Виды фрез и как выбрать фрезу для станка с ЧПУ

Какие бывают фрезы

Фрезу выбирают от операции: что нужно получить на детали — плоскость, уступ, паз, карман или сложный контур. Дальше уточняют конструкцию (монолит или пластины), число зубьев, материал режущей части и покрытие.

Торцевые фрезы

У торцевых фрез важен главный угол в плане. По рекомендациям Sandvik Coromant фреза 45° — первый выбор для общей обработки и снижает вибрации при большом вылете. Фреза 90° даёт минимальную осевую силу, поэтому подходит для тонких стенок и слабо закреплённых деталей. Фрезы с круглыми пластинами имеют самую прочную кромку и много рабочих кромок на пластине.

Диаметр торцевой фрезы Sandvik советует брать на 20–50% больше ширины обрабатываемой поверхности и смещать фрезу относительно оси детали, чтобы на выходе зуба стружка была тонкой.

Концевые фрезы

Концевые фрезы — основной инструмент обрабатывающего центра. Уступ фрезеруют либо концевой фрезой, либо корпусной фрезой на 90°, глубокие уступы — фрезой с длинной кромкой или несколькими проходами. Закрытый паз и карман можно сделать только концевой фрезой.

Дисковые фрезы

Трёхсторонняя дисковая фреза — самый производительный способ для длинных, глубоких, открытых пазов, особенно на горизонтально-фрезерных станках: она жёстче длинной концевой фрезы. На вертикальных обрабатывающих центрах такие пазы чаще делают концевыми фрезами.

Монолитный твёрдый сплав или сменные пластины

Монолитная твёрдосплавная фреза — цельный инструмент из твёрдого сплава, заточенный целиком. Плюсы: малые диаметры, острая кромка, малое радиальное биение и точная форма. По данным Sandvik, у фрез со сменными пластинами биение кромок больше, чем у монолитных, и это сказывается на шероховатости стенки. Минус — при износе инструмент перетачивают или меняют целиком.

Корпусная фреза со сменными пластинами — стальной корпус, на котором закреплены твёрдосплавные пластины. Плюсы: при износе меняют пластину, а не корпус; одним корпусом можно работать по разным материалам, меняя сплав и геометрию пластин. Нижняя граница по диаметру у таких фрез выше, чем у монолитных.

Число зубьев и шаг

Число зубьев — компромисс между подачей и местом для стружки. Больше зубьев — выше минутная подача при той же подаче на зуб, но канавки меньше и стружке тесно. Меньше зубьев — просторные канавки и ниже силы резания.

Для корпусных фрез Sandvik Coromant выделяет три шага (в обозначении серий — L, M, H):

Фрезы с неравномерным шагом — зубья расставлены на разных углах — разбивают гармоники вибраций и работают устойчивее при большом вылете.

Для монолитных концевых фрез логика та же. Серии для алюминия у производителей обычно трёхзубые: алюминий даёт длинную стружку, которую нужно успеть вывести. Для стали выпускают фрезы с четырьмя-пятью зубьями — например, у серии Sandvik CoroMill Plura HD четыре зуба рекомендованы для стали твёрдостью до 48 HRC, пять — до 30 HRC.

Инструментальный материал и покрытия

По данным Sandvik Coromant, 80–90% всех сменных пластин — твёрдый сплав с покрытием. Покрытия бывают двух типов:

• CVD — износостойкие слои Ti(C,N), Al₂O₃, TiN.
• PVD — слои TiN, Ti(C,N), (Ti,Al)N. Наносятся при более низкой температуре и добавляют кромке прочности, поэтому подходят для острых кромок. В ассортименте Sandvik PVD-покрытие имеют все монолитные концевые фрезы и свёрла и большинство сплавов для фрезерования.

Кроме твёрдого сплава с покрытием, применяют:

• твёрдый сплав без покрытия — жаропрочные и титановые сплавы на низких скоростях;
• поликристаллический алмаз (PCD) — только цветные металлы и неметаллы: высококремнистый алюминий, композиты;
• кубический нитрид бора (CBN) — в основном чистовое точение закалённых сталей твёрже 45 HRC.

Попутное и встречное фрезерование

Главное различие — куда движется зуб относительно подачи.

• Попутное фрезерование: направление вращения фрезы в зоне резания совпадает с подачей. Зуб входит в металл с максимальной толщиной среза и выходит с нулевой — «от толстой к тонкой». Сила резания прижимает заготовку к столу.
• Встречное фрезерование: зуб входит с нулевой толщиной, скользит и трётся по поверхности, пока не начнёт резать, и выходит с толстой стружкой. Сила резания стремится оторвать заготовку от стола.

Sandvik Coromant называет попутное фрезерование предпочтительным везде, где позволяют станок, оснастка и деталь. Толстая стружка на выходе зуба и трение на входе при встречном фрезеровании поднимают температуру кромки и заметно сокращают стойкость пластин.

У попутного фрезерования есть условие: привод подачи без люфта. Фреза затягивает заготовку, и если в винтовой паре есть зазор, фактическая подача на зуб скачком растёт — вплоть до скола кромки. Встречное фрезерование оставляют для станков с люфтом, для заготовок с сильно переменным припуском, для керамических пластин по жаропрочным сплавам и как выход при вибрациях и пакетировании стружки в глубоких пазах.

Обороты и подача: формулы

Рекомендуемые скорость резания vc и подачу на зуб fz дают каталоги производителей — для конкретной серии фрез, сплава и группы материала. По ним считают обороты и минутную подачу.

Пример

Концевая фреза D = 10 мм, z = 4. Допустим, каталог для вашего материала даёт vc = 150 м/мин и fz = 0,05 мм (значения для примера).

• n = 1000 · 150 / (π · 10) ≈ 4775 об/мин.
• vf = 0,05 · 4 · 4775 ≈ 955 мм/мин.

Если заменить фрезу на трёхзубую с теми же vc и fz, минутная подача упадёт до 0,05 · 3 · 4775 ≈ 716 мм/мин. Пересчёт для своей фрезы — в калькуляторе режимов резания.

Как выбрать фрезу: порядок

1. Операция. Плоскость — торцевая фреза; уступ, карман, контур, закрытый паз — концевая; длинный открытый паз на горизонтальном станке — дисковая.
2. Материал детали. Найдите группу ISO (P — сталь, M — нержавеющая сталь, K — чугун, N — цветные металлы, S — жаропрочные и титановые сплавы, H — закалённая сталь) и берите серию, рассчитанную на неё.
3. Конструкция. Малый диаметр и точный контур — монолит, большой диаметр и черновой съём — корпус с пластинами.
4. Число зубьев и шаг. Неустойчивое закрепление, большой вылет, длинная стружка — меньше зубьев и крупный шаг. Жёсткая система и малая ширина резания — больше зубьев.
5. Вылет. Минимально возможный: каждая лишняя длина снижает жёсткость и допустимые режимы.
6. Режимы. vc и fz — из каталога, n и vf — по формулам. Начинайте с середины рекомендованного диапазона и корректируйте по стружке и звуку.

О том, как расшифровывают обозначения сменных пластин и какие группы материалов в них заложены, — в статье «Токарные пластины: маркировка ISO».