Фреза однозубая по металлу

Преимущества однозубых фрез для современных станков с ЧПУ

Характерной чертой современных фрезерных станков с ЧПУ является высокая скорость и точность обработки. На достижение этих качеств направлено множество конструктивных решений — общая высокая жёсткость станка, мощные исполнительные элементы (электродвигатели инструментального портала и шпинделя), линейные направляющие с пониженным трением, подвижные узлы инструментального портала из лёгкого сплава и т. д.

Однако важнейшим звеном процесса механической обработки заготовок является режущий инструмент — фреза. Перечисленные выше конструктивные особенности фрезерных станков с ЧПУ накладывают определённые ограничения и предъявляют специфические требования к конструктивному исполнению режущего инструмента. Для обеспечения высокой точности при обработке на больших скоростях, фрезы для станков с ЧПУ должны обладать повышенной жёсткостью, точностью геометрии и малым собственным биением. И хотя конструктивных вариантов фрез существует достаточно много, для современных станков с ЧПУ применяются в основном концевые твёрдосплавные фрезы: одно- или двухзаходные спиральные, сферические или шариковые, с одним, двумя или многозубые, а также специальные граверы.

Выбор типа фрезы

Тип фрезы выбирается исходя из конкретных условий обработки, и зависит от материала заготовки (его твердости и склонности образовывать сплошную либо хрупкую стружку), скорости и подачи, величины снимаемого за один проход припуска, условий охлаждения и т. п. Современные фрезерные станки с ЧПУ обладают значительным диапазоном регулировки частоты вращения шпинделя и подачи инструмента. Для современного производства наблюдается тенденция обработки в более «жёстких» режимах — насколько позволяют характеристики оборудования и стойкости режущего инструмента. Такой подход оправдан самой конструкцией фрезерного станка, а также повышением рентабельности производства при увеличении темпов выпуска продукции.

Именно поэтому к режущему инструменту предъявляются столь жёсткие требования. Но, несмотря на высокие характеристики твердосплавных концевых фрез, при обработке на определённых режимах могут возникнуть проблемы с заходом и/или выходом инструмента из тела заготовки. Даже незначительное биение при большой частоте вращения фрезы вызывает сильные вибрации при осевом погружении инструмента в заготовку. Это негативно отражается на качестве, требует особой программной коррекции траектории движения фрезы и усложняет процесс обработки.

Решение этих проблем при использовании режущего инструмента стандартной конструкции невозможно. Именно поэтому производители фрез ведут постоянную модернизацию своих изделий.

Применение однозубой фрезы на станках с ЧПУ

Один из главных недостатков обычной концевой фрезы — наличие значительной осевой нагрузки при вертикальном вхождении в тело заготовки. Причиной этого является прямая торцевая перемычка на режущей части. Такая, казалось бы, незначительная проблема может быть легко решена, если придать геометрической формы обычного сверла. Однако выполнение фрезеровки сверлом довольно проблематично (хотя и возможно в принципе).

В попытках совместить достоинства фрезы и сверла была разработана геометрия однозаходной фрезы со шлифованной винтовой спиральной канавкой. Сегодня подобный тип инструмента используется всё чаще — в самых различных сферах применения фрезерных станков с ЧПУ. Однозубая концевая фреза — за счёт своей «хитрой» геометрии — отличается высокой стойкостью к износу. Торцевая поверхность фрезы отшлифована по спирали Архимеда с двумя глухими тыловыми участками. Такая конструкция обеспечивает лёгкое осевое врезание фрезы без значительных нагрузок — даже при обработке заготовок высокой твёрдости. Образно говоря, фреза имеет способность «засверливаться» в поверхность заготовки при вертикальном движении шпинделя фрезерного станка с ЧПУ.

Глубокая спиральная канавка фрезы отшлифовывается под разный угол — в зависимости от назначения фрезы под обработку конкретной заготовки, склонной к образованию вязкой либо хрупкой стружки. Спиральная канавка отводит значительную часть стружки — следовательно, её геометрия оказывает решающее влияние на качество очистки зоны резания и общую точность обработки.

Достоинства однозубой фрезы

Тыловая часть фрезы, как правило, снабжается малыми шлифованными углублениями для слома и дробления стружки. Это хорошо защищает режущие кромки фрезы от налипания стружки и не даёт шлаку забивать спиральные канавки. Однозубые фрезы отличаются повышенной надёжностью — их конструкция «застрахована» от неравномерного износа зубьев. Для многозубых фрез неравномерный износ зубьев приводит к нарушению подачи на зуб, резкому повышению радиальной нагрузки на инструмент, потере точности обработки, повышению вибраций и риску поломки инструмента — возможно прямо в цанге патрона шпинделя фрезерного станка с ЧПУ. Очевидно, что применение режущего инструмента с одним зубом полностью исключает вышеперечисленные проблемы.

Однозубая фреза менее требовательна к качеству закрепления обрабатываемой заготовки. Даже при нежёстком креплении, возникающие при обработке вибрации заготовки не оказывают разрушительного влияния на однозубую фрезу. Кроме того, рациональный выбор режимов резания позволяет легко добиться желаемой шероховатости обрабатываемой поверхности — по этому показателю однозубая фреза практически не уступает двузубой.

Читайте также:  Лучший клей для склеивания металла к дереву

Ещё одним существенным плюсом однозубой фрезы является возможность изготовления инструмента как с правой, так и с левой закруткой спиральной канавки. Это позволяет осуществлять отвод стружки как вверх, так и вниз, что чрезвычайно важно для обеспечения высокого качества обработки «капризных» материалов (например, фанеры), а также для повышения надёжности обработки заготовок небольшой толщины (борьбы с эффектом «поднятия» заготовки над рабочим столом).

Источник

Однозубая фреза

Своим появлением эти фрезы обязаны необходимости массовой обработке изделий из мягких материалов как пластик, алюминий, композит и оргстекло. Обычные концевые фрезы не показывали равномерную гибкость работы во всех режимах обработки таких заготовок. Особенно возникали проблемы с заходом и выходом фрезы в материал заготовки, что было напрямую связано с геометрией концевых фрез. Наблюдались трудности с удалением стружки с рабочей зоны, которого образовывалось много.

Решением этого вопроса стали фрезы новой конструкции геометрии рабочей части. Они получили название однозубых.

Что такое однозубая фреза?

Эта фреза представляет собой инструмент для фрезерования с одним зубом. Внешне она напоминает сверлу. Инструмент имеет хвостовик, за которую закрепляется в шпинделе станка, и режущую часть, состоящий из одного зуба. Хвостовик имеет цилиндрическую форму.

Обычно профиль заточки режущей кромки зуба представляет собой спираль, что позволяет легко врезаться в материал заготовки. Фактически получается, что открытый острый выступ зуба имеет наклон к плоскости обработки. Этим как раз не могу похвастаться стандартные концевые фрезы, у которых торец имеет плоский угол.

Наличие одного зуба позволяет конструктивно выполнить глубокую канавку. Это способствует легкому и быстрому удалению стружки, образующуюся в больших количествах при обработке мягких материалов. Также благодаря этому фреза имеет лучшее охлаждение, что положительно сказывается на ее сроке эксплуатации.

Стандартный угол наклона винтовой канавки равен 30°. Однако по согласованию с заказчиком, могут быть изготовлены инструменты с другими значениями этого угла. Направление нарезки может быть, как право-, так левосторонним. В первом случае, стружка выводится вверх, а во втором – вниз. За один заход зуба удаляется один слой материала. Поэтому иногда эти фрезы называют однозаходными.

Фрезы преимущественно изготовляются из быстрорежущих сталей марок Р6М5, A1LX, которые показывают хорошие прочностные характеристики при высоких скоростях обработки. Для повышения твердости иногда добавляют вольфрам и кобальт в сплав, который используется для производства твердосплавных фрез для чистовой обработки.

Все это вкупе с особенной формой геометрии дает высокий показатель сопротивления к износу, а также повышенную устойчивость к боковым нагрузкам.

Где используются однозубые фрезы

Эти фрезы применяются в следующих сферах деятельности:

— рекламное и мебельное производство;

— изготовление окон из алюминия и поливинихлорида (ПВХ).

Однозубая фреза является стандартной оснасткой к фрезерным станкам, в том числе с программным управлением. Здесь она применяется в таких работах как контурная фрезеровка панелей из алюминия, фанеры и ПВХ. Также ими осуществляется фрезерование пазов и канавок.

Какие бывают виды однозубых фрез?

Разновидности однозубых фрез

Данные фрезы делятся на несколько видов в зависимости от геометрии и механических свойств поверхности рабочей части. Целесообразно рассмотреть их по отдельности.

Однозубые фрезы с полированной канавкой

Эти фрезы применяются для обработки дерева, фанеры средней плотности, акрила и алюминия. В них для улучшения отвода стружки поверхность винтовой канавки имеет зеркальную полировку. При этом уменьшается трение, и стружка скользит по нему без дополнительных усилий, что позволяет производить обработку при более высоких скоростях вращения.

Однозубые фрезы с левой прокруткой

Большинство фрез выпускается с правой нарезкой канавки. Здесь стружка выходит в направлении от заготовки. Однако при врезании зуба в материал имеет место довольно большое осевое усилие, которое тянет заготовку вверх. При обработке материалов малой толщины это может привести к проблемам.

Поэтому были разработаны однозубые фрезы с левой прокруткой. За счет левонаправленного винта канавки отделяемая стружка направляется в сторону заготовки. При этом заготовка прижимается фрезой вниз к столу станка. Можно отметить, что благодаря этому отделение слоя материала происходит более ровно и достигаются более четкие грани фрезерованных поверхностей.

Стоит заметить, что фрезы данного типа целесообразны при обработке листовых заготовок из материалов небольшой твердости.

Однозубые фрезы с левой прокруткой и с полированной бороздкой

Этот инструмент является усовершенствованным вариантом фрез предыдущего типа. Наличие у них левой накрутки винтовой канавки приводит к трудностям удаления стружки из рабочей зоны, что ограничивает скорости вращения фрезы и подачи материала. Также это ухудшает условия охлаждения, что является нежелательным фактором.

Поэтому на задней поверхности канавки вышлифовываются бороздки спиральной формы. Их угол наклона такой же, как и у винтовой канавки. Поверхность бороздки имеет полировку до зеркального блеска. Это позволяет улучшить отвод стружки с зоны резки и охлаждение. Как следствие, увеличивается скорость обработки.

Читайте также:  Где применяют легкоплавкие металлы

Однозубые фрезы с профилем

Самым распространенным профилем является так называемый «ястребиный клюв». Форма резца зуба с торца инструмента похожа на клюв ястреба и имеет острый выступающий конец. Получается резец наклонен в двух плоскостях: в горизонтальной и вертикальной. Обычно фрезы с таким профилем предназначены для сквозной фрезеровки.

В то же время не подходят для обработки пазов и канавок в достаточно мягких материалах, например, дерева. Для этих целей используется инструмент с плоской заточкой режущего зуба, что позволяет получить ровные взаимно перпендикулярные грани. Для неглубоких пазов канавка фрезы выполняется прямым. При этом удаление стружки осуществляется сжатым воздухом.

Однозубые фрезы, как уже было отмечено, используются для обработки мягких материалов. Скорость вращения инструмента может быть разной в зависимости от размеров и материала заготовки и диаметра фрезы. Однако на практике стараются использовать максимально высокие значения. Например, в рекомендованных режимах обработки скорость вращения инструмента составляют несколько десятков тысяч оборотов в минуту. Это связано с тем, что некоторые материалы имеют низкую температуру плавления, например, пластик. При высокоскоростной обработке он не успевает нагреться до температуры плавления. Также из-за этого при контурном фрезеровании листовых заготовок профессионалы рекомендуют выбирать глубину обработки меньше на 0,05-0,1 мм чем толщина самой заготовки.

Поэтому есть необходимость охлаждения рабочей зоны, включая и саму фрезу. Это организовывается при помощи подведения трубок, из которых подается жидкости. Для алюминия применяется эмульсии, а для синтетических материалов – обычная мыльная вода. Сама фреза охлаждается периодически сжатым воздухом.

В отличие от остальных фрез, однозубые универсальны в применении и неприхотливы в работе. Они справляются со всеми видами работ по фрезерованию заготовок из алюминия, пластика, дерева, композита и оргстекла. Сюда входит черновая и чистовая обработка, фрезерование канавок и пазов.

Источник

Применение однозубых концевых фрез

Для чего использовать однозубую (одноперую) концевую фрезу?

Среди современного разнообразия режущего инструмента, порою встречаются действительно странные изделия, физика работы которых не сразу понятна, поэтому выбрать фрезу для станка бывает нелегкой задачей. Так, многие операторы ЧПУ знают, что чем больше режущих кромок, тем выше производительность, в то же время некоторые материалы, например алюминий, требуют меньше режущих кромок – обычно две или три. И если это правило развить дальше, то тогда целесообразно ли было бы использовать однозубую концевую фрезу? Есть ли такие задачи, для которых подойдет минимально возможное количество зубьев?

Если ответить одним словом, то да. Давайте поговорим, почему это так. Причина, по которой желательно использовать меньшее количество зубьев, связана с поведением стружки. Так, при обработке алюминия формируется стружка большего размера, в сравнении с другими материалами. Это связано с тем, как сворачивается материал, а также рядом других факторов. Пространство, создаваемое стружечными канавками такой концевой фрезы – это то место, по которому стружка удаляется в процессе резки. И если этого места будет недостаточно, то может произойти повреждение режущего инструмента. Именно поэтому при обработке алюминия стараются использовать инструмент с меньшим числом зубьев и, соответственно, с большим пространством для удаления стружки.

Это проблема производительности, когда большее количество стружечных канавок может быть более продуктивным, может быть связана с двумя факторами: скоростью удаления материала (MRR) и классом обработки поверхности.

Один из этих факторов имеет большое значение для черновой обработки (MRR), и один, очевидно, имеет большее значение для вашей финишной обработки. То, что связано с этим фактором, я называю «Тиранией поверхностной скорости».

Оставим в стороне проблему стружечных канавок и поговорим о процессе резания однозубым режущим инструментом на станке. На самом деле это очень просто и помогает пролить свет на то, что происходит в процессе резания. Для каждого обрабатываемого материала есть своя скорость резания, рекомендованная производителем. Это рекомендация в значительной мере связана с работой на максимальной скорости вращения (или заготовки на станке) без ущерба для срока службы режущего инструмента. Лимитирующим фактором является скорость отведения тепла. Карбид вольфрама может противостоять тепловому потоку, по сравнению с быстрорежущей сталью перед началом размягчения. Если материал, из которого сделан инструмент, размягчается, режущий край инструмента быстро притупляется. Итак, если вы хотите, чтобы инструмент мог выдерживать большее количество тепла, вам необходимо использовать твердосплав вместо быстрорежущей стали. Поскольку мы не можем преодолеть скоростной лимит, нам приходится подбирать другие параметры. Итак, давайте предположим, вы запустили инструмент на максимальной скорости. Чем быстрее скорость резания, тем выше температура инструмента и тем быстрее он притупляется. Как еще мы можем получить более высокие скорости удаления материала? Ответ заключается в том, что мы размещаем больше режущих кромок по окружности режущего инструмента, чтобы при вращении фрезы мы получаем намного больше точек резания. При заданной скорости резания 4-канальная концевая фреза может давать четыре точки реза при данной подаче на зуб, в это время для двух стружечных канавок их будет 2, при той же толщине стружки. Таким образом, четыре стружечных канавки могут иметь в два раза большую скорость удаления материала (MRR). Именно поэтому мы видим, что резаки с большим числом канавок становятся популярными в сложных материалах, которые допускают медленные скорости резания. Таким образом, можно повысить производительность обработки для таких материалов.

Читайте также:  Гидроабразивная очистка металла своими руками чертежи

Теперь о качестве обработке поверхности. Уже было сказано, что использование большего количества зубьев равноценно увеличению скорости шпинделя. Материал не различает разницы между резанием дважды за оборот двухзубой фрезой при 6000 об/мин или четырехзубой фрезой на 3000 об/мин.

Следовательно, переход от фрезы с двумя зубьями к фрезам четырьмя зубьями можно приравнять к удвоению скорости вашего шпинделя. При увеличении скорости при той же подаче на зуб улучшается качество обработки поверхности (по-крайней мере, пока фреза еще режет, а не скоблит, см. ниже). Если нет необходимости использовать двузубую концевую фрезу для хорошего удаления стружки, например для обработки алюминия без существенного заглубления, можно использовать даже четырехзубые фрезы.

Всё больше данных, что для использования концевой фрезы с одним зубом нет задачи?

Тогда пришло время, чтобы изучить случаи для использования таких фрез. Перед тем как это сделать, надо рассмотреть феномен как «скобление», когда стружка становится слишком мелкой. Здесь достаточно сказать, что если вы перемещаете инструмент слишком медленно, то стружка становится слишком тонкой по отношению к режущей кромке настолько, что та не может быть начисто удалена режущей частью инструмента. Фреза рвет стружку и даже может проскальзывать на ней несколько оборотов, прежде чем она собьётся в комок и будет удалена.

Теперь давайте рассмотрим пример с ЧПУ станком. Допустим шпиндель может вращаться со скоростью 24000 об/мин, но не менее 12000 об/мин. Когда мы режем алюминий, первое что мы обнаруживаем это необходимость использования твердосплавного инструмента, желательно с хорошим покрытием фрезы. Когда мы начинаем работать с определенными скоростями вращения и подачи и мы обнаруживаем, что нам понадобятся довольно высокие скорости подачи при этих скоростях вращения. Так, например концевая фреза 6 мм дюйма может работать при скорости вращения шпинделя 24000 об/мин и скорости подачи 6000 мм/мин. Теперь в зависимости от станка мы можем столкнуться с проблемой.

Что можно сделать, если ваш станок не может обеспечить такую скорость подачи?

Ответ состоит в использовании фрезы с одним зубом, поскольку она вдвое снижает скорость подачи без трения. Так что есть случай, когда такая фреза может выручить, если станок не может обеспечить требуемую скорость подачи, чтобы не отставать от того количества и поддерживать достаточную нагрузку на кромку. Другой случай: всегда, когда мы получаем преимущество в дополнительном удалении стружки – это большой плюс. Есть много сценариев, где важно хорошее удаление стружки:

— вы режете пластину из очень вязкого алюминия, в этом случае обязательно используется двузубая фреза вместо трехзубой. В тоже время может оказаться выгоднее выполнить работу фрезой с одним зубом.

— вы используете микрофрезу, которые имеют худшую геометрию фрезы в сравнении с фрезами большего размера, это никак не исправить – это физика. Вы можете сделать режущую кромку максимально острой, но в микромасштабе оно все равно будет оставаться недостаточно острым. Кроме того значительно выше тенденция к свариванию стружки и пространство для удаления стружки является проблемой при микрообработке. Перейдите на фрезу с одним зубом. Большинство рекомендует такой подход уже долгое время и даже выпускает специальные однозубые фрезы со специальной сбалансированной геометрией для высоких оборотов.

— Вам необходимо сделать глубокий рез или фрезеровать небольшую глубокую выемку и часто бывает очень трудно удалить стружку из отверстия, и она забивает его. Идеально, если вымывать стружку СОЖ, но, если это не поможет, попробуйте использовать фрезу с одним зубом.
— Вы делаете глубокую фрезеровку трехмерного профиля во время, которого фреза опускается во множество узких мест с минимальным зазором.

Третий вариант: некоторые материалы лучше обрабатываются фрезами с одним зубом. Как правило, это мягкие материалы, которые легко царапаются. Потому при обработке таких материалов необходимо обеспечить удаление стружки. Мягкие материалы – это не только мягкие металлы, но и пластмассы. Также можно получить заметный прирост производительности при работе с некоторыми видами дерева (мягкие породы и МДФ). Использование однозубой фрезы может помочь в процессе резания слоистых листовых материалов (композитных панелей), однако различия в процессе резания незначительные и как правило проявляются на высоких оборотах шпинделя.

Меньшее количество стружечных канавок означает меньшее количество повторного реза по стружке, в результате получается лучшее качество обработки поверхности.

Источник

Поделиться с друзьями
Металл