Фреза — это режущий многолезвийный инструмент в виде тела вращения с зубьями для фрезерования.
Фрезы применяются для многих видов работ (плоское и профильное фрезерование, шипорезные операции, выработка гнезд и др.) и на различных станках. По способу применения на станке фрезы делятся на насадные и концевые.
Насадные фрезы центральным отверстием насаживаются на рабочий шпиндель станка, подразделяются они на цельные, составные и сборные.
Цельные фрезы изготавливаются из одной заготовки легированной стали, поэтому они характеризуются высокой точностью и хорошей уравновешенностью, что позволяет эксплуатировать их при высокой частоте вращения шпинделя. Целесообразно применять такие фрезы при массовой обработки нормализованных профилей деталей. Эти фрезы бывают затылованные (с кривой задней поверхностью зубьев) и незатылованные (с прямой задней гранью). Преимущество затылованных фрез — неизменность профиля обработки и углов резания с уменьшением диаметра фрезы в результате заточек. Зубья цельных фрез могут оснащаться пластинками из твердого сплава или закаленных инструментальных сталей.
Составные фрезы состоят из двух и более цельных и служат для обработки сложных (двухсторонних) профилей, которые имеют участки, лежащие в плоскости вращения фрезы. Обычно фрезы изготавливают из стали Х6ВФ, HRCэ 56…60.
Сборные фрезы имеют корпус, изготовленный из конструкционной стали, и вставные (сменные) ножи из ценной легированной стали. Характеризуются многообразием конструкций. Примером сборной фрезы для профильного фрезерования может служить фланцевая головка. Здесь нож, имеющий зубчатую нарезку по торцовой грани, зажимается гайкой между фланцами; винт, вилка и стопор позволяют при установке ножа регулировать его вылет (вращением винта), а при работе фрезы обеспечивают дополнительное к зажатию фланцами удержание ножа в головке. Сменные ножи сборных фрез могут быть оснащены пластинками из твердого сплава. Важное преимущество сборных фрез — легкое изготовление сменных профильных резцов, что важно для обработки малых партий деталей различных профилей.
Концевые фрезы имеют хвостовик для закрепления в патроне и шпинделе станка. Различают концевые фрезы по числу резцов и форме режущей части.
Концевые фрезы используют для фрезерно-копировальных работ, обработки криволинейных вогнутых и выпуклых профильных контуров филенчатых дверей, мебели, художественных деревянных предметов, фасадов и других изделий. Различают цельные цилиндрические и фасонные и сборные концевые фрезы.
Концевые цельные цилиндрические фрезы бывают однорезцовые незатылованные и затылованные для фрезерования по контуру, а также двухрезцовые для выборки гнезд. Концевые фрезы изготовляют диаметром 3-25 мм из инструментальной стали.
Для фрезерования древесностружечных плит и деталей, облицованных пластиками, используют концевые фрезы, оснащенные пластинами из твердого сплава.
Концевые цельные фасонные фрезы предназначены для фрезерования криволинейных вогнутых или выпуклых профильных контуров. Например, такой фрезой пользуются при округлении кромок детали по радиусу.
Концевые сборные фрезы имеют сменные ножи или многолезвийные неперетачиваемые пластины из твердого сплава. Концевая сборная фреза с неперетачиваемыми поворотными пластинами из твердого сплава предназначена для фрезерования четверти или паза в деталях из древесины или плитных материалов. Концевая пластина имеет режущую кромку, параллельную оси вращения для периферийного резания и торцовую кромку для заглубления. Крепят пластины в корпусе специальными винтами. Для настройки глубины фрезерования длину фрезы изменяют регулировочным винтом, ввернутым в торец хвостовика.
Выпускают фрезы правого и левого вращения, что обеспечивает встречное или попутное фрезерование при одном направлении подачи детали.
Фрезерование является сложным прерывистым процессом, отличающимся от других видов металлообработки рядом особенностей, связанных со спецификой задачи.
При фрезеровании точность и качество обработки зависят:
-
от режимов фрезерования (глубины резания, подачи), диаметра фрезы и типа зубьев
класса точности фрезерного станка -
точности изготовления, установки, настройки фрезы -
погрешностей установки заготовки -
упругих и тепловых деформаций технологической системы.
Главный фактор, который необходимо учитывать при разработке фрезы - это особое распределение физических сил в момент соприкосновения ее зубьев с поверхностью заготовки. Вход зуба в заготовку сопровождается ударом - соответствено нагрузка на фрезу непрерывно меняется, притом очень резко. Это может вызвать выкрашивание или поломку лезвия. Кроме того, при входе в кратковременный контакт с нагретым металом заготовки зуб фрезы сильно разогревается, а выходя из контакта - охлаждается на воздухе, подвергаясь температурным деформациям. Также, зубья подвержены воздействию изгибательного момента. Все это приводит к быстрому износу режущего лезвия.
Главные параметры фрезы, которые необходимо учитывать:
-
Направление зубьев -
Конструкцию зубьев: острозаточенные / затылованные -
Материал зубьев
Количество и размер зубьев (Для чернового фрезерования - фрезы с большим окружным шагом и малым количеством крупных зубьев. Для чистового фрезерования и фрезерования хрупких материалов - фрезы с малым окружным шагом и большим количеством мелких зубьев) -
Конструкцию фрез: цельные, составные(с припаянными режущими элементами) и сборные (с механическим креплением неперетачиваемых сменных многогранных пластин) -
Способ установки на шпинделе станка: насадные (с отверстием) / концевые (с хвостовиком)
Фрезы подразделяются на следующие виды:
-
цилиндрические -
торцевые -
концевые -
дисковые -
отрезные и пазовые -
концевые специальные -
угловые -
фасонные
Цилиндрические фрезы
Применяются для фрезерования открытых поверхностей. Зубья расположены на цилиндрической основе и обычно наклонены к оси под углом 30-40 градусов.
Цилиндрические фрезы широко используются в наборах фрез для комплексной обработки многоступенчатой поверхности, а также при обработке органического стекла, слоистых пластмасс и стеклопластиков.
Торцевые фрезы
При помощи торцевых фрез выполняется обработка открытых поверхностей на вертикально-, продольно-, карусельно-фрезерных станках. Ось фрезы располагается перпендикулярно обрабатываемой поверхности. Режущие зубья находятся на цилиндрической и торцевой поверхностях фрезы, что позволяет обрабатывать 2 взаимно перпендикулярные плоскости.
Геометрические параметры режущего зуба торцевой фрезы аналогичны параметрам токарного резца. Зуб имеет три режущие кромки: главную, переходную и вспомогательную.
В зоне контакта работает большое число зубьев, за счет чего снижаются вибрации и соответственно повышается качество обработки. Поэтому применение торцевых фрез для обработки открытых поверхностей более предпочтительно по сравнению с цилиндрическими.
Концевые фрезы
Концевые фрезы являются инструментами с широкими технологическими возможностями. Их используют для обработки глубоких пазов, уступов, взаимно перпендикулярных плоскостей, для выполнения контурной обработки наружных и внутренних поверхностей сложного профиля. Концевые фрезы также являются основными инструментами, применяемыми на станках с ЧПУ
дисковые фрезы
Дисковые фрезы применяются для прорезки пазов, канавок, разрезки металла.
По конструкции дисковые фрезы бывают: Цельные / Сборные
-
Пазовые (односторонние) -
двухсторонние -
трехсторонние -
регулируемые
(Пазовая фреза)
угловые фрезы
Угловые фрезы являются разновидностью дисковых фрез. Их используют для прорезки канавок с угловым профилем. Чаще всего угловые фрезы применяются в инструментальной промышленности для прорезки стружечных канавок у фрез, разверток, зенкеров и др.
Существует 4 разновидностей угловых фрез:
-
односторонние (левые / правые) -
двухугловые (симметричные / несимметричные)
Изготавлюваются угловые фрезы цельными из быстрорежущей стали. В массовом производстве возможно создание составных односторонних угловых фрез с припаянными пластинами из твердого сплава.
фасонные фрезы
Фасонные фрезы применяются для обработки поверхностей и канавок сложного фасонного профиля. В отличие от фрез общего назначения фасонные фрезы являются специальными и проектируются с учетом габаритных размеров и профиля фрезеруемой поверхности.
Фасонные фрезы широко применяются в металлообработке, т.к. обеспечивабт высокую производительность и позволяют рабочим низкой квалификации обрабатывать поверхности сложного профиля.
Фрезерование один из наиболее распространенных методов обработки плоских и фасонных поверхностей. С его помощью выполняются пазы, уступы, кромки, профили, канавки в изделиях из дерева, металла, пластмассы, акрила и других материалов.
Процесс фрезерования характеризуется совокупностью быстрого вращения инструмента вокруг его оси и медленного поступательного, вращательного или винтового движения подачи. Прямолинейное движение подачи используется для обработки разных видов цилиндрических поверхностей: плоскостей, всевозможных пазов и канавок, фасонных цилиндрических поверхностей. Вращательное движение применяется для фрезерования поверхностей вращения. Винтовым движением подачи обрабатываются винтовые поверхности, такие как стружечные канавки инструментов, впадины косозубых колес и другие.
Процесс фрезерования осуществляется с помощью специальных инструментов – фрезеров или фрезеровальных машин.
Фрезер состоит из стола-основания и расположенного вертикально над ним электродвигателя. Два этих основных узла инструмента соединены между собой подъёмным механизмом – штифтом с линейкой и расположенной горизонтально шайбой. С помощью этих приспособлений и устанавливают глубину врезания фрезы в материал.
Фреза представляет собой тело вращения, на поверхности которого расположены режущие зубья. Форма фрезы зависит от формы обрабатываемой поверхности и расположения оси относительно детали.
Виды фрез
Различают следующие виды фрез:
цилиндрические;
торцовые;
дисковые (в том числе прорезные и отрезные);
концевые;
угловые;
шпоночные;
фасонные.
Цилиндрические фрезы применяются при обработке плоских поверхностей на горизонтально-фрезерных станках и могут быть с прямыми и винтовыми зубьями. Фрезы с прямыми зубьями используют для обработки узких плоскостей, в то время как для широких подходят модели с винтовыми зубьями. Однако при их работе возникают значительные осевые усилия, которые тем больше, чем больше угол наклона зуба. Для их нейтрализации разработаны сдвоенные фрезы, зубья которых имеют разное направление наклона.
Торцовые фрезы используются на вертикально-фрезерных станках и обеспечивают большую производительность, чем цилиндрические. Профилирующими у торцовых фрез являются только вершины режущих кромок зубьев, а торцовые режущие кромки являются вспомогательными. Основную работу по резанию материала выполняют боковые режущие кромки, которые расположены на наружной поверхности фрезы.
Дисковые фрезы необходимы для формирования пазов и канавок. Пазовые дисковые фрезы предназначены для обработки неглубоких пазов и снабжены зубьями только на цилиндрической поверхности.
В двухсторонних фрезах зубья помимо цилиндрической поверхности расположены на одном из торцов, а в трехсторонних фрезах – на обоих. Однако боковые кромки являются лишь вспомогательными, в то время как размещенные на цилиндре выполняют основную работу по фрезерованию. Для повышения эффективности процесса используют фрезы с наклонными или с разнонаправленными зубьями.
Для прорезания узких пазов и разрезания материалов предназначены тонкие дисковые фрезы, иначе называемые пилами.
Угловые фрезы необходимы для выполнения угловых пазов и обработки канавок углового профиля. Различают одноугловые и двухугловые фрезы. В одноугловых режущие кромки расположены на конической поверхности и торцах. В двухугловых они находятся на двух смежных поверхностях, благодаря чему компенсируются осевые усилия, и фрезы работают более плавно. Для того, чтобы угловые фрезы меньше изнашивались, их вершины закругляют.
Концевые фрезы используют для создания глубоких пазов и одновременной обработки двух взаимно перпендикулярных поверхностей. Режущие кромки в таких фрезах расположены на цилиндрической поверхности – ими осуществляется основное резание - и на торцах – с их помощью зачищается дно канавки. Зубья в концевых фрезах выполняются винтовыми или наклонными.
Шпоночные фрезы являются одной из разновидностей концевых фрез. Они предназначены для обработки шпоночных пазов. Шпоночные двухзубые фрезы, подобно свёрлам, входят в материал до нужной глубины, а затем движутся вдоль канавки. Эти фрезы применяются на вертикально фрезерных станках или на станках с маятниковой подачей.
Фасонные фрезы используются для создания пазов и канавок сложного рельефа. По конструкции зубьев они подразделяются на фрезы с затылованными зубьями и фрезы с остроконечными зубьями. Затылованные фрезы перетачивают по передней поверхности, сохраняя угол между ней и «тылом», в то время как фрезы с остроконечными зубьями могут затачивать как по задним поверхностям зубьев, так и по передним – в зависимости от вида фрезы. Остроконечные фасонные фрезы имеют повышенную износостойкость и обеспечивают создание более чистой поверхности.
Сборные фасонные фрезы представляют собой совокупность простых по форме кромок, образующих сложный контур.
Форма задней поверхности ножей фрез бывает криволинейной и прямой. Фрезы для профильных работ, например, затылованные, оборудованы спиралевидными (криволинейными) ножами. Для создания пазошиповых соединений, выборки фальца и других работ применяются остроконечные фрезы, представляющие собой цилиндр с выступающими режущими кромками.
По способу установки на шпиндель фрезы подразделяются на концевые (хвостовые) и насадные. Первые крепятся с помощью цанги и зажимного патрона, вторые ввинчиваются непосредственно в шпиндель. При этом направление вкручивания фрезы противоположно направлению её движения в ходе работы.
Также следует знать, что помимо обычных «чистовых» фрез существуют подрезные «черновые», предназначенные для быстрого снятия массива материала. Доводка поверхности затем производится «чистовыми» фрезами.
Как выбирать фрезы
При выборе фрез следует учитывать эксплуатационные параметры оснастки – они должны соответствовать техническим характеристикам фрезера. Диаметр насадной фрезы выбирают с учетом диапазона, указанного в паспорте станка, обычно это 80, 100, 125, 140, 160, 180 мм.
Важной характеристикой является способ установки фрезы на шпиндель.
Фрезы с увеличенным диаметром посадочного отверстия могут быть установлены на шпиндели различных станков с помощью переходных втулок или патронов. Оправки многих моделей станков оборудованы резьбовыми концами для гаек, закрепляющих фрезы. Если резьбовых концов не предусмотрено, следует выбирать фрезы с гидравлическими втулками либо фрезы с креплением на цангах с гайками.
Кроме того, при выборе фрезы следует учитывать сплав, из которого изготовлены его зубья. Его прочность должна соответствовать обрабатываемому материалу. Не лишним будет проверить точность изготовления фрезы. Во избежание приобретения фрез низкого качества необходимо выбирать товары производства известных, хорошо зарекомендовавших себя на рынке обрабатывающих инструментов, торговых марок.
Цилиндрические фрезы изготовляют из быстрорежущей стали (табл. 2.9) или оснащают винтовыми пластинами из твердого сплава (табл. 2.10). Выполняют фрезы как праворежущими, так и леворежущими.
Для фрез, изготовленных централизованно, устанавливаются следующие значения углов: передний угол γ=15°, задний угол α=16°; для фрез с мелкими зубьями угол наклона стружечных канавок ω= 30…35°, для фрез с крупными зубьями ω=40°.
Торцовые фрезы. Цельные торцовые насадные быстрорежущие фрезы (табл. 2.11) применяют при сравнительно небольшом их диаметре (до 100 мм). Для торцовых фрез, изготовленных централизованно, ГОСТ 9304—69 устанавливает следующие зна¬чения углов: передний угол на цилиндре γn—15°, на торце γт = 12°; задний угол на цилиндре αn=14°, на торце αт=8°; для фрез с мелкими зубьями ω= 25…30°, для фрез с крупными зубьями ω= 35…40°. Фрезы Ø 40 и 50 мм крепят на продольной, а Ø63… 100 мм — на торцовой шпонке. При большем диаметре применяют сборные торцовые фрезы со вставными ножами из быстрорежущей стали (табл. 2.12) или оснащенными пластинами из твердого сплава (табл. 2.13, 2.14).
Для чистового фрезерования используют фрезы с ножами, имеющими зачистные кромки (φ = 0, длина зачистной кромки >Sz). Зачистку можно также осуществлять одним ножом с φ= 0° и зачистной кромкой, длина которой > S0б=Szz.
Перспективными являются конструкции торцовых фрез с механическим креплением неперетачиваемых многогранных или круглых твердосплавных пластин (табл. 2.15). Возможность перестановки многогранных пластин на новую, еще не затупившуюся грань или поворота круглой пластины позволяет их многократно использовать.