Концевые фрезы являются разновидностью фрез используемых на фрезерных станках и необходимы для обработки узких плоскостей, пазов, уступов и контурной обработки. Концевое фрезерование является одной из наиболее распространенных процедур в промышленной обработке. Этот процесс отличается от других операций наличием режущих зубьев по бокам и на конце фрезы, что является основным отличием от других фрез.
Фрезерный станок, выполняющий пазовое фрезерование
Однако, когда дело доходит до выбора подходящей концевой фрезы, это может оказаться непосильной задачей: HSS, твердый сплав, шаровидная фреза, фреза с хвостовиком bull-nose, клиновидная фреза, центральная кромка, канавки… Знаете ли вы, что означают все эти термины? В этой статье вы найдете полный обзор типов концевых фрез, областей их применения и руководство по выбору подходящей.
Люди, не знакомые с режущими инструментами, могут быть немного озадачены разницей между концевыми фрезами и сверлами. Все довольно просто: основное различие становится понятным при более внимательном рассмотрении формы и геометрии сверл и их канавок.
Сверла предназначены для сверления непосредственно в материале и создания отверстий только в осевом направлении. Концевые фрезы могут врезаться в материал в боковом направлении и создавать пазы или профили.
Некоторые типы концевых фрез могут резать во всех направлениях и позволяют выполнять профильное, трассирующее или торцевое фрезерование, врезание, контурирование, пазовое фрезерование, сверление и рассверливание.
Основная структура и терминология
На рисунке выше вы можете увидеть наиболее важные технические характеристики для четкого описания концевых фрез. Кроме того, мы можем классифицировать их по типу (например, шаровидные, квадратные и т.д.), количеству канавок, а также материалу и покрытию.
Типичное описание продукта может выглядеть следующим образом:
Типовая характеристика концевой фрезы
Все характеристики определяют, для каких целей подходит концевая фреза с точки зрения скорости, формы, тонкости обработки и общей производительности. Поэтому очень важно знать основы, прежде чем выбирать набор концевых фрез для своей работы. Далее мы расскажем вам о самых важных типах.
Набор концевых и других фрез
Ниже мы собрали основные характеристики наиболее распространенных типов концевых фрез. Этот список не является исчерпывающим. Существуют более специализированные продукты для нестандартного применения.
Концевые фрезы с шаровым наконечником имеют закругленный кончик. Они в основном используются для трехмерного фрезерования контурных поверхностей, округления канавок, прорезки карманов, неглубокого паза и других операций контурного фрезерования. Могут использоваться в качестве завершающей фрезы для некоторых «финишных штрихов».
Квадратные или плоские концевые фрезы являются наиболее часто используемым типом.
Это высок универсальные фрезы для всех видов работ, таких как профилирование, пазование, боковое и торцевое фрезерование и т.д.
Плоские концевые фрезы обеспечивают идеальные угловые срезы под углом 90 градусов на вашей заготовке. В зависимости от заготовки они могут применяться как для черновой, так и для чистовой обработки.
Если у концевой фрезы один конец намного тоньше другого, то скорее всего это фреза типа «рыбий хвост». Благодаря тонкой форме фрезы эта конструкция может погружаться непосредственно в материал и создавать плоскую поверхность без раскалывания. Они также подходят для создания карманов, фрезерования и обработки контуров.
Данный тип фрез очень похож на квадратные концевые фрезы с тем отличием, что концевые фрезы с бычьим носом имеют закругленные углы, которые помогают равномерно распределить силу резания.
Отлично подходят для создания канавок с плоским дном и закругленными внутренними углами, имеют слегка закругленные углы, которые помогают равномерно распределять силу резания, что предотвращает повреждение лезвия и продлевает срок его службы.
Благодаря способности создавать канавки с плоским дном и слегка закругленными внутренними углами, чаще всего используются для фрезерования пресс-форм.
Черновые концевые фрезы, как следует из названия, быстро снимают большое количество материала заготовки, особенно на сложных этапах резания. Они обеспечивают быструю, грубую обработку при низкой вибрации, которая затем дорабатывается другой фрезой.
V-образные фрезы получили свое название благодаря своему внешнему виду создаваемому небольшими углами и наконечником. Эти специализированные концевые фрезы используются для гравировки, узких разрезов, линий и даже знаков. Существует два основных типа: V-образных фрез с углом 60 и 90 градусов.
Эти центровочные резцы могут использоваться для врезания и предназначены они для обработки угловых пазов. Обычно они используются в литье под давлением и пресс-формах.
Концевые фрезы из высокоскоростной стали (HSS — High Speed Steel) стоят дешевле твердосплавных фрез. Они подходят для обработки широкого спектра материалов, включая многие металлы.
Их можно использовать в течение длительного времени до повторной заточки, так как они обладают хорошей износостойкостью. Фрезы из быстрорежущей стали являются наиболее подходящими для большинства стандартных операций.
Однако общий срок службы инструмента короче, и вы получаете больше ограничений в плане скорости и производительности.
Вот что вы получите, заплатив за более дорогие твердосплавные концевые фрезы: повышенную жесткость, высокую теплостойкость и значительно более высокую скорость резания по сравнению с HSS. Это не только повышает производительность, но и позволяет резать более широкий спектр (более твердых) материалов. Твердосплавные концевые фрезы часто используются для чистовой обработки.
Правда заключается в том, что не существует универсального решения.
Мы рекомендуем вам задать себе несколько важных вопросов, прежде чем принимать решение:
- Какой материал вы собираетесь резать?
- Насколько точные характеристики вы хотите получить в вашей заготовке?
- Насколько глубоко вы будете резать?
- Насколько важны подача, скорость и производительность резки?
и так далее.
Ответив на эти и другие вопросы, вы сможете лучше понять, какой тип концевой фрезы необходим для ваших задач. Итак, давайте подробнее рассмотрим наиболее важные аспекты, которые вам необходимо принять во внимание.
Сначала спросите себя, какие материалы вы хотите резать с помощью нового набора концевых фрез. Это значительно сузит круг «потенциальных кандидатов», поскольку некоторые типы концевых фрез специально изготавливаются для определенных металлов/материалов. Для цветных материалов, таких как алюминий, вам потребуются другие формы, материалы и размеры инструмента, чем, например, для стали.
Конечно, технически вы можете попытаться разрезать любой материал одной и той же концевой фрезой, но производительность резания и качество обработки заготовки будут варьироваться от превосходных до неприемлемых. Использование неправильной фрезы также довольно быстро приведет к поломке инструмента. Мы уверены, что вы хотели бы избежать этого.
Зубья — это спиралевидные режущие кромки на конце фрезы. Концевые фрезы могут иметь до 12 зубьев, однако чаще всего встречается от двух до четырех. Все, что имеет более пяти зубьев, относится к концевым фрезам, используемым для очень тонкой обработки.
Если вы хотите выполнить глубокую резку в таких материалах, как пластмасса или алюминий, то вам нужно меньше таких режущих зубьев.
Для более твердых материалов нужны более прочные режущие инструменты с большим количеством канавок и гладкими (но не очень глубокими) резами.
Количество зубьев
Количество зубьев также влияет на скорость подачи фрезы, качество обработки поверхности заготовки и способность фрезы удалять стружку.
Чем больше число зубьев у вашей концевой фрезы, тем большую скорость подачи вам придется использовать или уменьшить скорость вращения.
Поэтому обязательно проверьте скоростные возможности вашей фрезы и вашего шпинделя, так как это напрямую влияет на тип концевой фрезы, которую вы можете использовать.
Помимо количества зубьев, есть еще несколько размеров и характеристик концевых фрез, на которые следует обратить внимание: диаметр фрезы, глубина реза и длина, а также профиль инструмента.
Инженерный чертеж и размеры
Диаметр фрезы
Диаметр фрезы определяет ширину паза, который вы можете создать с помощью вашей концевой фрезы. Он также влияет на объем удаления стружки при боковом фрезеровании. Поэтому перед покупкой и/или установкой фрезы для резки убедитесь, что выбрали концевую фрезу с соответствующим диаметром, чтобы получившаяся деталь соответствовала техническим требованиям.
Глубина резания и длина контакта
Требуемая наибольшая длина контакта определяет глубину реза, необходимую для вашей концевой фрезы. В идеале нужно выбирать длину, достаточную для предотвращения свеса и обеспечения жесткого и точного процесса резания. Простой прием заключается в том, чтобы умножить диаметр фрезы на пять. Если это число больше, чем требуемая глубина резания, можно рассмотреть вариант с выступом.
Угол спирали
Ваша фреза, вероятно, имеет угол спирали около 30 градусов. Если вы хотите уменьшить силу резания для минимизации тепловыделения и вибрации, вам необходимо использовать фрезы с большим углом спирали. Такие концевые фрезы также обеспечат лучшую чистоту поверхности. Однако вам придется пойти на некоторые компромиссы в отношении скорости подачи, с которой вы можете резать, и глубины резания.
Профиль инструмента
И наконец, рассмотрим профиль инструмента концевой фрезы. Квадратный, фреза рыбий хвост, с шаровым наконечником и т.д. служат для различных целей. Это просто напоминание, поскольку мы рассмотрели каждый тип выше.
Концевые фрезы с центральным резцом могут погружаться в материал вертикально. Некоторые фрезы не могут этого делать, потому что у них нет режущей кромки посередине. Они могут выполнять резание только вниз под углом примерно 45 градусов. Пока все просто. Так почему же существуют конструкции с центральным резцом и без него?
Мы уже говорили о важности зубьев. Большинство концевых фрез с двумя и тремя зубьями относятся к фрезам без центрового отверстия. Четыре зубца иногда используются для фрез с центровым отверстием.
Как это часто бывает, основное различие заключается в цене. Фрезы без отверстия в центре стоят дороже, и повторная заточка такой фрезы также обойдется вам дороже.
Это цена, которую вы платите за большую гибкость погружения.
Фрезы с отверстием в центре затачиваются легче, а также лучше очищаются от стружки. Мы советуем вам использовать концевые фрезы без отверстия в ццентре, если вы можете себе это позволить.
Но если вы практически никогда не используете длину фрезы на 100-процентов, вы можете просто выбрать фрезу с отверстием — вам просто нужен вход рампы в нижнюю часть реза для операций с карманами.
Разница действительно сводится к тому, как вы будете резать.
При резании фрезой без отверстия в центре также имеется место для большего количества зубьев, что в среднем может позволить увеличить скорость подачи при сохранении той же нагрузки на стружку.
Стоит ли приобретать набор концевых фрез с покрытием или нет, зависит, опять же, от области применения. Фреза с покрытием может значительно повысить производительность резания.
Вы можете установить более агрессивные параметры обработки, например, SFM (Surface Feet per Minute), поскольку твердость поверхности инструмента с покрытием намного выше. Обычно также улучшается удаление стружки и увеличивается срок службы инструмента.
Наиболее распространенными покрытиями являются нитрид титана (TiN), карбонитрид титана (TiCN) и нитрид титана алюминия (AlTiN).
Фрезы с титановым покрытием
Расчет геометрических параметров фрез
При анализе конструкций фрез приняты следующие обозначения их элементов: D – наружный диаметр, мм; В – ширина фрезы, мм; L – длина инструмента, мм; l – длина режущей части, мм; d – внутренний диаметр и наименьший диаметр конической фрезы, мм; d1 — наибольший диаметр конической фрезы, мм; R — радиус фрез, мм; f0 — длина переходной кромки, мм; ψ0 — ширина ленточки, мм; r – радиус при вершине (впадине), мм; φ — главный угол в плане, градус; φ’ — вспомогательный угол в плане; φ0 — угол в плане переходной формы; α — задний угол; α1 — задний угол на боковой стороне зуба; αн — задний угол на периферии; α0 — задний угол на передней кромке; γ — передний угол; γψ — передний угол на ленточке; γf — передний угол на фаске; ω — угол подъема винтовых канавок, градус.
Рис. 4.1. Схемы для определения числа зубьев цилиндрических фрез с прямыми (а) и винтовыми (б) зубьями: t – глубина резания;Ψ — угол контакта фрезы с обрабатываемой поверхностью заготовки; tо – осевой шаг фрезы; ω — угол наклона винтовых канавок, градус; В – ширина фрезерования; D – наружный диаметр фрезы; d – диа-метр посадочного отверстия фрезы
Основными конструктивными элементами фрез являются: наружный диаметр фрезы; диаметр отверстия фрезы; число зубьев; углы тела зуба и впадины; форма зуба; углы режущей части зуба.
Наружный диаметр фрезы D зависит от диаметра окружности впадин dвп между зубьями, высоты зубьев Н и диаметра посадочного отверстия фрезы d.
Чем больше тело фрезы, тем лучше будет отвод тепла, легче выполнять режущие зубья, посадочное отверстие под оправки и т. д. Диаметр окружности впадин между зубьями фрезы может быть определен, исходя из следующей зависимости:
dвп=(1,6…2,5)d
Для чистовых фрез (с мелким зубом) диаметр отверстия меньше чем у черновых. Для фрез с твердосплавными пластинами диаметр отверстия больше.
Диаметр стандартных фрез (торцовых, дисковых, концевых и др.) может быть выбран из следующего стандартного ряда: 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0; 10,0; 12,0; 16,0; 20,0; 25,0; 32,0; 40,0; 50,0; 63,0; 80,0; 100,0; 125,0; 160,0; 200,0; 250,0; 320,0; 400,0; 500,0; 630,0; 800,0; 1000,0 мм.
Для прорезных и отрезных фрез рекомендованные размеры наружных диаметров выбираются из следующего ряда: 4,0; 6,0; 10,0; 16,0; 25,0; 40,0; 62,0; 100,0; 160,0; 250,0; 400,0; 500,0; 630,0; 800,0; 1000,0 мм.
- Число зубьев фрезы выбирается с учетом соблюдения условия равномерности процесса фрезерования, и определяется по формуле:
- ξ=ψ ⁄ ε ≥2,
- где ψ — угол контакта; ε =360о⁄ Z — угол, соответствующий шагу зубьев.
- Таким образом, для обеспечения равномерности фрезерования в работе должны участвовать не менее 2-х зубьев.
Для фрез с прямыми зубьями (рис. 4.1, а) число зубьев фрезы определяется по формуле:
Z=360o*ξ ⁄ φ
Для фрез с винтовыми канавками (рис. 4.1,б) число зубьев определяется по формуле:
Z = c*π*ctg ω ⁄ B,
где: с – целое число; ω — угол наклона винтовых канавок; В – ширина фрезеруемой поверхности заготовки.
От числа зубьев фрезы зависят форма и размеры зубьев и впадин между ними. Для остроконечных зубьев (рис. 4.
2, а), применяемых при чистовых операциях, высота зуба h принимается равной 0,5…0,65 окружности шага, а радиус для впадины r принимается равной 0,5…0,2,0 мм.
Для фрез, используемых при черновых операциях (с крупным шагом) высота зуба принимается равной 0,3…0,45 окружного шага (рис. 4.2, б), а радиус для впадины r = 0 … 0,75*h (чем больше диаметр фрезы, тем больше r).
Спинка зуба, выполненная под двумя углами (задним углом α и углом среза спинки α1) имеет следующие параметры: α1=20 … 30o, фаска f =1,0 … 2,0 мм.
Рис.4.2. Схемы форм острозаточенных зубьев: а — для чистовых операций; б – для черновых операций; в – при тяжелых работах
Спинка зуба (рис. 4.2, в), работающей фрезы при тяжелых операциях иногда выполняется по радиусу R = (0,3 … 0,45)*D . Передний угол в нормальном сечении определяется по табл. 4.1.
Для винтовых фрез передний угол γф определяется по формуле:
| Таблица 4.1. Значения передних углов в нормальном сечении | |||
| Обрабатываемый материал | Значения угла для фрез | ||
| Из быстрорежущих сталей | Твердосплавных | ||
| Сталь | σв до 60 МПа | 20 | 15 |
| σв = 600 … 1000 МПа | 15 | +5…-5 | |
| σв >1000 МПа | 12…10 | -10…-15 | |
| Чугун | 5…15 | +5…-5 |
Значение переднего угла в нормальном сечении показано по табл. 4.2.
Таблица 4.2. Значения передних углов в нормальном сечении и фактические углы
| γN | Угол γф при угле ω в градусах | ||||||
| 5 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | |
| 5 | 50 | 6030/ | 110 | 17050/ | 270 | 37030/ | 49030/ |
| 10 | 100 | 11020/ | 15010/ | 21020/ | 29030/ | 39015/ | 50030/ |
| 15 | 150 | 16010/ | 19020/ | 24050/ | 320 | 410 | 51030/ |
Задний угол в нормальном сечении определяется по формуле:
Для чистовых фрез с мелкими зубьями α ≈ 16о, для черновых с крупным зубом α = 12о, для дисковых и прорезных фрез α ≈ 20о … 30о.
Угол наклона винтовых канавок фрез можно определить по табл. 4.3.
Таблица 4.3. Углы наклона режущих зубьев фрез
| Типы фрез | Угол в градусах |
| Цилиндрические: | |
| насадные | 45…60 |
| концевые | 30…60 |
| мелкозубые | 25…30 |
| Дисковые дву- и трехстронние | 15…20 |
| Торцовые мелкозубые | 25…30 |
Угол в плане основных типов фрез можно определить по табл. 4.4.
 |
20…30 45 … 60 | — — | 2…3 2…3 | Торцовые фрезы с D≥150 мм для грубой обработки с глубиной резания до 3 ммПри глубине резаниядо 3 мм |
 |
45…60 | — | 2…3 | Торцовые фрезы с D≥150 мм для чистовой обработки при больших подачах. Вспомогательная кромка выбирается l0=(4 … 6)*Sz |
 |
45 …. 60 | — | 2…3 | Торцовые фрезы D150 мм имеют два зачистных зуба. Длина l0>Sz, но не менее 30 мм. Угол φ/ на зачистных зубьях равен нулю при обработке чугуна и φ/=6…12o при обработке стали |
 |
90 | — | 1…3 | Торцовые фрезы для обработки взаимно перпендикулярных плоскостей, пазов и канавок. Фаска f0=0,5 …1,5 мм в зависимости от диаметра фрез |
 рис. 5 к табл. 4.4. |
90 | 45 | 1 … 2 | Фрезы дисковые дву- и трехсторонние. Фаска f0=0,5 …1,5 мм, если не задана чертежом |
| 90 | 45 | — | Прорезные (шлицевые) фрезы с D=40…60мм; при ширине до 0,8 мм угол φ/=15o, свыше 0,8 мм — φ/=30o |
|
| 90 | — | — | Прорезные (шлицевые) фрезы с D=75 мм; при ширине 2…3 мм угол φ/=1o;свыше 3 мм — угол φ/=30o |
Примечания:
1. Высоту h угловой режущей кромки принимают на 0,5…1,0 мм больше глубины резания t. Для фрез с углом φ=45…60o мм, h=3…7 мм.
2.
У дисковых фрез, предназначенных для обработки точных (мерных) пазов за один проход вспомогательный угол определяется по формуле: tg φ/=ΔB ⁄ 2h1, где ΔB — допустимое уменьшение ширины фрезы после переточкb; h1 — высота стачиваемой части зуба.
Концевая фреза: назначение, классификация, ГОСТы
В механообработке термин «концевая» употребляется в двух контекстах: конструктивном и технологическом. Согласно п.
4 ГОСТ 3855-2013 все используемые в механообработке фрезерные инструменты по своим конструктивным особенностям делятся на два основных вида: концевой и насадной.
Концевая фреза выполнена воедино с поводком (цилиндрическим или коническим хвостовиком) и для ее применения не требуется дополнительная оснастка. Насадные фрезеры перед использованием монтируют на стандартные цилиндрические или конические оправки.
В соответствии с п. 2.2 того же стандарта концевое фрезерование является одним из пяти видов фрезерной обработки. При его выполнении припуск с обрабатываемой заготовки снимается режущими кромками, расположенными на цилиндрической поверхности инструмента.
Концевая фреза стандартного типа имеет режущие зубья и на стороне торцевой поверхности, но они выполняют только вспомогательную роль. Помимо стандартных существует множество других разновидностей, у которых режущими являются как цилиндрическая, так и торцевая поверхность.
Но это особый подвид и применяется он в узкоспециализированных целях.
Скачать ГОСТ 3855-2013
Назначение инструмента
Ось вращения концевого фрезера направлена под прямым углом к плоскости заглубления. При этом его основные режущие кромки располагаются на боковой цилиндрической поверхности, т. е. резание происходит по лини их соприкосновения с плоскостью обработки.
На торцевом конце также находятся режущие кромки, расположенные под углом к оси вращения, которые выполняет вспомогательную функцию.
Режущая поверхность такого фрезера выполнена в виде спиральных или наклонных зубьев, при этом угол наклона может составлять 30-45°.
Особенности и применение
Конструктивно концевые фрезы по металлу делятся на два вида: цельнометаллические (из твердых сплавов) и со вставными режущими элементами. Самыми распространенными являются монолитные твердосплавные концевые фрезеры.
Они характеризуется высокой жесткостью, стабильностью параметров и оптимальным соотношением цены и технологических возможностей.
Фрезеры с вставными режущими элементами из специальных сплавов с напылением используют при специальных режимах резания, например, фрезеровке по нержавейке, сплавам титана и другим сложным материалам.
Основная область применения концевого фрезерования — это продольная обработка плоскостей параллельных оси вращения инструмента.
Типичным примером такой технологической операции является фрезеровка линейных и контурных пазов и канавок, формирование ступенчатых плоскостей, а также выборка прямолинейных и фигурных выемок различной глубины.
При этом для глубоких поверхностей применяют фрезы концевые с цилиндрическим или коническим хвостовиком, удлиненные до нужного размера. Основные виды изделий, обрабатываемых концевым фрезерованием — это:
- плиты с линейными и Т-образными пазами;
- штампы и прессформы;
- плоские поверхности и зубчатые шестерни с канавками и выемками;
- шаблоны, матрицы, пуансоны;
- вала со шпоночными пазами;
- корпусные детали со сквозными окнами.
Размерные ряды концевых фрезеров определены государственными стандартами.
Изделия из быстрорежущей стали с цилиндрическим хвостовиком имею размерный ряд 3-32 мм и устанавливаются на оборудование с помощью зажимных патронов и цанг.
Инструмент среднего и большого диаметра выпускаются в диапазоне размеров 14-63 мм с хвостовиком в виде конуса и используются на промышленном оборудовании. Фрезы для станков с ЧПУ имеют свой размерный ряд — 14-50 мм.
Кроме цилиндрических концевых фрезеров выпускается большая номенклатура фрезерного инструмента, которая относится к этой же группе, но имеет другие формы и состав режущих поверхностей. Сюда же относят торцевые фрезеры небольшого размера, которые обычно являются насадными, но при малых диаметрах изготавливаются цельнометаллическими и классифицируются как концевые.
Все специальные виды концевых фрезеров выпускаются как с конусными, так и с цилиндрическими хвостовиками.
Наиболее распространены следующие виды:
- Шпоночные. Имеют две режущие поверхности на торце, что позволяет выполнять резание как в продольном, так и в перпендикулярном направлении. Используются для фрезеровки шпоночных канавок на валах и продольных выемок на плоских заготовках.
- Угловые. Их характерная особенность — наклонные режущие кромки на торце. Предназначены для снятия прямоугольных кромок (фасок), обработки наклонных плоскостей и угловых пазов.
- Четвертькруглые вогнутые. Их режущие зубья имеют форму обратной дуги. Применяются для фрезеровки закругленных кромок.
- Для пазов Т-образных и типа «ласточкин хвост». Режущая часть имеет форму диска и диаметр больший, чем у хвостовика. Используются для фрезеровки длинных пазов соответствующей конфигурации.
- Копирные с цилиндрической или конической рабочей поверхностью и закругленным торцом. Применяются при изготовлении штампового инструмента, прессформ и различных моделей.
Кроме этого существует множество видов фасонных концевых фрезеров, которые способны за один проход сформировать многоступенчатые прямоугольные и округлые профили. Такой фрезерный инструмент применяется в основном в столярных производствах и при обработке пластиков.
Конструкция концевых фрез
В общем виде концевая фреза представляет собой монолитный металлический цилиндр, состоящий из двух частей: поводка (хвостовика) для установки в оборудование и фрезерной части с расположенными по спирали режущими элементами (зубьями). Ее основные геометрические параметры — это общая длина, диаметр режущей части, а также диаметр, тип и длина хвостовика.
Хвостовики
В соответствии ГОСТ 53937-2010 концевые фрезеры в зависимости от их назначения и области применения могут выпускаться со следующими видами хвостовиков различных типоразмеров:
- гладкий цилиндрический;
- цилиндрический с резьбой;
- цилиндрические с несколькими видами лысок;
- с конусами Морзе, дополненными резьбой и лысками;
- с конусами 7:24 для ручной и автоматической смены инструмента;
- с полым конусом HSK для ручной и автоматической смены инструмента.
Для закрепления концевого фрезера в шпиндели и патроны с другими посадочными отверстиями применяют переходные втулки. На практике в обозначениях хвостовиков часто применяют сокращения, например, «фреза концевая к/х» означает «с конусным хвостовиком», а «КМ2» — это инструмент с конусом Морзе N2.
Скачать ГОСТ 53937-2010
Режущая часть
Конструкция режущей части бывает двух типов: цельнометаллическая и со вставными режущими элементами. Режущие плоскости и разделяющие их канавки для отвода стружки огибают цилиндрическую поверхность по спирали в правом направлении (выпускается инструмент и с левым вращением).
На их верхней части находится либо острая режущая кромка, либо ближе к ее концу закреплены вставные режущие пластины. Цельнометаллические фрезеры, как правило, изготавливают из быстрорежущей стали.
Твердосплавные зубья с покрытием крепятся к корпусу концевого фрезера следующими способами:
- напайкой;
- эксцентриками;
- винтами;
- специальными болтами с клиновидной головкой.
Количество режущих плоскостей определяет сколько резов металла за один оборот (заход) совершает фрезерный инструмент.
Самыми распространенными являются одно-, двух- и трехзаходные концевые фрезеры (их также называют «фрезы концевые одно- (двух-, трех- и т.д.) перьевые»).
Концевые фрезеры с большим числом заходов применяется для чистовой обработки, а также для фрезеровки твердых и хрупких материалов.
Как уже говорилось ранее, малые торцевые фрезеры относятся к группе концевых. У этого вида фрезерного инструмента боковая режущая поверхность дополнена вспомогательными режущими кромками, расположенными на торце фрезы.
Также дополнительные режущие поверхности имеют пазовые, копирные и шпоночные фрезеры.
Классификация концевых фрез
Специальной расширенной классификации для концевых фрезеров не существует, поэтому они классифицируются по общим для фрезерного инструмента перечням с добавлением характерных для них признаков. Ниже приведены основные разделы классификации, применяемой для различных видов концевых фрез по металлу:
По производственному назначению
В данном разделе основным признаком является вид и форма обрабатываемой поверхности. На основании этого выделяют следующие виды этого инструмента:
- общего применения;
- с торцевой режущей частью;
- для шпоночных пазов (в т.ч. для пазов сегментных шпонок);
- для фигурных пазов;
- для фигурных плоских профилей;
- копирные.
По конструктивному признаку
ГОСТ обязывает производителей выпускать концевые фрезы двух типов длин: нормальной и длинной и определяет соотношение размеров хвостовика и режущей части.
Но помимо этого на рынке присутствуют фрезы концевые как удлиненные, так и очень короткого размера (народное название — «пальчиковые»).
Кроме типов и соотношений длин ГОСТом определяются виды хвостовиков (различные типы конических и цилиндрических), а также размерные ряды диаметров. Чаще всего в промышленном производстве применяется фреза концевая с коническим хвостовиком.
Государственные стандарты определяют только общие требования к фрезерному инструменту. Вместе тем мировые производители предлагают различные новаторские конструкции.
Их примером могут служить концевые модульные фрезы, в которых режущая часть крепится к хвостовику с помощью высокоточного винтового соединения.
Другая интересная разработка — концевая шестизубая обгонная фреза с верхними и нижними подшипниками для чистовой обработки пазов по шаблону.
По форме режущих поверхностей
Для формирования специфических профилей поверхностей обрабатываемых изделий в дополнение к инструменту общего назначения была создана большая группа фасонных концевых фрез. Среди них основными являются радиусные и фигурные пазовые фрезерные инструменты, а также фрезеры для 2D и 3D обработки. Основные виды концевых фрезеров, классифицированные по форме режущих поверхностей — это:
- цилиндрическая;
- торцевая;
- шпоночная;
- фреза концевая радиусная;
- фреза радиусная вогнутая;
- Т-образная фреза;
- фреза для паза «ласточкин хвост»;
- угловая концевая фреза;
- концевые конические и цилиндрические фрезы с прямым и закругленным концом.
По количеству режущих кромок и направлению вращения
Процесс заглубления в металл режущей кромки и снятия ею одного слоя припуска называется «заходом». Чем больше режущих поверхностей у фрезера, тем больше заходов он совершает за один оборот. Концевой фрезерный инструмент с одной режущей поверхностью является однозаходным. Если поверхностей больше одной, то инструмент многозаходный (одно-, двухзаходные фрезы и т.д.).
Кроме этого существует обширная классификация концевых фрезеров, основанная на геометрии и формах режущих поверхностей, зубов и кромок.
Государственные стандарты
Общие требования к конструкции и характеристикам концевых фрез изложены в ГОСТ 17024-82 «Фрезы концевые. Технические условия». В дополнение к этому существует около сорока государственных стандартов, которые регулируют требования к характеристикам отдельных видов концевых фрез.
Помимо прочего, они включают группу ГОСТов, регламентирующих параметры различных видов концевых фрезеров, предназначенных для обработки специализированных материалов на станках с ручным управлением и ЧПУ: легких сплавов, труднообрабатываемых сталей, титановых сплавов (ГОСТ 16225-81, ГОСТ 16225-81, ГОСТ 18938-73 и пр.).
Другие ГОСТы определяют размерные ряды диаметров: для концевых фрез с цилиндрическим хвостовиком — ГОСТ 17025-71, а для концевых фрез с коническим хвостовиком — ГОСТ 17026-71.
Скачать ГОСТ 17025-71
Скачать ГОСТ 17026-71
Помимо государственных стандартов, требования к этому инструменту регламентируются техническими условиями, например, ТУ 2-035-0222232.3-90 определяет ряд диаметров для станков с ЧПУ.
Фреза концевая твёрдосплавная, характеристики, типы. Выбор и как заточить
Posted By: Дмитрий Михайлович 20.12.2018
Фреза концевая, многозубый режущий инструмент для выполнения операций фрезерования – обработки различных материалов при подаче фрезы, вращающейся на высокой скорости.
Концевые фрезы применяются для обработки плоскостей, пазов, фасонных поверхностей, тел вращения, а также для разрезки материалов.
В процессе фрезерования в контакте с заготовкой, как правило, находится несколько зубьев, снимающих стружку переменной толщины.
Выделяют следующие основные элементы (характеристики) концевой фрезы:
- хвостовик (диаметр хвостовика, тип хвостовика)
- режущая часть (диаметр режущей части, длина режущей части, число зубьев)
- общая длина
Режущая часть концевой фрезы:
- стружечная канавка
- режущая кромка
- ленточка
- передняя поверхность
К основным характеристикам геометрии режущей части относят:
- главный задний угол
- вспомогательный задний угол
- передний угол
- ширина ленточки
- ширина спинки зуба
Конструктивно фреза может быть
- монолитная (цельная) – из одного материала: твёрдосплавного, быстрорежущей стали
- сборная — из нескольких элементов как правило из различных материалов (хвостовик — инструментальная сталь, режущая часть — твёрдосплавная), сборные инструменты по типу крепления режущих элементов могут быть сварными, напайными и сборными (крепление режущих элементов осуществляется посредством разборных соединений). Наиболее популярны в настоящее время это фрезы с механически закрепляемыми режущими пластинами из твёрдого сплава
Число зубьев
Двузубые концевые фрезы с центральным резом предназначены для врезания, обработки пазов, контуров, имеют увеличенные стружечные канавки для эффективного отвода стружки. На высоких скоростях подачи при тяжёлом периферийном фрезеровании обеспечивается черновое качество обрабатываемой поверхности.
Трёхзубые концевые фрезы являются компромиссом между большим объёмом канавок концевых фрез с 2 (двумя) канавками и прочностью концевых фрез с 4 канавками. Радиус или фаска угла режущей кромки защищают от сколов и поломок и продлевает срок службы инструмента.
Четырёхзубые концевые фрезы являются универсальным решением для фрезерования в тех случаях, когда нет проблем с отводом стружки из зоны резания фрезы. Увеличенная толщина сердечника инструмента уменьшает прогиб и повышает точность обработки, в то время как уменьшенная нагрузка приводит к повышению качества поверхности.
Фрезы с пятью зубьями обеспечивают хорошее сцепление режущей кромки и чистоту обработки поверхности.
Фрезы с шестью зубьями увеличивают стабильность инструмента, удерживая больше режущих кромок в контакте с рабочим материалом. Уменьшается количество сколов режущей кромки, продлевают срок службы концевой фрезы и в разы повышают стойкость инструмента.
Концевые фрезы с семью и более зубьями обеспечивают высокое сцепление режущих кромок с обрабатываемым материалом, увеличивают скорость удаления металла и чистовое качество обработанной поверхности.
Твёрдосплавные концевые фрезы
Твёрдосплавные фрезы частично либо полностью изготавливаются из твёрдых сплавов металлов, в том числе карбида вольфрама и кобальта.
Твёрдые сплавы придают режущим инструментам перечисленные ниже свойства:
- жаростойкость — продолжительная обработка металлов при высоких температурах не оказывает ощутимого влияния на эксплуатационные свойства фрезы. Это свойство объясняется тугоплавкостью компонентов твёрдого сплава.
- износостойкость — твёрдосплавные режущие элементы имеют большой ресурс. Даже в случае частой работы с твёрдыми металлами и их сплавами фреза служит продолжительный период по сравнению с быстрорежущей сталью (HSS).
- твёрдость и прочность — благодаря этим свойствам твёрдосплавные инструменты подходят для работы с большим спектром материалов. Это не только металлы, но и дерево, графит, закалённая сталь, чугун.
Фрезы с плоским торцом
Детали из этой категории используются для технологических операций выборки, раскроя и черновой обработки материалов. Для уменьшения нагрузки на угол режущей кромки делают фаску в зависимости от диаметра фрезы до 0.5 мм.
Сферические фрезы
Сферические твёрдосплавные фрезы применяются с целью изготовления элементов со сложной геометрией. К ним относятся формы для пресса, штампы, лопатки турбин.
Большинство таких инструментов имеют цельную конструкцию. Однако на некоторых производствах используются сферические режущие детали со сменными пластинами.
Они более гибкие и универсальные в применении, а также легко восстанавливаются после поломки.
Тороидальные фрезы (радиусные)
Такие режущие элементы используются для фрезерования наклонных поверхностей, а также для врезания в тело детали под определённым углом. Также они подходят для черновой и чистовой обработки фасонных поверхностей.
Тороидальные фрезы позволяют повысить скорость резания, увеличить толщину съёма, большая ширина обработки поверхностей.
За счёт радиуса на режущих кромках сводиться к минимуму локальные напряжения инструмента и деформация что повышает производительность при обработке контуров в глубоких полостях. Ещё одно достоинство таких фрез – увеличенный срок службы.
Заточка фрез
Несмотря на перечисленные достоинства твёрдосплавных фрез в числе которых стойкость и работоспособность инструмента, работа на высоких скоростях и температурах в зоне резания приводят к износу.
Вместе с этим уменьшается производительность, скорость и качество обработки заготовок, возрастает нагрузка на шпиндель станка, увеличивается вибрация, что может привести к невосстановимым повреждениям фрезы.
Современно развитие инструментального производства позволяет избежать преждевременного списания инструмента и исключения твёрдосплавной фрезы, сверла и другого инструмента из технологического процесса. А как следствие избежать затрат на закупку нового. Как правило изготовителем твёрдосплавного инструмента в геометрию заложена возможность как минимум трёхкратной заточки фрезы.
Твёрдосплавная фреза является высокотехнологичным изделием с допусками на размеры – 0.01 мм, а в случае специального инструмента – 0.002 мм.
Единственно правильное решение – это обратиться к поставщику услуг заточки фрез, имеющего в своём арсенале высококвалифицированных операторов, технологов и соответствующее точности инструмента измерительное и производственное оборудование с ЧПУ.
Твердосплавные концевые фрезы: геометрия
В какой-то момент у каждого, кто занимается металлообработкой, появлялся этот вопрос — как выбрать фрезы для станка, которые будут отвечать моим нуждам? Многие работают только с режущим инструментом конкретной фирмы производителя.
Рекомендованные производителем параметры скорости вращения и подачи инструмента зависят от обрабатываемого материала и типа резания, и они заметно отличаются. Разные торцевые фрезы действительно, работают по-разному, и их стоимость может значительно отличаться.
В данной статье мы рассмотрим три основных фактора, от которых зависит работа фрезы: сплав из которого она сделана, ее геометрия, покрытие фрезы. Начнем с материала, из которого изготавливаются концевые фрезы. Не смотря на то, что большинство производителей называет материал «сплошной карбид», на самом деле это «цементированный карбид».
Не думаю, что производители, таким образом, пытаются ввести в заблуждение, просто маркетинг не может не использовать громких прилагательных и вы, как покупатель, можете сказать, что их фрезы «сплошные» и в конструкции фрез нет твёрдосплавных режущих вставок.
На самом деле, материал из которого изготовлены такие фрезы, не является сплошным однородным металлом, это композит, состоящий из карбида вольфрама (соединение вольфрама и углерода в равных долях) и связующего вещества (как правило, кобальта). Непосредственно за процесс резания, в этой смеси, отвечает карбид вольфрама.
В свою очередь, качество такого карбида вольфрама зависит от того сколько его зерен содержится в смеси, по сравнению со связующим материалом. Дешевый цементированный карбид содержит больше связующего, чем дорогого карбида вольфрама. Качество же самого карбида вольфрама зависит от способа его производства и размера зерен.
Если вы задаетесь вопросом как выбрать режущий инструмент, возьмите на заметку — при описании лучших сортов карбида, используют термины «субмикронный» или «микрозернистый», и в этом есть простая логика – чем более мелким будет зерно, тем больше таких зерен будет в смеси, в сравнении со связующим материалом.
Для простоты понимания, представьте себе два одинаковых ящика заполненных шарами. Один ящик заполнен большими шарами, а другой маленькими шарами. Начнем заполнять ящики водой. В итоге, в ящике, заполненном шарами большего размера, из-за менее плотной их упаковки, окажется больше воды, чем в ящике, заполненном шарами меньшего размера. Теперь представьте, что шары в ящике это зерна карбида вольфрама, а вода это связующий материал. Ниже представлена иллюстрация нашего мысленного эксперимента.
Концевые фрезы, выполненные из материала содержащего маленькие зерна карбида вольфрама лучше, так как содержат больше карбида вольфрама и меньше связующего материала. Стоит, однако, помнить, что составы цементированного карбида, содержащие более мелкую фракцию карбида вольфрама дороже в производстве, особенно если при производстве соблюдаются высокие стандарты качества, а потому, покупая такие фрезы, мы получаем лучшую производительность инструмента — он дольше остается острым, потому что содержит больше высокопрочного карбида вольфрама чем, относительно, более мягкого связующего. 
Значительное влияние на производительность фрезы оказывает ее геометрия. Различные экзотические геометрии служат для выполнения специальных задач, в данной статье мы не будем рассматривать все многочисленные вариации. Рассмотрим только несколько наиболее распространенных примеров.
Начнем с обычной концевой спиральной фрезы, она может быть выполнена с малым углом наклона зубьев, большим углом наклона зубьев, может быть предназначена для черновой и чистовой обработки, так же может иметь переменный шаг. Что же это все значит для оператора ЧПУ?
Термины «большой угол наклона» или «малый угол наклона» относятся к углу наклона режущей кромки фрезы. Представьте угол между кромкой спирали стружечной винтовой канавки и плоским концом стандартной концевой фрезы: малый угол наклона режущей кромки – значение угла равно 35° или менее, большой угол наклона – значение угла более 35°. Хорошим компромиссом, между фрезами для черновой и финишной обработками, являются инструменты с углом наклона зубьев – 38°. Максимально возможный угол наклона зубьев имеют прямозубые фрезы, которые применяются для контурной обработки и если вы знакомы с недостатками таких фрез, то наверняка вам будет интересно узнать про преимущества и недостатки концевых фрез с малым и большим наклонов зубьев.
Преимущества фрез с большим наклоном кромки:
— режущее усилие направлено в большей степени вертикально, чем горизонтально, что уменьшает отклонение инструмента; — быстрое удаление стружки из зоны резания; — положительный передний осевой угол способствует лучшему сдвигу материала и уменьшает усилие резания, что позволяет работать с большими скоростями подачи, при меньшей мощности; — ядро инструмента толще, благодаря форме, следовательно, фреза прочнее. Концевые фрезы с крутой спиралью обычно применяются для обработки твердых материалов, поскольку они лучше истираются, в тоже время такие фрезы вполне можно использовать и для обработки алюминия. Самым большим недостатком концевых фрез с крутой спиралью является то, что им свойственны вибрации, они могут закусывать металл. При работе с мягкими материалами фрезы могут выпадать из держателя (в сравнении с фрезами с пологой резьбой). Обрабатываемая поверхность также может быть плохо обработанной из-за малого шага таких фрез.
Преимущества фрез с малым наклонов кромки:
— меньшая вероятность вибрации; — показывают лучшую производительность при работе с мягкими материалами; Недостатки таких фрез заключаются, в том, что при работе с твердыми материалами, режущий инструмент работает при низких скоростях подачи, а, следовательно, с низкими скоростями удаления материала. Концевые фрезы с переменным шагом считаются самыми современными. Основная идея таких фрез заключается в изменяемом шаге спирали вдоль ее длины. Режущие кромки могут быть неравномерно разнесены, и угол наклона стружечной винтовой канавки может изменяться вдоль длины фрезы. Цель создания переменной спирали – борьба с вибрациями, так как вибрация является резонансным эффектом, а потому переменный шаг помогает разрушить резонанс режущих кромок взаимодействующих с обрабатываемым материалом. Переменное расстояние между режущими кромками, позволяет им не создавать ритмическую нагрузку на инструмент. Для того чтобы еще уменьшить такую возможность большинство конструкций концевых фрез сделаны не только с переменным шагом режущих кромок, но с переменным углом их наклона. Такая комбинация означает, что режущие кромки одинаково разнесены, но расстояние между ними в каждой точке длины фрезы уменьшается. Излишне говорить, что существует множество различий в конструкциях производимых различными производителями и множеством патентов. Существует также другая разновидность экзотической геометрии, которая включает в себя различные настройки, которые влияют на наклон режущей кромки. Как упоминалось выше, более положительный наклон, который присущ для более крутой спирали стружечной винтовой канавке, имеет множество преимуществ. Во-первых, производители используют переменный шаг режущей кромки, как еще один способ борьбы с вибрацией. Слишком сильная вибрация приводит к ослаблению инструмента. Также существует техника, называемая “ski-flute” которая заключается в изготовлении дополнительной выемки за режущей кромкой, которая обеспечивает более острый угол режущей кромки с сохранением прочности инструмента. Некоторые производители изготавливают внутри стружечной винтовой канавки измельчители стружки, что дополнительно помогает процессу резания. Что же до фаски и радиуса угла. Подобные конструкционные особенности продлевают срок службы инструмента и могут также улучшить качество поверхности. Мы едва коснулись темы геометрии концевых фрез, но уже должно быть понятно, что это очень сложный вопрос. Подобная сложность преимущественно определяет высокие затраты производства таких фрез. Добавление всех этих умных функций означает, для производства каждой концевой фрезы требуется полноценный заточный ЧПУ станок. И чем сложнее функциональность фрезы, тем сложнее и дольше будет ее обработка. Микрозаточка режущих кромок это еще один вид обработки, который можно рассматривать как дополнительную отдельную геометрию фрезы, создание которой, в свою очередь, дополнительно удлиняет время необходимое для заточки. Заточить современную концевую фрезу с помощью ручного точильного инструмента практически невозможно, а если вы все же попробуете, то с большой вероятностью уничтожите начальную экзотическую геометрию фрезы.
Загрузка...
