Еще более многообразным, чем фрезерные станки, является фрезерный инструмент. Фрезы отличаются по форме, размерам, материалу из которого они изготовлены и по их назначению.
Цилиндрическая фреза имеет довольно сложную геометрию но если мы ее раскрутим до скорости в 18000 оборотов в минуту, то она превратится в простой цилиндр. Первостепенное значение имеет диаметр рабочей части фрезы, которой может совпадать с диаметром хвостовика, а может отличаться от него в обе стороны. Чем больше диаметр фрезы тем сложнее ее сломать и тем больше материала мы будем переводить в стружку при операции контурной резки. Можно диаметр фрезы выбирать отталкиваясь от толщины материала который нам нужно обрабатывать.
Важнейшее отличие фрезерного раскроя от лазерной резки заключается в отсутствие возможности получать внутренние углы без скруглений меньших чем радиус фрезы. Иногда это критично и мы вынуждены использовать фрезы меньшего диаметра чтобы обрабатывать тесные внутренние контуры.
Не меньшее значение имеет длина рабочей части фрезы или длина режущей кромки на боковой поверхности, которая определяет максимальное погружение фрезы в материал. Если рабочий диаметр фрезы меньше или равен диаметру хвостовика, то за несколько проходов мы можем раскроить материал толщиной больше чем рабочая часть фрезы.
Использовать фрезу более длинную чем нам необходимо - это плохая практика. Чем длиннее фреза, тем больше она будет упруго деформироваться под действием сопротивляющейся заготовки. Деформация вращающейся фрезы приводит к вибрациям ухудшающим качество обрабатываемого изделия. Срок жизни самой фрезы такие вибрации конечно же не продлевают. Вообще значение имеет не длина фрезы, а длина свободной части фрезы, то есть части выступающие за пределы зажимной цанги. К сожалению убрать всю избыточную часть длинной фрезы внутри цанги мы не можем, внутрь цанги может уходить только цилиндрическая часть хвостовика
Зубья (режущие кромки) на фрезах начинаются как правило торцевой части и переходят на боковую и число этих зубьев может быть разным. Чем меньше зубьев, тем быстрее мы должны крутить фрезу, также при меньшем количестве зубьев - фрезе проще удалять стружку.
Далее рассмотрим направление режущих кромок. Все приличные шпиндели вращаются по часовой стрелке. Некоторые продвинутые шпинделя могут еще двигаться в обратную сторону (реверс), это необходимо например для нарезания резьбы. При обычных фрезерных операциях фрезы вращаются по часовой стрелке.
В металлообработке цилиндрические фрезы имеют спиральные режущие кромки, которые при вращении бегут вверх и поднимают отрезанную стружку. При обработке неметаллических материалов также применяются спиральные фрезы, вот только стружка может подниматься, а может опускаться. На английском первые фрезы называются UPCUT (выброс стружки вверх), а вторые DOWNCUT (выброс стружки вниз). Существуют фрезы компрессионные, у которых нижняя часть UPCUT, а верхняя часть DOWNCUT, т.е. снизу стружка идет вверх, сверху - идет вниз. Фрезы с прямыми режущими кромками выталкивают стружку назад, не поднимая и не опуская ее.
Цилиндрические фрезы по металлу встречаются наиболее часто и применяются для обработки открытых плоскостей, параллельных оси фрезы.
Выбор диаметра фрезы производится по таблице (см. рис. 1, Диаметр Фрезы) а ширина фрезы L=B+10 мм, где В - ширина фрезерования.
Фрезы цилиндрические цельные (с мелким и крупным зубом) диаметром 40; 50; 63; 80 и 100 мм и шириной 40; 50; 63; 80; 100; 125 и 160 мм из быстрорежущей стали изготовляют по ГОСТу 3752-59 с криволинейным затылком (см. рис. 2, б, Зубья Фрезы).
Мелкозубые фрезы имеют угол наклона винтовых канавок ω=30-35°, крупнозубые фрезы имеют угол ω=40°.
Для обеспечения спокойной работы без вибраций окружной (угловой) шаг крупнозубых цилиндрических фрез выполняют неравномерным. Разбивку окружного шага рекомендуется выполнять по таблице (см. рис. 17, Зубья Фрезы).
По данным В. Я. Карасева и А. Ш. Шифрина, подачи при фрезеровании фрезами с неравномерным шагом примерно в 2-3 раза больше, чем при обработке фрезами с мелким зубом, и в 3-5 раз больше, чем при обработке сборными цилиндрическими фрезами со вставными ножами из быстрорежущей стали по ГОСТу 9926-61.
Исполнительные размеры цельных цилиндрических крупнозубых фрез приведены в Нормали машиностроения МН 401-60, мелкозубых - в MH 402-60.
Фрезы большой ширины снабжены иногда стружкоделительными (стружколомательными) канавками, имеющими форму по рис. 1.
Рис. 1. Форма и размеры стружкоделительных канавок
Уменьшение ширины стружки, вызванное наличием стружкоделительных канавок, снижает вибрации, возникающие при снятии значительных припусков при большой ширине фрезерования. Значительные преимущества в этом отношении имеют цилиндрические фрезы с затылованными зубьями и винтовыми стружкоделительными канавками (рис. 2, а), так называемые кукурузные фрезы, режущие кромки которых выполнены с большим радиусом закругления резьбовых вершин, а зубья имеют наклон под углом ω=25-30°; передний угол ү=15°; задний угол α определяется как у всех затылованных фрез.
Рис. 2. «Кукурузные» фрезы: а - цилиндрическая; б - концевая
Размеры профиля стружкоделительных канавок приведены в таблице на рис. 3, где указаны диаметры и число зубьев фрезы.
Рис. 3. Стружкоделительные канавки «Кукурузных» фрез (линейные размеры в мм). Примечания: 1) Диаметры 25, 32, 40, 50, 63 и 80 мм относятся к концевым фрезам, а диаметры 40, 50, 63, 80 и 100 мм - к цилиндрическим. 2) Стружкоделительные канавки при последовательном переходе от зуба к зубу сдвинуты одна относительно другой на величину X=S/Z
Кукурузные цилиндрические фрезы рекомендуются для обдирочных работ при повышенных припусках при обработке поковок из легированных сталей с σв=120÷140 кг/мм2 при скорости резания 11-18 м/мин с подачей 0,025-0,075 мм/зуб. Эти фрезы дают при резании мелкую, легко удаляемую стружку и при одинаковом износе зуба снимают в 2-2,5 раза больше металла, чем обычные цилиндрические фрезы.
Сборные цилиндрические фрезы диаметром 10, 125, 160, 200 и 250 мм и шириной 40, 50 и 65 мм со вставными ножами из быстрорежущей стали изготовляют по ГОСТу 9926-61. Они имеют угол наклона ножей ω=45°. Крепление рифленых ножей производится клином (см. рис. 9, Зубья Фрезы).
Цилиндрические фрезы с напаянными винтовыми пластинками из твердого сплава диаметром 63, 80, 100 и 125 мм и шириной 45, 75 и 100 мм изготовляют по ГОСТу 8721-58. Геометрические параметры см. на рис. 9, Геометрия фрезы и в таблице (см. рис. 13, Геометрия фрезы). Эти фрезы по сравнению с фрезами со вставными ножами из быстрорежущей стали обладают производительностью в 3-5 раз большей, а период стойкости их выше в 3 раза и более.
Пластинки из твердого сплава имеют сравнительно небольшую длину и напаиваются медью М1 или латунью Л68 по нескольку штук в ряд. Пластинки располагаются в шахматном порядке, образуя в местах стыка стружкоделительные канавки. Заточенные по передней поверхности и шлифованные по цилиндру (с оставлением ленточки или двойной фаски) пластинки образуют непрерывную винтовую режущую кромку. Выбор марки пластинки из твердого сплава производят в соответствии с указаниями, приведенными в статье Материалы фрез по металлу.
Исполнительные размеры цилиндрических фрез с напаянными винтовыми твердосплавными пластинками приведены в MH 985-60. Углы заточки ножей при обработке сталей и чугуна приведены в МН 5018-63.
Составные сборные цилиндрические фрезы (рис. 4) диаметром 100, 125, 160, 200 и 250 мм и шириной 40, 50 и 65 мм со вставными ножами из быстрорежущей стали изготовляют по ГОСТу 9926-61. Из отдельных фрез комплектуют наборы шириной Lк от 80 до 390 мм, как это показано на рис. 4, для обработки открытых широких плоскостей. Крепление рифленых ножей производится клином по схеме (см рис. 9, Зубья Фрезы). Угол наклона ножей к оси фрезы ω=45°.
Рис. 4. Цилиндрическая сборная составная фреза
Цилиндрические фрезы имеют зубья (преимущественно остроконечной формы) только на цилиндрической поверхности (рис. 5). Основными параметрами фрез являются: диаметр D, ширина L, число зубьев z, диаметр отверстия d под оправку. Расположение зубьев только на цилиндрической поверхности определяет назначение этих инструментов - фрезерование плоскостей с шириной B<L.
Рис. 5. Фреза цилиндрическая
Бывают цельные фрезы изготовленные из быстрорежущей стали, со вставными ножами (зубьями) из быстрорежущей стали или твердого сплава. Из быстрорежущей стали выполняют инструменты с мелкими и крупными зубьями. Фрезы с крупными зубьями имеют увеличенное пространство для размещения стружки и повышенную прочность зуба, поэтому их целесообразно применять для предварительной обработки (рис. 6).
Рис. 6. Основные параметры цилиндрических быстрорежущих фрез по ГОСТ 3752-71 (СТ СЭВ 1174-78)
Фрезы диаметром до 80 мм изготовляют цельными, а диаметром более 80 мм - со вставными ножами. Применяют также сборные цилиндрические фрезы с впаянными в корпус или закрепленными механически пластинами твердого сплава.
При работе цилиндрической фрезы все ее зубья должны принимать равномерное участие в резании. Если это условие не выполняется, то зубья изнашиваются неравномерно и стойкость фрезы уменьшается. Причиной биения зубьев обычно является некачественная заточка фрезы или неудовлетворительная ее установка на оправке. Установку и закрепление цилиндрических фрез на станке осуществляют с помощью оправок, диаметр которых должен соответствовать диаметру отверстия фрезы. Конусный хвостовик оправки должен соответствовать коническому отверстию переднего конца шпинделя станка.
Оправку 2 (рис. 7) конусным хвостовиком устанавливают в коническое отверстие шпинделя 13. Контактирующие поверхности оправки, шпинделя, колец и фрезы 1 предварительно тщательно протирают чистой ветошью. Если на поверхностях элементов имеются повреждения (царапины, задиры, забоины и др.), их следует устранить с помощью мелкого абразивного бруска или заменить поврежденный элемент.
Рис. 7. Схема установки и крепления цилиндрической фрезы
При установке оправки необходимо следить за тем, чтобы ее пазы 10 были совмещены с выступами или шпонками на торце шпинделя станка. Эти элементы обеспечивают передачу крутящего момента от шпинделя на оправку. В резьбовое отверстие оправки заворачивают до упора шомпол 11, после чего его крепят гайкой 12. Кольца 3 устанавливают на цилиндрическую часть оправки 2 с двух сторон фрезы, при этом диаметр отверстия кольца должен соответствовать диаметру оправки. Фрезу 1 размещают как можно ближе к шпинделю станка, чтобы уменьшить прогиб оправки в процессе фрезерования. В шпоночном пазе цилиндрической части оправки располагают шпонку, которая при установке на оправку фрезы и колец совмещается с их шпоночными пазами. Конусная втулка 5 поддерживает цилиндрическую часть оправки. Она введена в серьгу 6 и закреплена на оправке гайкой 4. Серьгу надвигают на втулку и в этом положении крепят гайкой 7 на хоботе 8, закрепленном гайкой 9 на станине станка.
После установки фрезы на станке иногда проверяют радиальное биение ее режущих кромок. Радиальное биение фрез диаметром до 100 мм не должно превышать 0,04 мм, до 125 мм - 0,05 мм, а более 125 мм - 0,08 мм.
