Полное руководство: Как выбрать фрезы



Введение


Для разных операций важно разбираться и иметь разные фрезы, используемые на фрезерных станках с ЧПУ. Данная статья представляет обзор различных типов фрез. 

Итак, давайте рассмотрим разные виды фрез, которые используются в станках. 

Примечание: Если Вы используете роутер с ЧПУ, то сможете использовать большинство описанных фрез за исключением крупных, не приспособленных для больших скоростей вращения, например - торцевых фрез. 


Концевые фрезы


1n.jpg 
Концевые фрезы

Наиболее часто используемые фрезы - концевые. Они бывают разных размеров, форм, имеют разные покрытия и изготавливаются из разных материалов. Мы опишем основные.


Твердосплавные фрезы или фрезы из быстрорежущей стали


Прежде всего, следует обратить внимание на материал, из которого изготовлены концевые фрезы. Как правило, это твердый сплав или быстрорежущая сталь, хотя иногда используются и более экзотичные материалы, например, порошковый металл.

Для большинства цехов вопрос, использовать твердосплавные фрезы или фрезы из быстрорежущей стали кажется глупым. Твердосплавные фрезы всегда лучше, верно?

Оказывается, многое зависит от материала, подлежащего резке, а также от максимальной скорости шпинделя станка и от некоторых других факторов. 

Если Вы работаете с мягкими материалами, например, алюминием, и шпиндель не сможет достичь рекомендуемой скорости для твердосплавной фрезы, возможно, будет иметь смысл использовать концевые фрезы из быстрорежущей стали. 

Для небольших станков, шпиндель которых не превышает скорость 6000 об/мин, я обычно рекомендую использовать для резки алюминия быстрорежущую сталь для фрез диаметром свыше 1/2", а карбид вольфрама - для концевых фрез меньшего диаметра. Это позволяет сэкономить на стоимости больших концевых фрез (которые можно использовать с индексируемой пластиной и вставками из карбида вольфрама) и использовать прочность небольших фрез. 


Размеры концевых фрез


Концевые фрезы доступны в разных метрических и дюймовых размерах. Даже крошечные микро-фрезы могут применяться для механической обработки небольших поверхностей. Неожиданный факт о размерах концевых фрез - допустимое отклонение диаметра для большинства концевых фрез указывается не точно. Если Ваша работа требует точности, может потребоваться провести пробную резку фрезой, чтобы определить ее реальный диаметр. Вы можете также прямо измерить диаметр, но пробная резка - более надежный метод.
 
2n.jpg
Микро-фреза

  

Сколько канавок?


Количество канавок (заходов) концевой фрезы напрямую зависит от материала, подлежащего резке, и от возможностей Вашего станка. Наиболее распространенные варианты - 2, 3 или 4 захода. Как правило, с алюминием не используется более 3 канавок. Причина в том, что алюминиевая стружка крупнее, чем от других материалов, и она относительно вязкая. Канавки отводят стружку, когда концевая фреза погружается в материал. Фрезы с 2 и 3 канавками имеют достаточно места для удаления стружки. 4-заходные же фрезы легко забиваются, стружка застревает, что почти всегда приводит к заклиниванию и поломке фрезы.

Для большинства других материалов 4 канавки - норма. Вы можете использовать столько канавок, сколько захотите; они выступают как своего рода "усилитель шпинделя". При заданной скорости шпинделя 4-заходные фрезы позволяют подачу в 2 раза выше, чем 2-заходные, в результате чего качество поверхности будет лучше. Большее количество режущих кромок стабилизирует фрезу – больше кромок в постоянном контакте с материалом, меньше дребезг на этапах «отрыв кромки-врезание в материал». 3 канавки были разработаны в качестве компромисса между использованием 2 или 4 канавок на алюминии. У 3 канавок достаточно пространства для отвода стружки любых сплавов алюминия, кроме особенно вязких, и, в то же время, им можно поставить подачу примерно на 50% быстрее, чем 2-заходным на такой же скорости шпинделя.

Гораздо реже встречаются другие конструкции. Концевые фрезы с более чем 4 канавками прекрасно подходят для того, чтобы увеличить производительность на жестких материалах, таких как титан, когда шпиндель просто не может вращаться слишком быстро.
 
3n.jpg
Концевая фреза с одной канавкой


Резка по центру или нет?


Большинство концевых фрез с 2 и 3 канавками являются центрорежущими. Некоторые фрезы с 4 канавками - не центрорежущие. Центрорежущая концевая фреза может врезаться прямо в материал, вертикально. Нецентрорежущие концевые фрезы имеют углубление в середине без лезвия, поэтому они могут врезаться на очень небольшое расстояние, после чего врезание в материал обязательно должно быть с движением в горизонтальной плоскости.

4n.jpg
Центрорежущая фреза – слева, не центрорежущая фреза - справа

Единственное серьезное основание для покупки концевой не центрорежущей фрезы - ее невысокая цена. Я предпочитаю пользоваться только центрорежущими фрезами, поэтому резка не центрорежущей фрезой кажется мне намного сложнее.

С другой стороны, есть мнение, что концевыми фрезами никогда (почти никогда) нельзя врезаться в заготовку вертикально. Это самая большая нагрузка для концевой фрезы, врезание под углом или по спирали намного мягче. Учитывая это, возможно, иногда можно предпочесть и не центрорежущую фрезу.


Фрезы с одним и двумя концами, вылет фрезы

 
На рынке доступны концевые фрезы с одним и двумя концами:

5n.jpg
Концевая фреза (с двумя концами как 2 фрезы в одной)

За немного больше денег, чем стоимость фрезы с одним концом, и намного меньше, чем цена двух фрез с одним концом, Вы можете купить концевую фрезу с двумя концами. Когда один конец затупится, Вы сможете просто перевернуть его в держателе инструмента и получить новенькую фрезу, готовую к работе. Как правило, концевая фреза ломается на нижней стороне, которую не всегда можно перевернуть. Поэтому такие фрезы могут значительно уменьшить затраты, если они у Вас в основном тупятся, а не ломаются.


Вылет и отгиб фрезы


Так мы подходим к важному понятию "вылета". Вылет инструмента - расстояние от держателя инструмента до конца фрезы:

6n.jpg
Вылет фрезы

Чем больше вылет, тем менее прочен инструмент. Чем он сильнее выступает, тем сильнее отгибается под усилиями резания. Вот утрированное изображение этого явления:

7n.jpg

Хотя покупка максимально длинных фрез может показаться разумной, ведь Вы сможете использовать их для большого разнообразия операций, это - не лучшее решение. Более короткие концевые фрезы прочнее. Приберегите длинные фрезы для тех случаев, когда у Вас просто нет другого выбора! 

Похожую ситуацию мы будем наблюдать у спиральных сверл.


Покрытия концевых фрез


Правильное покрытие может невероятно улучшить характеристики концевой фрезы (или другого режущего инструмента, например, спирального сверла). 

Существует много разнообразных покрытий, некоторые из которых просто прекрасны, некоторые - весьма экзотичны и дороги. Выбор фрезы с покрытием - это выбор цены против выгоды. Если в Ваших условиях механическая обработка значительно выиграет от дополнительной производительности премиум-покрытия, покупайте концевую фрезу с таким покрытием. 


Торцовые фрезы, фрезы с большим шагом спирали и другие формы


Подобно тому, как покрытия дешевых и дорогих фрез могут значительно разниться по качеству, форма фрез также очень влияет на производительность. 

Производители хвалят самые разные формы, но выбирать следует опытным путем. Некоторые вещи менее спорны, некоторые - едва заметны. Для начала купите концевые фрезы приличного качества, а не гоняйтесь за причудливыми формами. Когда даже небольшое улучшение качества будет сулить реальные деньги, попробуйте премиум-фрезы, посмотрите, насколько они Вам подойдут. 

Две формы фрез, которые пригодятся с самого начала - торцовые фрезы со скругленными углами и фрезы с большим шагом спирали. Фрезы первого вида имеют небольшой радиус на углах кромок, поэтому дают более качественную поверхность и менее склонны к задирам. Это два очень серьезных преимущества.

Фрезы с большим шагом (т.е. малым углом подъема) спирали могут значительно улучшить удаление стружки в материалах, подобных алюминию:

8n.jpg


Черновые концевые фрезы (обдирочные фрезы со стружколомом)


9n.jpg

Обдирочные фрезы имеют небольшую зазубренность на режущих кромках. Эта зазубренность называется «стружколом» и служит для нескольких полезных вещей. Во-первых, она, как следует из названия, ломает стружку в мелкую крошку и упрощает ее удаление(крошка легко вымывается СОЖ и не застревает в канавках, особенно полезно для алюминия). Во-вторых, такие зубцы менее подвержены дребезгу. Все эти зазубренности производят множество вибраций, которые накладываются друг на друга и не складываются в один общий звон. Фрезы со стружколомом не очень дорогие и могут неплохо увеличить производительность, т.к. подачи и заглубления для таких фрез выше, чем для чистовых фрез 


Сферические концевые фрезы


Когда мы говорим о концевых фрезах, следует помнить, что они часто применяются в "2.5D-фрезеровке". Это такой вид обработки, при котором Z, или высота поверхности изделия, меняется уступами, не плавно, т.е. состоит из выступов, выемок и карманов, поверхность которых, как правило, являются ровными горизонтальными плоскостями. Такая особенность наблюдается у огромного количества деталей, но в тех, где она не наблюдается, Вы будете применять настоящую "3D" обработку, а для этого Вам понадобится сферическая концевая фреза. 

10n.jpg
Литьевые формы часто требуют 3D-обработки

Сферы создают волнообразные неровности, размер которых зависит от диаметра сферы, глубины резки и шага между последовательными проходами:

11n.jpg12n.jpg
Волнообразные неровности от сферы

Концевые фрезы с индексируемыми режущими пластинами и торцовые фрезы 


13.jpg
Концевая фреза с индексируемыми режущими пластинами работает в кармане

Большие концевые фрезы могут снять много материала, но они также очень дорогие. Индустрия механической обработки быстро это поняла и предложила в качестве альтернативы фрезы со сменными режущими пластинами. В инструментах с индексируемыми режущими пластинами режущие кромки - съемные вставки из карбида вольфрама. На рынке представлено такого инструмента, но в этом обзоре мы ограничимся концевыми и торцовыми фрезами.

Для эффективной черновой обработки удобно иметь концевую фрезу диаметром 15-25 мм. Цельные фрезы такого размера уже весьма дорогие, но в то же время, это достаточно небольшой размер для наборной фрезы. Можно проводить черновую обработку концевой наборной фрезой, а чистовую обработку - цельной концевой фрезой. В зависимости от операции, также может иметь смысл применение и весьма больших концевых фрез с индексируемыми пластинами. В общем-то, это компромисс между возможностями(жесткостью) Вашего станка, прочностью материала заготовки и совокупной стоимостью владения парком наборного инструмента и вставок. 

Совместно с наборными концевыми фрезами используются также торцовые фрезы. Они так называются, потому что фрезерование возможно производить всем торцом. Они отличаются от концевых тем, что ими производят обработку большой плоской поверхности, как правило, верхней части детали.

14n.jpg
Стандартная торцовая фреза со вставками под углом 90 градусов

 

Спиральные сверла


  15n.jpg
Вездесущее спиральное сверло было, наверное, первым режущим инструментом, который каждый из нас когда-то начал использовать, ну, например, в ручной электродрели. В то время как концевые фрезы есть только у станочников, спиральные сверла имеются в доме почти каждого мастера-любителя. 

Но все не так просто, как кажется на первый взгляд. Статистика показывает, что отверстия составляют абсолютное большинство всех операций, выполняемых на станках с ЧПУ. Кроме того, интенсивность удаления материала спиральными сверлами очень высока и обычно превосходит эту характеристику у концевых фрез. Иногда может иметь смысл высверлить множество отверстий, а затем обработать на станке сетку между отверстиями с помощью концевой фрезы. 

Как и концевые фрезы, спиральные сверла выпускаются в разных размерах, с разными покрытиями, материалами и длиной.


Размеры спирального сверла


Спиральные сверла имеют большее разнообразие диаметров и размеров, чем концевые фрезы. Впрочем, в этом нет ничего удивительного, учитывая распространенность операций по производству отверстий и сложность использования одного сверла для отверстий разного диаметра, тогда как концевые фрезы намного более гибкие в этом отношении.

Помимо метрических и дюймовых размеров существуют также особые размеры, например, числовые и буквенные.


Быстрорежущая сталь, кобальт и карбид вольфрама + Покрытие или отсутствие покрытия 


Если Вам нужна прочность и жесткость карбида вольфрама для быстрой обработки жестких материалов - альтернативы быть не может. В других случаях просто купите полный набор сверл из быстрорежущей стали или кобальта. 

Покрытие или его отсутствие - дело вкуса. Покрытия могут оказаться полезными, хотя и не настолько, как в концевых фрезах, возможно, потому что большинство спиральных сверл изготавливаются не из карбида вольфрама.


Винтонарезной станок и длина короткой серии


Длина спирального сверла может быть различной. Большинство непрофессионалов используют спиральные сверла короткой серии. Вот чем они отличаются:

Сверло длиной для винтонарезного станка имеет такой же диаметр, но намного короче сверла короткой серии. Также оно более прочное.

Поскольку они короче, они также намного прочнее. Отверстие, производимое таким сверлом, будет точнее, а вероятность, что Вы сломаете сверло - меньше. Большинство станочников предпочитает использовать спиральные сверла для винтонарезного станка именно из-за этих преимуществ.


Сверла больших диаметров


Стандартные наборы спиральных сверл имеют диаметр только до 14 мм. Для сверления больших отверстий Вы можете использовать фрезы с коническим или уменьшенным хвостовиком (на Западе похожие сверла называют сверла Силвера-Деминга).

17n.jpg

У этих сверл хвостовик 14 мм и более крупные канавки. Хвостовик небольшой, поэтому подходит для стандартных сверлильных патронов. 

Что также хотелось бы сказать. Во-первых, стандартный кулачковый сверлильный патрон не очень точный, и для механической обработки на станке с ЧПУ мы будем часто использовать вместо него цанговый патрон. Во-вторых, большие спиральные сверла требуют мощного шпинделя, поэтому убедитесь, что Ваш станок потянет крупное сверло. 


Параболические канавки для глубоких отверстий 


Высверливание действительно глубоких отверстий - сложная задача. Как только отверстие достаточно углубляется, становится очень трудно извлечь стружку, продолжая сверление. Если стружка накапливается и блокирует канавки, спиральное сверло сломается в отверстии, что всегда представляет собой сложную для устранения неприятность. Новшество, которое значительно помогает при высверливании глубоких отверстий, называется "параболические канавки." Сверла такого типа дороже, чем обычные спиральные сверла, но они могут производить значительно более глубокие отверстия, и их покупка вполне оправдана, если Ваши операции требуют таких глубоких отверстий. Глубина зависит от диаметра спирального сверла.


На острие


Вы будете часто пользоваться спиральными сверлами, и нет ничего более раздражающего, чем тупой инструмент. Если суметь заточить сверло, оно может прослужить Вам еще долго. Сверлозаточные станки доступны в разных ценовых диапазонах. Кроме того, можно затачивать сверла вручную на точильном камне.


Точечные и центровочные сверла 


Это сверла особого типа, но их сфера применения довольно широкая. Теоретически нет смысла использовать центровочное сверло на фрезерном станке. Центровочные сверла предназначаются для создания отверстий в конце заготовки, для пиноля на токарном станке. Их вторичный "направляющий" наконечник делает их более тонкими, чем точечные сверла. Однако большинство операторов с радостью возьмут их, если они удобны, и будут использовать как точечные сверла.

18n.jpg
Точечное сверло – справа, центровочное сверло - слева

Сверла этого типа не имеют слишком длинных канавок. Они используются только для намечания небольших углублений перед началом работы спирального сверла. Не всегда нужно намечать отверстие.

Сверло с механическим креплением многогранных пластин


Учитывая как часто наши станки должны производить отверстия, а также преимущества инструментов с индексируемыми пластинами для фрезерования концевыми и торцовыми фрезами, неудивительно, что существуют сверла с многогранными пластинами. Как правило, их лучше использовать для больших отверстий. На данном этапе больше знать о них необязательно. Просто помните о них и о том, что они могут облегчить труд.