В сфере металлообработки одним из ключевых инструментов, обеспечивающих точность, скорость и качество, является концевая фреза. Такая оснастка используется на фрезерных станках, в том числе с ЧПУ. Инструмент подходит для самых разных операций — от торцевания и обработки пазов до сложного контурного фрезерования.
Несмотря на визуальное сходство с обычным сверлом, фреза имеет иное назначение и конструкцию. В статье разберемся, что такое концевые фрезы, каких видов они бывают, по каким ГОСТам изготавливаются и как правильно выбирать инструменты под задачи конкретного производства.
Что такое концевая фреза
Это металлорежущий инструмент, предназначенный для многонаправленной обработки заготовок. Фреза представляет собой цилиндр с острыми режущими кромками, расположенными на боковой поверхности и торце.
Инструмент дополняется хвостовиком — цилиндрическим или коническим. С его помощью фреза закрепляется в шпинделе станка. Именно такая конструкция позволяет работать по металлу под разными углами и обрабатывать детали по сложным траекториям.
В отличие от сверла, которое применяется исключительно для продольного сверления, концевая фреза по металлу может использоваться для боковой, торцевой, контурной и угловой обработки.
Основные характеристики
При выборе фрез по металлу важно учитывать их геометрию и технические параметры. В их числе:
- Общая длина. Этот параметр влияет на глубину возможной обработки.
- Диаметр рабочей части. Он определяет ширину фрезеруемого паза.
- Длина спирали. Часть с режущими кромками.
- Угол наклона спирали. Параметр влияет на тип стружкоотведения.
- Тип хвостовика. Цилиндрический или конический.
Для того чтобы заточка фрезы и ее эксплуатация соответствовали требованиям производства и типу обрабатываемого материала, важно учитывать каждый из перечисленных параметров.
Конструкция концевой фрезы
Фрезы делятся на насадные, которые крепятся с помощью оправки, и концевые — самостоятельные инструменты с хвостовиком. В стандартной конструкции можно выделить:
- режущую часть — рабочую зону с зубьями;
- хвостовик — цилиндрический или конический, предназначен для фиксации в станке;
- переходную часть (иногда отсутствует).
Наличие спиральных канавок и режущих граней на торце делает концевую фрезу универсальной. Инструмент легко справляется с фрезерованием по металлу, включая заготовки из алюминия, стали, титана и других материалов.
Режущая часть
Форма и заточка режущей части зависят от назначения инструмента. Бывают фрезы с прямыми, спиральными, радиусными, угловыми или сферическими профилями. От режущей части зависит характер среза, направление отвода стружки и качество обработки. Также имеет значение количество режущих кромок, которое варьируется от двух до восьми и более.
Зубья фрезы бывают как крупными — для черновой обработки, так и мелкими — для чистовой работы. Их форма определяет эффективность работы по металлу и срок службы инструмента.
Хвостовики
По ГОСТам и принятым в других странах стандартам различаются два типа хвостовиков:
- Цилиндрический. Такой хвостовик универсален и подходит под большинство стандартных патронов.
- Конический. Хвостовик такой формы обеспечивает более жесткую фиксацию, снижает биение инструмента при работе на высокой скорости. Фрезы с коническим хвостовиком применяются при необходимости глубокой обработки или при фрезеровании твердых сплавов.
Разница между концевыми фрезами и сверлами
Многие задаются вопросом, чем концевая фреза отличается от сверла. Внешне инструменты похожи, но по функционалу они принципиально разные. Сверло предназначено для создания отверстий по оси вращения. Фреза же может двигаться как по оси, так и в других направлениях, снимая металл под нужным углом или по произвольной траектории.
Фрезой можно не только сверлить, но и делать контуры, пазы, выемки, выполнять угловую и торцевую обработку. Это делает инструмент универсальным, особенно при работе на станках с ЧПУ.
Применение концевых фрез
Концевые фрезы находят широкое применение в металлообработке. Они используются на фрезерных станках для решения таких задач, как:
- обработка плоских поверхностей, расположенных параллельно или под углом к оси вращения;
- создание профильных элементов на деталях — фасок, контуров, ступеней;
- выполнение пазов, в том числе Т-образных, шпоночных, фигурных;
- создание пресс-форм и матриц со сложной геометрией;
- создание зубьев шестерен и других элементов с повторяющимся рельефом.
Часто фрезы применяют в штучном и серийном производстве, особенно при обработке:
- инструментальных сталей,
- алюминиевых сплавов,
- конструкционных металлов,
- нержавеющей стали и титана.
Концевые фрезы активно используются как при ручной работе, так и на станках с ЧПУ, особенно в машиностроении, авиастроении или при изготовлении пресс-форм.
Виды концевых фрез
Разберем критерии, по которым концевые фрезы делятся на различные виды.
Форма режущей части
Торцевые фрезы — это массивные инструменты с цилиндрическим (чаще всего) хвостовиком и спиральной геометрией. Применяются для снятия больших объемов металла.
Шпоночные фрезы оснащаются двумя торцевыми зубьями. Идеально подходят для создания шпоночных пазов.
Т-образные фрезы имеют боковые зубья, расположенные под углом. Используются для Т-образных прорезей.
Фрезы типа «ласточкин хвост» изготавливаются по ГОСТ 29118-91. Они позволяют формировать специфические профили.
Сферические фрезы оптимальны для 3D-обработки и создания пресс-форм.
Радиусные вогнутые фрезы применяются для наклонных плоскостей и снятия большого слоя металла за один проход.
Угловые фрезы имеют косые режущие грани. Используются при угловой обработке и формировании скосов.
Копирные фрезы обладают цилиндрической или конической режущей частью. Применяются при шаблонной фрезеровке.
Цилиндрические фрезы предназначены для обработки горизонтальных и вертикальных плоскостей.
Конструктивные особенности
Фрезы бывают нормальной и удлиненной длины (в соответствии с ГОСТами).
Также в продаже встречаются инновационные фрезы, например, модульные — с винтовым соединением рабочей части и хвостовика.
Материал изготовления
При производстве фрез используется быстрорежущая сталь HSS. Такие инструменты универсальны, но не подходят для работы на высоких скоростях при значительных температурах.
Также производители предлагают твердосплавные фрезы. Инструменты такого типа выдерживают высокие обороты и тепловую нагрузку, обеспечивая точную и быструю обработку металлов.
Отметим, что фрезы с титановым покрытием позволяют добиться высокой износостойкости.
Назначение
Концевые фрезы подбираются в зависимости от конкретной технологической задачи. Рассмотрим основные категории.
Универсальные фрезы позволяют выполнять Стандартные фрезерные операции. К их особенностям относится сбалансированная геометрия, наличие 3–4 зубов и возможность использования для большинства материалов. Сфера применения — обработка стали, алюминия, чугуна на универсальных и ЧПУ-станках.
Фрезы для фигурных и шпоночных пазов предназначены для создания точных пазов. Среди особенностей отметим усиленную конструкцию и наличие 2–3 зубов для улучшенного стружкоотведения. Сферы применения:машиностроение, изготовление валов, шестерен, соединений.
Копирные фрезы используются для обработки сложных контуров по шаблону. У них удлиненная режущая часть, закругленные кромки для плавного хода. Применяются при производстве пресс-форм, матриц, декоративных элементов.
Фрезы с торцевой режущей частью применяются для торцевания, сверления и обработки уступов. Среди особенностей отметим наличие центрирующего торца для точного резания. Сферы применения:черновая обработка заготовок, подготовка плоскостей.
Фрезы для фигурного профиля используются при создании нестандартных рельефов. К их особенности относится специальная заточка (радиусная, угловая, сферическая). Сферы применения:авиастроение, ювелирное дело, мебельное производство.
Количество режущих кромок
Число кромок влияет на производительность и качество обработки.
Так, выделяются однозаходные фрезы, двухзаходные, трехзаходные и многозаходные фрезы.
Заход — это погружение режущей кромки инструмента в материал заготовки с одновременным снятием слоя металла.
Количество заходов за один оборот фрезы зависит от числа ее режущих кромок: чем их больше, тем больше слоев материала снимается за полный оборот инструмента.
Тип и количество зубьев
По размеру зубьев фрезы бывают:
- Крупнозубыми. Такие инструменты предназначены для черновой обработки. Они обеспечивают высокую скорость съема материала.
- Мелкозубыми. Используются для чистовой обработки, обеспечивают высокую точность и качество поверхности.
По количеству зубьев выделяются:
- Двузубые фрезы.
Применяются для фрезерования пазов и контуров, имеют увеличенные стружечные канавки для эффективного отвода стружки. - Трехзубые фрезы.
Отличаются повышенной прочностью по сравнению с двузубыми. - Четырехзубые фрезы.
Обеспечивают высокую точность обработки и устойчивость, оптимальны при хорошем отводе стружки. - Пятизубые фрезы.
Позволяют получить чистую поверхность и улучшенное сцепление с заготовкой. - Шестизубые фрезы.
Повышают стабильность фрезы и усиливают сцепление с металлом. - Фрезы с семью и более зубьями.
Увеличивают скорость обработки и качество финишной поверхности, применяются для чистового фрезерования.
Направление отведения стружки
Фрезы с отводом стружки вверх — стандартный вариант. При использовании возможен засор рабочей зоны.
Инструменты с отводом стружки вниз обеспечивают лучшее удаление отходов, оставляют меньше загрязнений и отличаются более продолжительным сроком службы.
Наличие центрового отверстия
Существует два типа фрез по конструкции торца:
- С центровым отверстием и центральной кромкой. Такие фрезы подходят для начального сверления и вертикального углубления.
- Без отверстия. Это более жесткие инструменты, применяются для продольной и контурной обработки. Чаще имеют большее количество зубьев.
Фрезы без центрального реза дают лучшую производительность и точность, но требуют большего внимания при установке. Их заточка и обслуживание требуют дополнительных усилий.
Наличие покрытия
Покрытие позволяет повысить твердость фрезы, снизить ее износ и работать при высоких температурах. Наиболее популярные покрытия:
- Нитрид титана. К плюсам относится универсальность и повышенная износостойкость.
- Карбонитрид титана. Преимущества — улучшенное сцепление, высокая твердость.
- Нитрид титана алюминия. Среди плюсов отметим термостойкость и возможность обработки твердых сталей.
- Нитрид титана кремния. Главное преимущество — устойчивость к нагрузкам.
Инструменты с покрытием особенно рекомендуются для фрезеровки стали, чугуна и титановых сплавов, когда важна точность и ресурс.
ГОСТы для концевых фрез
Ниже представлены ключевые ГОСТы, регламентирующие параметры и конструкцию фрез:
| ГОСТ | Назначение |
| ГОСТ 17024-82 | Общие технические условия на фрезы концевые |
| ГОСТ 17025-71 | Концевые фрезы с цилиндрическим хвостовиком |
| ГОСТ 17026-71 | Фрезы с коническим хвостовиком |
| ГОСТ 18372 | Фрезы с твердосплавными пластинами |
| ГОСТ 16225-81 | Фрезы по легким сплавам |
| ГОСТ 18938-73 | Концевые фрезы для титановых сплавов |
| ГОСТ 29118-91 | Фрезы типа «ласточкин хвост» |
| ТУ 2-035-0222232.3-90 | Диаметры фрез для станков с ЧПУ |
Критерии выбора
При выборе нужной концевой фрезы по металлу важно учитывать:
- Тип материала. Алюминий, титан, закаленная сталь требуют свой тип фрезы.
- Глубину резки. Она выбирается исходя из диаметра и длины рабочей части.
- Форму обрабатываемой поверхности. Бывает прямой, угловой, фигурной, профильной и т. д.
- Покрытие. Оно повышает ресурс инструмента и снижает перегрев.
- Количество зубьев и кромок. Важно учитывать, для какой обработки используется фреза — черновой или чистовой.
- Тип хвостовика. Цилиндрический или конический — зависит от шпинделя станка.
Зная назначение фрезы и свойства заготовки, можно подобрать нужный инструмент, который долго прослужит и будет давать отличные результаты даже при интенсивной работе.
Параметры концевой фрезы
Выбирая инструмент, необходимо учитывать:
- Диаметр фрезы. Этот параметр определяет ширину паза и влияет на прочность.
- Глубину резки и длину контакта. Они зависят от диаметра. Глубина резки и длина контакта определяются по формуле «диаметр × 5».
- Профиль — сферический, угловой, торцевой и т. д.
- Угол наклона спирали. До 35° — для мягких металлов, до 45° — для нержавеющей стали и других твердых материалов. Отметим, что малые углы увеличивают производительность, но снижают чистоту обработки.
Важно учитывать вышеперечисленные параметры, т. к. это помогает избежать поломок, перегрева и брака при фрезеровке.
Заточка фрез
Регулярная заточка концевых фрез необходима для восстановления геометрии инструментов и повышения точности. Изношенная оснастка снижает производительность работы и может повредить заготовку или станок.
Методы заточки концевых фрез:
- с помощью универсального оборудования — подходит для разных типов фрез;
- на специализированных станках — обеспечивает точную заточку зубьев по отдельности.
Отметим, что применение СОЖ, т. е. смазочно-охлаждающей жидкости, предотвращает перегрев оснастки при заточке.
Заточить фрезу можно своими руками, но для этого необходимо обладать определенными навыками. Лучше не рисковать и доверить заточку профессионалам.
Если фреза не поддается восстановлению, ее нужно заменить. Мастера рекомендуют иметь в запасе пару сменных инструментов, особенно при работе с твердыми материалами.
Заключение
Концевая фреза — незаменимый инструмент при решении множества хозяйственно-производственных задач. Конструкция, количество зубьев, тип хвостовика, форма режущей части и наличие покрытия напрямую влияют на эффективность, точность и срок службы приспособления.
Понимание того, что значит фреза для выполнения конкретной задачи, позволяет грамотно подбирать инструмент под создание пазов, угловых выемок, фигурных профилей или чистовую отделку.
Соблюдение ГОСТов, правильное определение параметров и своевременная заточка — вот основные принципы, которые позволяют эффективно работать фрезой по металлу. Независимо от того, на станке или вручную производится обработка, качественная фреза с корректно выбранной геометрией обеспечит нужный результат.