Концевые фрезы – заточка, режимы резания при фрезеровании

Режущий инструмент для фрезерных и расточных станков отличается многообразием и наличием нескольких режущих кромок. Сложная конфигурация требует высокой точности шлифовки, поэтому производят заточку фрезы на станках автоматах и ЧПУ. Вручную сделать одинаковыми все углы и кромки невозможно.

Для каждого типа фрез предназначены свои заточные станки. Невозможно на одном оборудовании обработать торцевой и отрезной инструмент.

Заточка фрезы на станке

Углы заточки концевых фрез

Чтобы правильно выполнить заточку концевой фрезы в первую очередь необходимо изучить геометрию зубьев. Они бывают затылованными и остроконечными.

Изображение №1: остроконечный (а) и затылованный (б) зубья

У затылованных зубьев задние поверхности выполнены по архимедовым спиралям. Заточка таких фрез происходит по передним поверхностям.

У остроконечных зубьев части задних поверхностей представляют собой плоскости. Чаще всего такие фрезы затачивают по задним поверхностям. Передние обрабатывают в случае необходимости.

Расскажем о геометрии зубьев в деталях. Каждый из них имеет 4 важных параметра.

Изображение №2: геометрия зубьев

Поверхности и углы заточки концевых фрез.

1. Площадка f. Именно она подвергается основному износу и затачивается при обработке задней поверхности. Размер площадки напрямую влияет на силу трения между инструментом и заготовкой. Поэтому ширину необходимо поддерживать в определенном диапазоне.
2. Вспомогательный задний угол α1. По нему фрезы затачивают при определенных величинах износа и сильном увеличении размеров площадок f.
3. Главный задний угол α. Это угол между касательной к задней поверхности в рассматриваемой точке главной режущей кромки и касательной к окружности вращения данной точки. Задача этого угла — уменьшить трение между инструментом и заготовкой.
4. Главный передний угол γ. Расположен между осевой плоскостью и касательной к передней поверхности. У фрез, предназначенных для обработки вязких материалов, размер этого угла варьируется в пределах от 15 до 20°. У фрез для обработки сталей — от 0 до 5°.

Обратите внимание! Зубья бывают прямыми и винтовыми. Величина наклона характеризуется углом λ. Он расположен между осью и развернутыми винтовыми кромками.

Заточка задних поверхностей

При настройке на заточку фрезы по задней поверхности её устанавливают в такое положение, чтобы зуб, опираемый на упор, был смещён относительно горизонтального положения на угол α .

Необходимое расстояние, на которое смещается зуб фрезы, образующей угол α , можно вычислить по формуле:

• α – угол смещения;
• H – расстояние смещения зуба;
• D – диаметр затачиваемой фрезы.

Так как зубья фрезы опираются на упор, его рекомендуется располагать как можно ближе к вершине индивидуально затачиваемого зуба, чтобы уменьшить погрешность угла α .

Ручная заточка концевых врез, предназначенных для обработки вязких материалов

Для заточки концевой фрезы, предназначенной для обработки вязких материалов (к примеру, древесины), вам понадобятся следующие инструменты, оборудование и материалы.

1. Стол или верстак.
2. Алмазный брус.
3. Мыльный раствор.
4. Растворитель.

Заточка концевой фрезы проходит по следующей схеме.

1. Смочите алмазный брус в мыльном растворе и закрепите его на краю стола.
2. Снимите с фрезы направляющий подшипник (при его наличии).
3. Очистите фрезу при помощи растворителя.
4. Заточите все резцы.

Изображение №3: схема заточки фрезы

Обратите внимание на следующие особенности.

1. Перед заточкой в обязательном порядке удостоверьтесь в том, что алмазный брусок имеет правильную форму.
2. Чтобы добиться равномерной заточки резцов, делайте одинаковое количество движений с примерно одинаковой силой нажатия.
3. Если у вас нет алмазного круга, для заточки можете взять наждачную бумагу. Приклейте ее к твердому деревянному бруску или полоске стали.

Станки для заточки концевых фрез по металлу

Для заточки концевых фрез по металлу применяют специальные станки, обеспечивающие поступательное и вращательное движение обрабатываемого инструмента.

Изображение №4: прецизионный станок для заточки концевых фрез

Расскажем об особенностях заточки торцевых и боковых зубьев.

Заточка торцевых зубьев

Для заточки торцевых зубьев фрезы устанавливают горизонтально. Если станок не имеет специально предназначенного для этого градуированного кольца, горизонтальность выверяется при помощи угольника.

В процессе заточки оператор перемещает кромку абразивного круга вдоль кромки зуба. Угол заточки регулируется либо наклоном шпинделя с фрезой, либо смещением круга по вертикали.

Фотография №1: заточка торцевых зубьев концевой фрезы

Заточка боковых зубьев

Заточку боковых зубьев выполняют по следующей схеме.

1. Фреза закрепляется в цанге.
2. Игла-копир устанавливается в самое высокое положение, при котором кончик касается наружного края канавки.
3. Абразивный круг передвигается в положение, при котором наружная кромка совпадает с иглой.
4. Станок запускается.
5. При помощи ручки прямой подачи круг подводится к фрезе (до начала искрения).
6. Устанавливается толщина снимаемого слоя металла (25–50 мкм).
7. Производится заточка зуба на всю длину. Для этого шпиндель с фрезой втягивается до тех пор, пока инструмент не сойдет с иглы.
8. Проход повторяется.

Фотография №2: заточка боковых зубьев концевой фрезы

Далее по этой же схеме затачивают остальные зубья.

Заточка передних поверхностей

При заточке передних поверхностей фрезы, применяются только тарельчатые круги, так как, благодаря своим геометрическим свойствам, они могут помещаться в пространстве между зубьями. Если рабочую поверхность абразивного круга установить по вертикальной осевой линии фрезы, то передний угол γ будет иметь нулевое значение. Для того чтобы переднему углу γ обеспечить положительное значение, торцевую поверхность круга которая соприкасается с зубом фрезы при заточке, необходимо сместить на некоторое расстояние H1 которое можно рассчитать по формуле:

Выбор приспособлений (абразивных кругов) для заточки концевых фрез на станках

Для заточки концевых фрез на станки чаще всего устанавливают приспособления, изготовленные из следующих материалов.

1. Алмаз и зеленый карбид кремния. Выполненные из этих материалов круги подходят для заточки твердосплавных инструментов.
2. Эльбор. Это сверхтвердый материал на основе кубической сфалеритной модификации нитрита бора. Эльборовые круги применяют для заточки фрез из быстрорежущих сталей повышенной производительности.
3. Электрокорунд. Это химически стойкий твердый материал на основе оксида алюминия. Электрокорундовые круги используют для заточки фрез, изготовленных из инструментальных и быстрорежущих сталей нормальной производительности.
4. Перечислим характеристики приспособлений, которые нужно обязательно учесть при выборе.
5. Термостойкость. С повышением температуры микротвердость абразивных материалов снижается. Поэтому заточка концевых фрез на станках в обязательном порядке требует использования СОЖ. Обычная вода не подойдет. Ее использование приведет к коррозии элементов станка. В воду добавляют мыло и различные дополнительные добавки (кальцинированная сода, силикат натрия, нитрит калия и пр.). Термостойкость материалов, применяемых для изготовления абразивных кругов, смотрите в таблице ниже.

Изображение №5: термостойкость материалов, применяемых для изготовления абразивных кругов

1. Зернистость. Ее выбирают в зависимости от требуемого класса чистоты затачиваемой поверхности. Чем выше зернистость, тем лучше производительность кругов. При этом увеличивается срок службы приспособлений.
2. Форма. Для заточки передних углов концевых фрез используют тарельчатые или плоские приспособления. Задние углы обрабатывают чашечными и тарельчатыми моделями.

Изображение №6: формы шлифовальных кругов, применяемых для заточки концевых фрез

Еще один важный параметр заточки концевых фрез — скорость вращения кругов. Твердосплавные инструменты обрабатывают на высоких скоростях, а фрезы, изготовленные из быстрорежущих и инструментальных сталей — на более низких.

Твердость.

Зачастую при обработке дерева или пластика встает вопрос: если твердость фрезы значительно выше, чем материал детали, то зачем затачивать концевую фрезу, она по идее не должна затупиться. Однако, в быту мы не задумываемся о том, почему столовый нож нужно затачивать после резки очень мягких продуктов, таких как хлеб или колбаса. Заточка происходит довольно часто, порой несколько раз в месяц. А сколько раз Вы затачиваете нож? При этом всем давно известно, что острый нож будет резать, а тупой нож — крошить и давить. Тоже самое касается концевых фрез.
Какие материалы имеют твердость, достаточную для изготовления фрез? Например, сталь углеродистая или быстрорежущая, поскольку твёрдость у них примерно одинаковая (62-65 HRC у углеродистой, 62-67HRC у быстрорежущей). Твердый сплав тоже подойдет, ведь у твердого сплава твердость еще выше.

Но кроме твердости есть еще несколько характеристик, которые ограничивают использование некоторых материалов. Например, концевые фрезы из углеродистой стали не делают. Было обнаружено, что при температуре более 170 градусов начинается отпуск стали. При этом твердость стремительно падает. У быстрорежущей стали критическая температура начинается с 490-540 градусов, у твёрдого сплава с более 900-920 градусов. Поэтому твердосплавные концевые фрезы имеют более высокую стойкость. В науке это явление называются «Красностойкостью».

Контроль качества заточки

После заточки необходимо убедиться в ее качестве. Для этого существуют различные технологии и приспособления.

1. Убедиться в отсутствии рисок, трещин и сколов можно при помощи лупы. При контроле качества заточки твердосплавных фрез дополнительно используют керосин. При наличии трещин он выступает. Это упрощает обнаружение дефектов.
2. Для измерения передних и задних углов предназначены маятниковые и специальные угломеры.

Изображение №7: технология измерения маятниковым угломером

Обратите внимание! Оставлять зазубрины на поверхностях зубьев не рекомендуется. Фрезы с дефектами быстро выходят из строя. При заточке стремитесь, чтобы поверхности получились идеально гладкими.

Виды режущих элементов

Фрезерная обработка – тонкий процесс, требующий особого подхода, поэтому мастера очень тщательно выбирают оснастку, ориентируясь на разные нужды. В зависимости от обрабатываемого материала, бывают:

• по металлу;
• по дереву;
• по пластмассе;
• по стеклу.

Вторая важная особенность – это предназначение, различают фрезы:

• угловые (для углов);
• фасонные – в зависимости от детали, которая подвергается обработке;
• шпоночные – для создания специального паза с соответствующим названием;
• для углублений в материале в форме буквы «Т»;
• отрезные для разделения образца на части и пр.

Также при покупке изделий обычно первым делом называют форму резца, он может быть:

• цилиндрический;
• конический;
• дисковый;
• концевой;
• червячный и т.д.

Сложно перечислить все виды, поскольку для каждой процедуры фрезерования может быть куплен или даже выточен самостоятельно свой инструмент. Всего наименований насчитывается несколько десятков тысяч, и их номенклатура постоянно растет вместе с увеличением производственных потребностей. В каждой разновидности режущее основание достаточно большое по протяженности, вне зависимости от того, как оно расположено. Поэтому очень сложно обеспечить правильное и равномерное затачивание. Иногда для этого нужны специальные инструменты, в других случаях больше подходит скрупулезное шлифование вручную. Отсутствие опыта или выполненная плохо по иным причинам работа может привести к образованию на режущей кромке сколов, царапин и трещин на поверхности.

Как добиться высокого качества заточки концевых фрез

Перечисленные ниже правила направлены на соблюдение установленных норм допускаемых биений и получение инструментов без дефектов.

1. Суммарное биение шпинделя станка, оправки и приспособления должно быть меньше допустимого биения затачиваемой фрезы.
2. Необходимо обеспечить точную посадку заточного круга. В противном случае вибрации не только приведут к дефектам заточки, но и ускорят износ абразивного приспособления.
3. Механизмы подач не должны заедать.
4. Закрепленную фрезу необходимо перемещать максимально плавно.
5. Шпиндели станков должны обладать достаточной виброустойчивостью.
6. Их нужно хорошо смазывать для обеспечения максимально легкого вращения.
7. Осевое и радиальное биение не должно превышать 0,01 мм.

Рекомендации по эксплуатации фрез для продольного сращивания древесины

I. Установка фрез на шпиндель шипорезного станка.

1.1. Перед установкой фрез обеспечить чистоту шпинделя шипорезного станка.

1.2. Установить фрезы в порядке нумерации, выбитой на фрезах и кольцах, начиная с установки фрезы №1 (рис. 1). Каждая последующая фреза устанавливается со смещением ножей относительно предыдущей фрезы на 45°, при этом штифт должен войти в соответствующее отверстие. Второе отверстие под штифт предназначено для расположения ножей на всех фрезах в одну линию для последующей заточки при наличии необходимого заточного оборудования.

II. Работа фрез на станке.

2.1. Перед началом работы обязательно проверить затяжку винтов крепления.

2.2. Предварительная калибровка заготовок обеспечит более качественное шипование и возможность последующего подбора заготовок по текстуре.

2.3. Присутствие на шипуемых заготовках пыли, песка и прочих абразивных материалов значительно сокращает долговечность работы ножей.

2.4. Рекомендуется работать на следующих режимах:

– Количество оборотов шпинделя с установленными фрезами должно быть в пределах 3–4,5 тыс. об/мин.

Повышенные обороты приводят к “подгоранию” режущих кромок ножей фрезы, которое существенно уменьшает ресурс работы этого инструмента.

– скорость подачи заготовок 5–8 м/мин. – механическая подача заготовок увеличивает срок службы фрезы до переточки.

2.5. При использовании фрез обязательно необходимо обеспечить надежный горизонтальный и желательно вертикальный прижимы заготовок.

Несоблюдение этих рекомендаций приводит к поломке ножей вследствие подрыва заготовок.

2.6. Рекомендуется установка регулируемой торцовочной пилы перед фрезой. Это позволяет увеличить срок службы ножей между переточками в 3–4 раза и обеспечить получение качественного смыкания обработанных торцов заготовок (рис. 2).

Перемещением регулируемой торцовочной пилы достигается выполнение зашиповки, обеспечивающей плотность соединения заготовок даже после многократной переточки ножей.

2.7. Требуется не допускать чрезмерного затупления ножей. Критерием затупления является невозможность обеспечить плотность смыкания даже регулировкой торцовочной пилой.

2.8. Если станок, на котором производится зашиповка заготовок под сращивание, не оборудован регулируемой торцовочной пилой и прижимом, приобрести их можно у нас, либо изготовить самому, но наличие этих устройств обязательно.

III. Переточка ножей, уход за фрезой.

3.1. Техническое обслуживание является одним из важнейших факторов, который поможет правильно и эффективно эксплуатировать фрезы. В конце каждого рабочего дня необходимо удалить налипшую смолу на корпусе и ножах фрезы кисточкой, смоченной в солярке, а в конце рабочей недели опустить фрезы в емкость, заполненную соляркой. Это необходимо делать из-за того, что налипшая смола приводит к “подгоранию” ножей и, как следствие, к их отпуску, что существенно уменьшает ресурс работы фрезы.

Также замачивание фрез в солярке позволяет легко откручивать крепежные винты для снятия ножей при переточке.

3.2. Переточка ножей фрез может выполняться двумя способами:

– без снятия ножей;

– со снятием ножей.

Для выполнения переточки без снятия ножей необходимо установить фрезы с расположением ножей по одной линии (см.п.1.2). Такая заточка выполняется при наличии специализированного заточного оборудования и подготовленного персонала по его обслуживанию.

При отсутствии такого специализированного оборудования все ножи снимаются и заточка осуществляется одновременным шлифованием всех ножей по передней плоскости. Для этого ножи выкладываются в ряд по упору на магнитном столе плоскошлифовального станка и снимается слой 0,08…0,1 мм (рис.3).

3.3. В результате переточек допускается утончение ножей до 4 мм (40–50 переточек).

3.4. После заточки все ножи промыть в солярке для снятия абразива от шлифовального круга.

3.5. Установку ножей после переточки необходимо контролировать стрелочным индикатором в соответствии с рис.4. Ножка индикатора при этом устанавливается на режущую кромку. Перепад между рядом стоящими ножами должен соответствовать паспортному шагу данной фрезы с допуском ± 0,01 мм. Перед установкой ножей посадочные места необходимо очистить кисточкой.

Производитель: Иберус

Родина бренда: Украина

Доводка концевых фрез

Если после заточки на поверхностях концевой фрезы обнаруживаются микротрещины, применяют доводку. Главная ее цель — снятие дефектного слоя. Вторая задача — повышение чистоты поверхностей. Кроме этого при доводке устраняются завалы поверхностей зубьев.

Проводят такие операции на заточных и доводочных станках с чугунными дисками. При их скоростях вращения от 1 до 1,5 м/сек достигаются наилучшие результаты. Для доводки чаще всего применяют пасту из карбида бора. Зернистость — от 170 до 230.

Фотография №3: заточной станок

Для доводки могут также применяться и алмазные круги. При их использовании производительность повышается в 1,5–2 раза.