalnych wad wynikających z wykorzystania metody frezotoczenia. 

Czy frezotoczenie to proces efektywniejszy? Teoria vs praktyka

Teoretyczna wiedza dotycząca potencjalnych zalet i wad frezotoczenia, choć cenna nie zawsze oddaje to, co czeka nas w przypadku praktycznego zastosowania tej metody. Dlatego też tezę dotyczącą wpływu wielu czynników na efekt końcowy obróbki frezotoczeniem została poddana badaniom empirycznym. 

Pod szczególną uwagę wzięto czynnik energetyczny, który wpływa na efektywność pracy, a także czynnik geometryczny, odpowiadający za jakość obrabianej powierzchni. W praktycznych badaniach uwzględniono wyniki osiągnięte przez różne metody obróbki, takie jak frezotoczenie, toczenie wykończeniowe, toczenie łączne, a także toczenie zgrubne. 

Z praktycznych badań wyciągnięto istotne wnioski, potwierdzające tylko założenia teoretyczne. Faktycznie efekt końcowy zależy od licznych determinant, włączając w to zmienne w postaci wykorzystanych technologii, organizacji pracy, obrabianych materiałów. Wysunięto jednak jednoznaczne wnioski, wskazujące na wysoką efektywność obróbki frezotoczeniem, która w dużej mierze przewyższa inne znane metody. Może więc mieć to bardzo duże zastosowanie, szczególnie w gałęziach przemysłu, gdzie bardziej niż jakość, liczy się wydajność produkcji, czy też innego procesu produkcyjnego. 

Korzyści wynikające z wdrożenia procesu frezotoczenia w produkcji, w połączeniu z automatyką pracy wspomaganą przez nowoczesne systemy CAM hyperMILL zapewnią ogromne możliwości i niespotykaną dotąd efektywność procesów biznesowych, która znacznie wpłynie na redukcję kosztów realizowania procesu przy relatywnie niskim, a w przypadku zoptymalizowania zmiennych, żadnym uszczerbku na jakości.