Описание фрез для станков с ЧПУ и их выбор

Фрезы для станков с ЧПУ непосредственно контактируют с заготовками. Это самые ответственные части оборудования. Ими можно работать по дереву и алюминию, пластику и МДФ, а конусные и спиральные фрезы обработают самые сложные поверхности до зеркального блеска.

Фреза — это многолезвийный инструмент, который при вращении вокруг своей оси срезает наружный слой заготовки. Для обработки применяется специальный фрезерный станок, но в промышленности фрезерные головки встречаются повсеместно. Ими можно оснастить:

• токарные;

• 5-координатные станки;

• многооперационные;

• специальные станки для массового производства изделий.

По сравнению с другими режущими инструментами фрезы имеют ряд преимуществ.

• Скорость работы. Фрезерование — самый производительный метод обработки металлов резанием, ведь заготовка обрабатывается большим числом режущих кромок.

• Высокая точность — после обработки часто не требуются шлифование и другие финишные методы. Получить деталь становится проще и дешевле.

• Длительное время работы — 3-5 часов. Это называется периодом стойкости — время непрерывной работы, пока инструмент не затупится. Для сравнения, токарный резец нужно точить уже через 1-2 часа.

• Широкий спектр задач — фрезы обрабатывают и плоские, и фасонные поверхности, и скругления, и нарезают резьбу.

• Ряд задач невозможно выполнить без фрезерования — например, сделать закрытый шпоночный паз или наносить художественную гравировку в промышленных масштабах.

Эти инструменты подходят и для ручных фрезеров, и для мощных станков с ЧПУ. В сочетании с программным управлением фрезы дают чистую и гладкую поверхность. На многооперационных станках они обрабатывают заготовки со всех сторон — цена на качественные изделия становится доступной. А чтобы деталь вышла хорошей, надо правильно подобрать фрезу.

Фрезерные операции есть почти в любом технологическом процессе. Они нарезают зубья на колесах, проделывают шпоночные и шлицевые пазы на валах, обрабатывают плоскости до зеркально блеска и многое другое. И для каждой задачи нужны свои разновидности фрез.

Они похожи на обычные сверла, на них режущие зубья располагаются по окружности фрезы. Хорошо подходят для нарезания пазов, выемок, уступов на валах и в корпусных деталях. При работе они «разбивают» паз, поэтому диаметр фрезы должен быть на 0,05-0,1 мм меньше ширины канавки.

Из-за малого диаметра они не выдерживают больших сил резания, поэтому их скоростные характеристики скромные.

В них на цилиндрической части находятся главные режущие кромки, а на торцевой – вспомогательные. Как и у концевых, в торцевых ось вращения перпендикулярна поверхности заготовки. Они применяются на вертикально-фрезерных станках для обработки плоскостей, уступов и широких пазов. А еще ими можно одновременно точить 2 взаимно перпендикулярные поверхности.

Нужны для фрезеровки открытых пазов и канавок. Их недостаток – в конце паза неизбежно образуется продольное закругление, равное радиусу фрезы. Это не дает надежный упор для шпонки, но никак не влияет на подвижные шлицевые соединения.

Такие фрезы бывают 1-, 2- и 3-сторонние.

• Односторонние фрезы еще называют отрезными. Они имеют зубья только на цилиндрической части, поэтому в месте реза неизбежно появляются заусенцы и острые грани.

• У 2-сторонних зубья расположены и на цилиндрической, и на одной из торцевых поверхностей. Они подходят для обработки небольших, меньше радиуса фрезы, плоскостей и уступов.

• Трехсторонние – самые распространенные. Они служат для обработки уступов или прямых, узких и длинных пазов за один проход.

Имеют 2 режущие кромки, расположенные под углом друг к другу. Они идеально подойдут для обработки граней корпусной заготовки и нанесения фасок, для обработки наклонных поверхностей. В инструментальном производстве такими фрезами делают стружечные канавки других инструментов.

Угловые модели помогут, если приспособление не дает установить заготовку наклонно. Это нужно для изготовления сложных и точных изделий, ведь чем меньше шарниров в приспособлении, тем оно жестче, и тем точнее получается изделие.

Их специально проектируют для пазов нужной формы. У них большая производительность, потому что весь припуск снимается за один проход. Но их нужно специально проектировать и изготавливать для одной конкретной операции.

Они широко применяются в массовом производстве высокоточных деталей. Например, такими фрезами нарезают направляющие типа «ласточкин хвост» или Т-образные.

Все эти инструменты широко применяются в тяжелой промышленности. Но мало подобрать форму фрезы, еще нужно выбрать конструкцию.

• Прямозубые – самые простые и дешевые. При работе они дают вибрацию, когда каждый зуб с силой ударяет по заготовке. Но для узких отрезных фрез это не критично.

• Косозубые, или спиральные, лишены такого недостатка, поэтому они распространены шире.

Есть различия и по другим параметрам. Фрезы бывают одно-, двух- и многозаходными.

• Однозаходные годятся для мягких алюминиевых, пластмассовых и других заготовок. Они не забиваются стружкой и не сильно разогревают заготовку трением.

• Двухзаходные больше подойдут для алюминия и древесины. Силы резания на противоположных режущих кромках компенсируются, и фреза не отклоняется от намеченной траектории. Поэтому у них точность выше, чем у однозаходных.

• Многозаходные обладают большим периодом стойкости и подходят для твердых материалов.

Еще фрезы бывают цельными и сборными (составными). В цельных и хвостовик, и режущая часть сделаны из одного и того же материала – инструментальной или быстрорежущей стали. В сборных лезвия крепятся к телу фрезы двумя способами:

• пайкой, если пластины сделаны из стали;

• механически, если используется твердый сплав.

Для высокоточной обработки сложных поверхностей созданы специализированные фрезы.

• Благодаря тонкому наконечнику конусная или коническая фреза позволяет получить самые сложные рельефы при 3D-обработке заготовки. Готовая поверхность получается сразу, без предварительной обработки. Инструмент подойдет для работы с пластиком, деревом, ДСП, МДФ или модельным воском.

• Верхние зубья компрессионных фрез направлены вниз, а нижние – вверх, что исключает появление сколов и других дефектов при обработке. Главное, чтобы нижняя режущая кромка была короче, чем толщина снимаемого припуска. Эти инструменты подойдут для мягкой древесины, ламината и обладают большим периодом стойкости.

• Рашпильные бор-фрезы, или «кукуруза», работают с твердыми материалами – текстолитом, стеклопластиками, углепластиками, мягкими абразивными материалами.

Но какими бы точными современные инструменты ни были, с ними надо грамотно обращаться, правильно выбрать их тип по области применения.

Чем хуже состояние заготовки, тем тяжелее работать режущим кромкам. Неровности припуска с силой бьют по режущим граням, и они могут испортиться. Поэтому обработку таких заготовок ведут двумя инструментами – черновым и чистовым.

• Черновая фреза сделана из быстрорежущей стали Р18, Р6М5 и других. Сталь лучше амортизирует удары. Черновой инструмент снимает основную массу припуска и готовит поверхность для дальнейшей обработки. Часто он монолитный, но встречаются фрезы и с напайными пластинами.

• Инструмент для чистовой обработки работает по более гладкой поверхности. Он дает высокую точность, но стоит дороже. Обычно лезвия закрепляются механически. Чистовые фрезы дают 8-9 квалитет точности. Если поверхность заготовки гладкая, например, после литья по выплавляемым моделям, то ее сразу можно фрезеровать начисто.

Но если это прокат или литье в песчано-глинистые формы, то без черновой обработки не обойтись.

В серийном производстве чаще всего используют прокат или штамповку. При этом форма заготовки лишь отдаленно напоминает готовое изделие. Тогда, чтобы упростить технологию изготовления детали, выгодно взять специализированную фрезу.

• Для обработки больших плоскостей подойдет цилиндрическая.

• Пальцевые и дисковые модульные фрезы делают зубчатые колеса.

• Резьбовые быстро и качественно нарезают наружную резьбу на валах.

• Фасонные выполняют прочие специализированные поверхности.

А поскольку материалы заготовок различаются, то и фрезы для них тоже должны быть разными.

При резании каждый материал ведет себя по-своему. Это проявляется в том, что он образует разные виды стружки, которые могут свободно уходить из зоны, как со стальными заготовками, или налипать на инструмент, как в случае с алюминием. Различается и твердость. Поэтому одной и той же фрезой резать разные материалы нельзя.

• Пластик и натуральное дерево легко обрабатываются. Для мягких пород древесины подойдет цельная фреза из инструментальной У8 или быстрорежущей стали. Ее маркировка – HSS. Для твердых пород нужна сборная фреза с твердосплавными пластинами HM.

• Для легированной и нержавеющей стали режущие кромки должны быть твердосплавными – из сплава Т5К10 для черновых фрез и Т15К6 для чистовых.

• Алюминий – мягкий металл, который легко обрабатывается быстрорежущей сталью Р18 или ее аналогом Р6М5, Р4М3. Еще она подойдет и для черных металлов.

• А вот ДСП и МДФ дают абразивную стружку, которая быстро «съест» твердый сплав. Поэтому фрезы для них должны быть сделаны из быстрорежущей стали.

• Фрезеровать камень, гранит, мрамор или стекло сложно, ведь это твердые материалы. Тогда зубья фрезы должны быть или победитовые, или с алмазным напылением. Главное, чтобы материал режущих кромок был в 3 раза тверже, чем заготовка.

Для точных работ нужна 2- или 3-заходная фреза, тогда как для резки заготовки на куски она может быть и однозаходной. Такие инструменты часто используются в мебельном производстве для раскроя плит ДСП или фанеры. Конечно, стоит применять только качественные инструменты известных производителей.

Каждая компания стремится захватить рынок, поэтому все они заинтересованы в качестве своих продуктов. Работать можно практически любой фирменной фрезой, но, покупая инструмент у известного поставщика, мы получаем гарантии. Вот несколько достойных производителей.

• Европейские компании Hahnreiter, Bosch, CMT, Walter предлагают самые современные разработки. Например, Bosch владеет более 5000 патентов.

• Не отстают и американские SGS, JET, Micro 100, Onsrud, Best Carbide. Часто они наносят на фрезы различные секретные покрытия, чтобы инструмент работал дольше.

• Япония всегда славилась качественной продукцией, и компании XEBEC, Kyocera, NS Tool, Mitsubishi, Dijet тому пример. Они изготавливают фрезы из собственных марок сталей.

• Инструменты из Южной Кореи от Ltd, Yestool Co. TnC SHARK Co. Ltd, Dine не уступают европейским и американским, зато стоят дешевле.

• В Китае масса производителей инструментов, поэтому китайские фрезы представлены в широком ассортименте. Например, компании DJtol или Jtol предлагают сбалансированную по цене и качеству продукцию, которая идет на экспорт и в Японию, и в Германию, и в другие страны.

• А вот российские производители «Корвет», «Глобус», «Инструмент-М», «Волжский инструмент» не могут похвастаться передовыми технологиями заточки, зато качество металла всегда стабильное.

Есть еще достойные производители, которые не попали в наш список. И среди такого многообразия бывает трудно совершить грамотную покупку.

Выбрать фрезу несложно. Определите ее назначение, материал заготовки, условия работы.

• Для массового производства режущие пластины должны крепиться механически. Тогда станок будет меньше простаивать, ведь вместо переточки режущей кромки достаточно заменить пластину.

• Фрезы с напайными пластинами дешевле, поэтому они больше подходят для индивидуального производства и бытовых нужд.

Еще у фрез разные хвостовики.

• Цилиндрические с установочной шпонкой.

• Конус Морзе №1, 2 и так далее. Чем выше цифра, тем больше по размерам фреза.

• Инструментальный конус 7: 24.

• Специальные хвостовики.

Лучше выбрать фрезу с коническим хвостовиком – они дают меньшую погрешность при установке. При этом конус Морзе самотормозящий – инструмент удерживается за счет силы трения. Его проще установить, а вот снять сложнее – нужен клин с молотком. Конус 7: 24 лишен такого недостатка, и он чаще применяется в станках с ЧПУ.

Если хвостовик фрезы не подходит шпинделю станка, используйте переходные втулки. Они стандартизированы и выбираются по специальным ГОСТам.

Для нарезания зубчатых колес нужны модульные фрезы, и для каждого модуля минимальный набор составляет 8 штук. Чем больше набор, тем точнее выходят зубья.

А чтобы работа шла как надо, инструмент должен быть хорошо заточен.

Проще всего работать с фрезами с твердосплавными пластинами. Они не перетачиваются и, когда затупятся, их просто меняют. С быстрорежущими сталями интереснее.

• В острозаточенных фрезах режущие кромки плоские, их можно заточить обычным шлифовальным кругом. Их точат по главной задней поверхности.

• С затылованными фрезами сложнее. В идеале для заточки нужен специальный токарно-затыловочный станок, который срезает заднюю поверхность по дуге. Другой вариант – точить по передней поверхности, но тогда придется шлифовать быстрорежущую сталь.