Что такое концевые фрезы?

Концевое фрезерование — это вид глубокой механической обработки материалов при помощи специальной фрезы, режущая часть которой располагается в конце (в нижней трети) инструмента. Метод позволяет достигать высокой точности и особенно эффективен при фрезеровании твердых материалов.

На этапе подготовки к концевому фрезерованию основная трудность заключается в подборе нужной фрезы, так как от этого зависит точность и качество обработки заготовок. Рассмотрим, какие существуют виды концевых фрез, в чем особенности их конструкции, и выясним, каковы главные критерии, на которые необходимо обращать внимание при подборе режущего инструмента.

Разница между концевыми фрезами и сверлами

На первый взгляд концевая фреза имеет большое сходство со сверлом. Но при ближайшем рассмотрении можно заметить, что конструкция этого режущего инструмента более усовершенствована, что значительно расширяет сферу его применения. Если сверла предназначены для создания отверстий в направлении, параллельном центральной оси заготовки, то концевые фрезы позволяют обрабатывать материал не только в осевом, но и в радиальном направлении, что позволяет выполнять различные виды обработки:

• профильное фрезерование (срезание внешней периферии плоской детали);
• торцевое фрезерование (обработка больших поверхностей);
• контурное фрезерование (получение фасонных поверхностей замкнутого криволинейного контура);
• пазовое фрезерование (выемка металла с целью получения желоба или прорези определенной глубины и размера);
• сверление и рассверливание (создание отверстий круглого сечения).

Общие характеристики фрез

Концевые фрезы классифицируют по типу стержня, количеству канавок и зубцов, материалу исполнения и наличию защитного покрытия. Среди технических характеристик этого режущего инструмента наиболее важны следующие:

• общая длина;
• длина спирали;
• диаметр стержня;
• угол поворота спирали;
• диаметр резца.

Знание технических характеристик позволит выяснить, на какую скорость работы рассчитан инструмент, какой он может обеспечить режим фрезерования, то есть определить его сферу использования и предназначение.

Разновидности концевых фрез и особенности их использования

Базовой основой конструкции концевой фрезы является металлический стержень, строение которого может быть различным в зависимости от назначения инструмента. Помимо стандартных различают также специализированные варианты, имеющие более широкую сферу применения.

Фрезы с шаровым наконечником

У шаровых фрез режущая часть выполнена в виде небольшого шарика диаметром от 10 до 20 мм с нанесенной резьбой. Шарик насаживают на хвостовик цилиндрической формы. Лезвия резьбы могут иметь вид спиральных или вертикальных стальных кромок для обработки твердых материалов или насечек из сплавов для обработки мягких материалов. Виды работ, выполняемых при помощи шаровой фрезы, — обработка дна канавок в виде сферы, создание небольших пазов и карманов. Используют их также в чистовом фрезеровании.

Фрезы с плоским основанием или основанием, имеющим форму квадрата

Фрезы с хвостовиком квадратного или плоского сечения наиболее популярны, так как имеют универсальное назначение. Главное их достоинство — возможность получения точных прямоугольных срезов. Они могут использоваться для всех видов черновых и чистовых работ.

Фрезы с основанием в виде рыбьего хвоста

Особенность фрез типа «рыбий хвост» — особая конструкция, предполагающая наличие характерного сужения, благодаря которому инструмент легко входит в толщу обрабатываемой заготовки. В итоге получается качественная поверхность идеальной ровности, без сколов и царапин. Виды выполняемых фрезой работ — протачивание карманов, резка различных мягких материалов (картон, пластик, оргстекло).

Фреза радиусного типа («катушка» или «бычий нос»)

Радиусные фрезы типа «бычий нос» получили свое название из-за квадратного сечения и наличия характерного закругления на углах. Такая конструкция помогает равномерно распределить режущую силу, а значит, выполнить качественный срез. При правильном использовании фрезы срок ее эксплуатации продолжителен. Сфера использования таких режущих инструментов — протачивание канавок с плавно закругляющимися углами, создание пресс-форм.

Концевые фрезы для черновых работ

Черновые фрезы концевого типа используют на начальных этапах обработки. Задавая режим вращения при низких оборотах и низкой вибрации, снимают необходимое количество материала, добиваясь выреза нужной формы с грубо обработанными поверхностями. Позже дополнительно проводят тонкую обработку чистовой фрезой.

Некоторые черновые фрезы имеют усовершенствованную конструкцию: небольшие зубцы, выпиленные на зубьях, снижают вибрацию и дополнительно измельчают стружку, которая затем легко высыпается из отверстия.

V-образные фрезы

Концевые фрезы, выполненные в виде латинской литеры V, предназначены для проточки отверстий с выемками в виде острого или прямого угла. Наконечник такой фрезы выполнен из твердых сплавов и имеет вид конуса с боковыми режущими гранями. Сфера применения V-образных фрез — создание треугольных пазов, узких разрезов, тонких линий, а также гравировка и нанесение декоративных элементов. Различают V-образные фрезы с углами 45°, 60°, 90°.

Конические концевые фрезы

Рабочая часть конической концевой фрезы выполнена из прочного карбида вольфрама и также представляет собой конус. Главное ее преимущество — малое сечение концевой части, обеспечивающее возможность обработки на значительную глубину. Конические фрезы предназначены для эффективного выполнения высокоточных работ, в частности, с их помощью выполняется обработка угловых пазов.

Материал производства

Необходимую механическую выносливость режущему инструменту обеспечивает материал производства, прочностные характеристики которого должны превосходить прочность материала заготовки. Наиболее распространенными материалами для производства концевых фрез являются различные твердые сплавы, а также высокопрочная сталь специального состава.

HSS-сталь

Высокоскоростная HSS-сталь (High Speed Steel) относится к числу качественных углеродистых сталей, способных в течение четырехчасовой нагрузки при воздействии высоких температур (до 600 °С) сохранять прочностные и режущие характеристики.

Концевые фрезы, выполненные из HSS-стали, имеют универсальное назначение. Они длительно функционируют, не теряя остроты и не требуя заточки. Недостатком концевых фрез из HSS-стали является невысокий период эксплуатации, меньшая скорость обработки, а значит, и низкая производительность.

Твердые сплавы

Концевые фрезы из твердых сплавов отличаются высокой стоимостью, но и лучшими техническими характеристиками: прочностью, способностью выдерживать высокие температуры и обеспечивать высокую скорость обработки. Наиболее популярным материалом производства таких фрез является карбид вольфрама, имеющий высокую твердость, надежность, износостойкость и стойкость к химическим соединениям. Сфера использования твердосплавных фрез концевого типа — тонкая, завершающая обработка заготовок из самых твердых материалов.

Критерии выбора

Главные критерии выбора концевой фрезы с оптимальными эксплуатационными характеристиками — это свойства материала обрабатываемой заготовки, требуемая точность обработки, необходимая глубина резки, а также то, насколько важно соблюдать режимы обработки (в частности, подачу, скорость и производительность) для нормального хода рабочего процесса.

Материалы для резки

Зная материал, который предстоит обрабатывать, и его механические свойства, можно определить нужный тип концевой фрезы, адаптированной к его характеристикам. В этом случае фрезерование будет проходить с высоким качеством и производительностью, а инструмент не утратит своих технических характеристик и прослужит долго.

Количество зубьев

Конструкцией концевой фрезы и ее рабочего элемента — зуба — определяются главные технические характеристики (класс чистоты, точность и производительность) фрезеровочных работ, а от их количества зависит область применения инструмента:

• фрезы, имеющие от двух до четырех зубьев, используют чаще для грубых и черновых работ;
• фрезы, имеющие более 5 зубьев, используют для тонкой и чистовой обработки.

Параметры концевой фрезы

Характер обработки материала концевыми фрезами зависит также от таких параметров инструмента, как диаметр рабочей части фрезы, ее профиль, максимальная глубина обработки и длина контактирующих поверхностей.

Диаметр

Диаметр фрезы соответствует размеру паза, который режущие поверхности фрезы образуют при вращении. Правильно выбранный диаметр фрезы является залогом того, что обработка детали будет произведена без ошибок и полученная заготовка будет полностью соответствовать спецификации. От данной характеристики зависит также эффективность удаления образующейся стружки.

Глубина резания и длина контакта

Длина контактирующих при обработке поверхностей соответствует максимальной глубине, на которую может быть произведена обработка. Опытные фрезеровщики узнают данную характеристику, умножая диаметр концевой фрезы на пять. В случае если полученная величина превосходит необходимую глубину обработки, то рекомендуется выбрать концевую фрезу с центрирующим выступом (с твердосплавной режущей частью такой фрезы сопряжен хвостовик из прочной стали).

Угол наклона спирали

Величина угла наклона спирали обратно пропорциональна режущей способности инструмента (для обеспечения лучшей режущей способности уменьшают угол наклона). Фрезы с большим углом наклона обеспечивают более тщательную обработку поверхности, а вот скорость подачи инструмента и максимальная глубина резания становятся ниже. Как правило, для обработки мягких материалов используется угол подъема спирали до 35°, а для обработки нержавеющей стали рекомендуется угол до 45°.

Концевые фрезы с центровым отверстием и без

Помимо стандартных концевых фрез с отверстием и режущей кромкой у центра существуют варианты без центрового отверстия и центрального реза. Большинство из них наделено двумя или тремя зубьями. Варианты с большим количеством зубьев имеют возможность увеличения скорости подачи. Такие фрезы отличаются более высокой ценой, их обслуживание и заточка более сложны и стоят дороже. Преимуществом таких фрез является то, что ими можно сверлить на любую глубину, в то время как стандартной фрезой можно обрабатывать материал на глубину, ограниченную размером отверстий. Недостатком же их является более сложный процесс освобождения от стружки.

Значение покрытия для концевой фрезы

Покрытие фрезы значительно улучшает ее технические характеристики, в частности производительность, твердость, срок эксплуатации, эффективность удаления стружки. Поэтому, если качество обработки и ее скорость имеет решающее значение, рекомендуется выбирать инструмент с покрытием из титанового сплава.