Фрезы для фрезерного станка с ЧПУ

Что такое фреза для станка с ЧПУ

Концевая фреза это вращающийся режущий инструмент, который зажимают за хвостовик в цанге шпинделя. Режущая часть снимает материал боковыми кромками и торцом, поэтому одной фрезой можно раскроить лист, выбрать паз или карман, обработать контур и объёмный рельеф. Форма режущей части, число кромок и направление спирали определяют, куда уходит стружка, какой получается кромка реза и с какой подачей можно работать.

Каждый размер фрезы влияет на работу. Диаметр режущей части задаёт ширину реза и наименьший радиус внутреннего угла детали: он равен половине диаметра, у фрезы 3.175 мм это 1.59 мм. Длина режущей части ограничивает глубину обработки, а общая длина и вылет из цанги определяют жёсткость. Диаметр режущей части и диаметр хвостовика это отдельные величины: у тонких фрез хвостовик толще режущей части, а переход к режущему участку выполнен конусом.

Одно-, двух- и трёхзаходные фрезы

Число заходов это число режущих кромок и канавок между ними. Канавка вмещает и выводит стружку, поэтому чем меньше кромок, тем больше места для стружки, а чем больше кромок, тем толще сердцевина и жёстче фреза.

• Однозаходная. Одна широкая канавка свободно выводит стружку из пластиков и алюминия, которые от перегрева плавятся и налипают на кромку. Стенка реза получается грубее, чем у двухзаходной.
• Двухзаходная. Универсальный вариант для дерева, фанеры, МДФ и пластиков. При тех же оборотах и той же нагрузке на зуб подача вдвое выше, чем у однозаходной, а стенка реза глаже.
• Трёхзаходная. Сердцевина толще, фреза жёстче и лучше держит боковую нагрузку при контурной обработке и чистовых проходах в алюминии и цветных металлах. Канавки мельче, поэтому в глубоком пазу на всю ширину фрезы стружка выходит хуже.

Направление спирали: стружка вверх, вниз и компрессионная

Спиральная канавка работает как шнек и направляет стружку вверх к шпинделю или вниз в заготовку. От направления зависит, какая сторона листа останется чистой и как хорошо стружка уходит из паза.

• Стружка вверх. Канавки выносят стружку из паза, как у сверла, поэтому фреза меньше греется и режет глубже без забивания. Нижняя сторона сквозного реза выходит чистой, а на верхней кромке облицованных плит и шпона появляются ворс и отколы. Такая фреза тянет заготовку вверх, лист нужно надёжно прижать.
• Стружка вниз. Кромки прижимают облицовку и волокна к заготовке, и верхний край реза остаётся ровным на ламинате и шпоне. Стружка остаётся в пазу, поэтому такую фрезу применяют для неглубоких проходов и чистовой обработки.
• Компрессионная. Нижний участок витков гонит стружку вверх, верхний вниз, и при сквозном раскрое обе стороны листа остаются чистыми. Первый проход делают глубже участка со стружкой вверх, иначе верхнюю кромку режет только он и эффекта сжатия нет.

Фрезы с прямыми ножами и стружколомы

У фрезы с прямыми ножами кромки идут вдоль оси без спирали. Она не тянет стружку ни вверх, ни вниз и не отрывает заготовку от стола, её применяют для пазов, раскроя и выборки в древесных плитах, фанере и пластиках. Стружка сама из паза не выходит, поэтому нужен обдув и пылесос.

Стружколом это фреза с насечкой или выемками на кромках. Прерывистая кромка делит стружку на короткие куски, которые легче выходят из реза, а фреза меньше нагружается и греется.

Фрезы для 3D: сферические и конические

Для объёмных рельефов, барельефов и форм применяют фрезы со сферическим торцом. У сферической фрезы радиус R равен половине диаметра. У конической сферической фрезы режущая часть сужается к концу и заканчивается малым радиусом, например R 0.25 или R 0.5 мм, а хвостовик остаётся толстым, поэтому фреза прорабатывает мелкие детали рельефа и сохраняет жёсткость.

Сферическая фреза оставляет между соседними проходами гребешки высотой h = R - √(R² - (s/2)²), где s шаг между проходами. Для фрезы 3.175 мм (R 1.5875 мм) при шаге 0,3 мм гребешок 0,007 мм, при шаге 0,6 мм уже 0,029 мм. Поэтому чистовой проход рельефа делают с мелким шагом, а черновую выборку ведут фрезой с плоским торцом большего диаметра.

Граверы, V-образные и фасонные фрезы

V-образная фреза режет конусом, и ширина паза зависит от глубины: ширина = 2 × глубина × tg(угол / 2). У фрезы с углом 90° ширина паза вдвое больше глубины, на глубине 3 мм паз шириной 6 мм. Такими фрезами режут надписи и декоративные V-пазы, снимают фаски.

У гравера вершина заканчивается плоской полкой, и её ширина добавляется к ширине по формуле. Гравер 30° с полкой 0,1 мм на глубине 0,5 мм даёт линию 0,1 + 2 × 0,5 × tg 15° = 0,37 мм, на глубине 1 мм уже 0,64 мм. Поэтому для тонких линий и мелкого шрифта глубину гравировки задают точно, а стол выравнивают по плоскости.

Фасонные фрезы переносят свой профиль на заготовку. Конусные снимают фаски под заданным углом, а фрезы для выравнивания плоскости с широким торцом фрезеруют жертвенный стол станка, выравнивают слэбы и клееные щиты.

Фрезы кукуруза и фрезы по камню

У фрезы кукуруза режущую часть покрывает мелкая перекрёстная насечка, которая делит кромки на множество маленьких зубьев. В зарубежных каталогах такой инструмент называют burr, corn cob или diamond cut. Мелкие зубья измельчают волокна в стружку и пыль и не вытягивают их из материала, поэтому такие фрезы применяют для текстолита, стеклотекстолита, печатных плат, стеклопластика и углепластика. В таблице режимов LMT Onsrud для углепластика на черновую и получистовую обработку указана многозубая фреза с насечкой серии 66-900. Пыль стекло- и углеволокна вредна для лёгких, её собирают пылесосом прямо у фрезы.

Фрезы по камню несут алмазный абразив и не режут кромкой, а шлифуют материал. Производители алмазного инструмента для камня указывают, что вершину фрезы нужно обильно охлаждать водой.

Твёрдый сплав, быстрорежущая сталь и покрытия

Твердосплавные фрезы изготавливают из зёрен карбида вольфрама, спечённых с кобальтовой связкой. Такой сплав твёрже, жёстче и износостойче быстрорежущей стали (HSS), поэтому дольше держит кромку на клеевых плитах, МДФ, пластиках и композитах. Обратная сторона твёрдости это хрупкость: твердосплавная фреза не гнётся, а ломается от удара, вибрации и перегрузки. Быстрорежущая сталь вязче и дешевле, но быстрее тупится на абразивных материалах.

Покрытие наносят поверх основы, чтобы повысить твёрдость поверхности и снизить трение. Среди фрез кукуруза для текстолита и композитов есть варианты с титановым покрытием. Для алюминия покрытие подбирают осторожно: производитель инструмента Harvey Tool указывает, что покрытие AlTiN склонно к налипанию алюминия на фрезу.

Как выбрать фрезу под материал

Материал определяет тип фрезы, число заходов и направление спирали. В таблице сведены стартовые варианты, режимы для каждого из них подбирают по следующему разделу.

Хвостовик и цанга

Хвостовик зажимают в цанге того же диаметра. 3.175 мм это 1/8 дюйма, такой хвостовик требует цангу 1/8 дюйма, а хвостовик 3 мм ставят в цангу 3 мм. Размер цанги ER ограничивает наибольший хвостовик: ER11 зажимает до 7 мм, ER16 до 10 мм, ER20 до 13 мм, поэтому фрезу с хвостовиком 8 мм в цангу ER11 не поставить. Производитель цанг REGO-FIX предупреждает, что хвостовик больше номинала цанги зажимать нельзя, и советует вставлять инструмент на всю длину цанги.

Вылет фрезы из цанги делайте наименьшим, какой позволяет глубина обработки. Прогиб растёт как куб вылета: при вдвое большем вылете прогиб в 8 раз сильнее. Уменьшение диаметра вдвое делает фрезу в 16 раз податливее, поэтому тонкие фрезы особенно чувствительны к вылету и биению.

Как выбрать длину режущей части

Длину режущей части берите немного больше глубины обработки. Для сквозного раскроя листа 18 мм нужна режущая часть длиннее 18 мм, например 22 мм. Короткая фреза жёстче и точнее, длинная нужна для толстых плит и глубоких пазов, но с ней снижают глубину за проход и нагрузку на зуб. По рекомендации LMT Onsrud при глубине прохода в 2 диаметра фрезы нагрузку на зуб снижают на 25%, при 3 диаметрах на 50%.

Режимы резания: нагрузка на зуб и подача

Нагрузка на зуб это толщина стружки, которую снимает одна кромка за оборот. Подачу считают по формуле F = n × z × fz, где F подача в мм/мин, n обороты шпинделя в об/мин, z число кромок, fz нагрузка на зуб в мм.

Пример: двухзаходная фреза 3.175 мм по МДФ. В таблице LMT Onsrud для двухзаходных спиральных фрез диаметром 1/8 дюйма нагрузка на зуб по МДФ 0,005-0,007 дюйма, это 0,127-0,178 мм. При 18 000 об/мин и нижнем значении 0,127 мм подача 18 000 × 2 × 0,127 = 4572 мм/мин. Если станок не держит такую подачу, снижают обороты вместе с подачей: для 2000 мм/мин с той же нагрузкой на зуб нужно 2000 / (2 × 0,127) = 7874 об/мин. Если же оставить 18 000 об/мин и снизить только подачу до 2000 мм/мин, нагрузка на зуб упадёт до 2000 / (18 000 × 2) = 0,056 мм.

Слишком малая нагрузка на зуб быстро тупит фрезу: кромка трёт материал вместо резания и перегревается. Слишком большая отжимает фрезу, портит поверхность и может её сломать. Для той же фрезы 1/8 дюйма в таблицах LMT Onsrud для мягкой древесины указано 0,152-0,203 мм, для твёрдой 0,076-0,127 мм, для мягкой фанеры 0,127-0,178 мм. Производитель советует начинать с табличной нагрузки, повышать подачу, пока не ухудшится кромка или заготовка не начнёт сдвигаться, и затем снизить подачу на 10%. Признак верного режима это стружка, а не пыль, и отсутствие запаха гари.

Типичные ошибки

• Низкая подача на высоких оборотах. Кромка трёт вместо резания, фреза перегревается и тупится, а по МДФ и дереву появляются подпалины.
• Большой вылет. Фреза отжимается, стенка реза получает волну, а тонкая фреза ломается.
• Грязная или изношенная цанга. Биение перегружает одну кромку: она снимает больше другой, быстрее тупится и выкрашивается.
• Врезание вертикально на полную глубину. Торец фрезы получает всю нагрузку. Заход по наклонной или по спирали разгружает фрезу.
• Мелкий первый проход компрессионной фрезой. Верхнюю кромку режет участок со стружкой вверх, и облицовка скалывается.
• Фреза со стружкой вверх по ламинату. Верхний слой облицовки скалывается, для него нужна компрессионная фреза или стружка вниз.
• Работа без отвода стружки. Стружка в пазу перерезается повторно, фреза греется, а пластик и алюминий налипают на кромку. LMT Onsrud рекомендует для мягкого алюминия периодически подавать смазочно-охлаждающую жидкость, чтобы стружка не приваривалась к фрезе.

Уход и хранение фрез

• Храните фрезы в футлярах или пеналах, чтобы кромки не касались друг друга и металла: твёрдый сплав выкрашивается от ударов, а тонкая фреза ломается даже при падении на пол.
• Очищайте кромки от смолы и налипшего пластика средством для очистки инструмента, без абразива: нагар ухудшает резание и увеличивает нагрев.
• Протирайте хвостовик, цангу и конус гайки перед установкой: стружка и пыль в цанге дают биение.
• Меняйте фрезу, когда вместо стружки идёт пыль, на кромке реза появляется ворс, а нагрев растёт при тех же режимах.