Концевое фрезерование: основы, виды, применение

Если вы хотите разобраться, как работает концевое фрезерование, планируете в ближайшее время выполнить проект по концевому фрезерованию или хотите больше узнать об используемом инструменте — эта статья для вас.

Мы собрали всю ключевую информацию, которая вам понадобится. Читаем дальше.

Что такое концевое фрезерование?

Концевое фрезерование — это технология обработки, при которой для резки или формообразования обрабатываемого материала используется многонаправленный вращающийся инструмент — концевая фреза.

Концевые фрезы обычно имеют цилиндрическую форму. Режущие кромки расположены как на корпусе, так и на торце, что позволяет инструменту легко снимать материал по разным осям и направлениям.

Среди различных профилей обработки, где концевое фрезерование оказалось полезным, — контуры, полости пресс-форм, пазы, 3D-профили и многое другое

Почему концевое фрезерование важно?

Концевое фрезерование незаменимо в механообработке: оно позволяет обрабатывать детали от простых до сложных на одном станке с одной наладкой инструмента.

Это особенно достижимо благодаря особой конструкции оборудования и технологии ЧПУ, которые автоматизируют процесс и обеспечивают высокую точность.

С помощью этой технологии я чаще всего достигаю точности до ±0.05mm. Это повышает эффективность обработки, поскольку дополнительные фрезерные операции не требуются.

Кроме того, я могу работать с широким спектром материалов, включая металлические сплавы, высокоэффективные пластики и композиты, подбирая для каждого материала наиболее подходящие концевые фрезы.

Ещё одно важное преимущество — возможность выполнять другие операции, например черновую и чистовую обработку, за одну наладку фрезерования с ЧПУ. Это избавляет от необходимости многократного позиционирования материала и повышает точность.

Как проходит процесс концевого фрезерования?

Наша инженерная команда выполняет операции концевого фрезерования по пошаговому процессу, описанному ниже.

Проектирование детали и программирование в CAM

Первый шаг — построение модели детали в программном обеспечении CAD.

Это выполняется с точными размерами и высокой точностью. Затем модель загружается в CAM-программу, где определяются траектории фрезерного инструмента, включая профили и контуры.

После завершения тестирования и симуляции траектории инструмента преобразуются в G-код и передаются на станок с ЧПУ, подготавливая его к фрезерованию.

Наладка инструмента

Следующий шаг — наладка инструмента. Подходящая концевая фреза надёжно закрепляется в патроне и устанавливается на шпиндель.

Заготовка также фиксируется с помощью зажима или тисков, чтобы исключить смещение и вибрации. Уделяется внимание правильному выравниванию и точности.

Выбор параметров фрезерования

Здесь мы выбираем параметры обработки, включая подачу, частоту вращения шпинделя, глубину и другие. На этом же этапе определяется способ охлаждения. В зависимости от обрабатываемого материала мы можем использовать водную или масляную СОЖ.

Собственно процесс фрезерования

После завершения остальных этапов, включая загрузку G-кода на станки с ЧПУ, начинается процесс фрезерования: шпиндель вращает концевую фрезу, формируя профиль или выполняя точные резы.

Финишная обработка и контроль

В завершение деталь проходит финишную обработку. Удаление заусенцев выполняется, а затем проводится качественная проверка на CMM для подтверждения точности.

Виды концевого фрезерования по геометрии инструмента

За годы работы мы использовали широкий спектр концевых фрез. Они классифицируются по геометрии инструмента, числу зубьев, материалу, углу наклона винтовой линии и другим факторам; описание приведено ниже.

Концевые фрезы с квадратным торцом

Это наиболее универсальные и широко применяемые фрезы. Они имеют плоский торец, что позволяет получать в материале прямые углы 90 градусов. Они подходят для создания пазов, контуров, карманов, уступов и многого другого, а также для обработки различных материалов.

Шпоночные концевые фрезы

Они специально предназначены для создания узких шпоночных пазов в механических конструкциях. Концевые фрезы для шпоночных пазов незаменимы при изготовлении шпоночных канавок в шестернях, шкивах и других подобных деталях. Благодаря уникальной геометрии они обеспечивают точные, тонкие резы в стали и многих других материалах.

Концевые фрезы с радиусом скругления

У этих концевых фрез скруглённые кромки вместо острых углов, что помогает предотвратить выкрашивание и износ. Уникальная конструкция инструмента повышает его долговечность, обеспечивает усталостную стойкость и способствует точной и стабильной обработке.

Концевые фрезы для скругления углов

Эти концевые фрезы предназначены для создания скруглённых, аккуратных кромок на обрабатываемых материалах или деталях. Благодаря этому деталь становится менее подвержена растрескиванию или повреждениям. Они также широко применяются для обработки деталей, требующих исключительной стойкости к напряжениям и нагрузкам.

Сферические концевые фрезы

Эти фрезы имеют круглые или сферические кромки, что позволяет удобно создавать контурные или криволинейные детали. Они помогают изготавливать штампы, пресс-формы и другие сложные формы. Благодаря сферической кромке они обеспечивают гладкую поверхность и снижают износ инструмента.

Концевые фрезы V-типа

Концевые фрезы V-типа имеют V-образную кромку и применяются для таких операций, как гравировка и снятие фаски. Они подходят для таких материалов, как пластики, древесина и некоторые металлы, и используются в фрезерных работах, связанных с созданием логотипов, надписей и других художественных элементов.

Концевые фрезы «рыбий хвост»

Концевые фрезы «рыбий хвост» имеют плоскую кромку с уникальным небольшим изгибом вверх, напоминающим хвост рыбы. Благодаря такой конструкции инструмент остаётся устойчивым и предотвращает скалывание при фрезеровании поверхности. В результате на обрабатываемом материале получаются чистые, высокоточные кромки. Они подходят для обработки пластиковых, деревянных или композитных деталей, требующих гладких, точных кромок.

Концевые фрезы «ласточкин хвост»

Фрезы «ласточкин хвост» имеют кромки с углами, позволяющими формировать пазы типа «ласточкин хвост». Они незаменимы при изготовлении деталей, используемых в приспособлениях, направляющих и других подобных механических конструкциях. Благодаря своей конструкции они обеспечивают точную обработку пазов, служащих для соединения деталей.

Тороидальные концевые фрезы

Тороидальная концевая фреза имеет плоское дно и небольшую круглую кромку. Благодаря такой конструкции они лучше сохраняют прочность, чем концевые фрезы с квадратной кромкой, и особенно полезны для получистовых операций.

Черновые концевые фрезы

Черновые концевые фрезы способны максимально быстро снимать большие объёмы материала с поверхности. Они имеют зубчатую конструкцию, повышающую эффективность обработки, и поэтому применяются, когда съём материала или резка важнее качества поверхности. Они также могут работать с чрезвычайно твёрдым материалом без деформации и фрезеровать крупные заготовки на меньшие элементы.

Чистовые концевые фрезы

Как следует из названия, чистовые концевые фрезы применяются на финишных этапах концевого фрезерования. Эти инструменты обычно имеют тонкие, гладкие режущие кромки, обеспечивающие повышенное качество поверхности деталей. Когда важны внешний вид и точность, этот инструмент — идеальный выбор.

Конусные концевые фрезы

Это специализированные фрезы с конусообразным корпусом. Конусная форма этих фрез сужается к кромке. Благодаря такой конструкции они длительное время сохраняют прочность и могут применяться для фрезерования глубоких полостей, пресс-форм, контуров и наклонных стенок, а также в других задачах.

Сверло-фрезы

Сверло-фрезы позволяют выполнять несколько операций одним инструментом. У них острая кромка, выполняющая функцию сверления. Кроме того, канавки позволяют выполнять фрезерование и шпоночные операции. Таким образом, они сокращают необходимость замены инструмента, поскольку выполняют две отдельные функции.

Виды концевого фрезерования по числу канавок

Концевые фрезы с 2 канавками

Они имеют две режущие кромки и большой объём для стружки. Применяются для резки мягких материалов, таких как алюминий, и для быстрого и эффективного фрезерования материалов с предотвращением забивания.

Концевые фрезы с 3 канавками

Они также обеспечивают чистый рез с дополнительной прочностью кромки. Они подходят для таких материалов, как алюминий, и обеспечивают лучшее качество поверхности по сравнению с 2 канавками.

Концевые фрезы с 4 канавками

Они подходят для более твёрдых материалов, таких как сталь, поскольку имеют более мощную и прочную кромку. Они обеспечивают более гладкую поверхность и обычно применяются для деталей, требующих повышенной точности.

Концевые фрезы с 5 канавками

Такие фрезы имеют 5 канавок, что обеспечивает более гладкую поверхность. Они также подходят для более жёстких материалов, имеют больший срок службы и поддерживают осевое резание на большую глубину.

Многоканавные (5 и более канавок)

Такие фрезы имеют более пяти канавок, обеспечивают наилучшую чистовую обработку, но удаляют меньше материала за проход. Они также применяются для твёрдых металлов и деталей, требующих исключительной точности размеров.

Виды концевого фрезерования по материалу инструмента

Концевые фрезы из быстрорежущей стали (HSS)

Подходят для мягких металлов и пластиков, а также для обработки на низких скоростях. Они довольно экономичны и универсальны.

Кобальтовые фрезы

Кобальтовые фрезы прочнее HSS и выдерживают более высокие температуры. Они идеальны для более твёрдых материалов, например нержавеющей стали, и выдерживают высокоскоростную обработку без износа.

Концевые фрезы из цельного твёрдого сплава

Это более прочные фрезы, сохраняющие свою прочность даже при 800 градусах Цельсия. Они подходят для высокоскоростной обработки и обработки твёрдых материалов, обеспечивая исключительную точность.

Концевые фрезы из мелкозернистого твёрдого сплава

Они содержат карбидные элементы, что придаёт им повышенную износостойкость. Они также подходят для высокоскоростной обработки и точных деталей.

Инструмент из PCD (поликристаллического алмаза) и твёрдосплавный инструмент с покрытием DLC

Они подходят для обработки неметаллов, например графита, и обладают превосходной прочностью кромки, что делает их пригодными для крупносерийного производства.

Виды концевого фрезерования по покрытию

Нитрид титана (TiN)

Покрытие помогает увеличить срок службы инструмента до 30%, делая его пригодным для таких металлов, как сталь и медь, а также повышает прочность и снижает трение.

Карбонитрид титана (TiCN)

Применяется для более вязких металлов, например нержавеющей стали. Покрытие повышает термостойкость, улучшает износостойкость и снижает износ.

Покрытия из нитрида алюминия-титана (AlTiN) и AlTiCrN

Обычно применяются при высокоскоростной обработке. Они также повышают термостойкость и подходят для фрезерования твёрдой стали.

Алмазоподобное углеродное покрытие (DLC)

DLC обеспечивает исключительную финишную обработку поверхности и устраняет трение. Идеально подходит для таких материалов, как алюминий и пластики.

Алмазное покрытие CVD

Алмазные покрытия CVD обеспечивают дополнительную прочность и износостойкость. Они подходят для резания абразивных материалов, таких как композиты и другие труднообрабатываемые материалы.

Виды концевого фрезерования по углу наклона винтовой канавки

Малый угол наклона (~30°)

Этот угол наклона лучше всего подходит для твёрдых материалов, например чугуна. Идеален, когда приоритетом являются прочность и устойчивость, но может давать более шероховатую поверхность.

Средний угол наклона (~40°)

Они универсальны и хорошо работают с широким спектром материалов. Обеспечивают лучшую чистоту поверхности и съём материала.

Большой угол наклона (>45°)

Большой угол наклона идеален для мягких материалов, таких как алюминий. Обеспечивает точное и быстрое резание, оставляя гладкую поверхность.

Переменный угол наклона (например, 35°–42°)

Это помогает устранить вибрацию и деформацию при высокоскоростном фрезеровании. Обеспечивает лучшую чистоту обработки и большой срок службы.

Специальные концевые фрезы

Фреза «угловой радиус + черновая обработка»

Предназначены для черновой и чистовой обработки. Быстро снимают материал со скруглённым углом, устраняя напряжения и поломки.

Инструмент с большим вылетом или уменьшенным хвостовиком

Имеют длинный, более тонкий корпус, позволяющий выполнять глубокое резание. Предназначены для труднодоступных зон и сохраняют прочность и точность при фрезеровании таких деталей.

Компрессионные фрезы

Компрессионные фрезы идеальны для резания композитов, дерева и других материалов. Они обеспечивают гладкость верхней и нижней кромок при фрезеровании.

Фрезы для T-образных пазов и шпоночные фрезы

Применяются для создания особых форм в деталях. Подходят для T-образных пазов, канавок и шпоночных пазов в конструкциях, требующих высокой точности.

Модульные концевые фрезы «Switch-Blade»

Такие концевые фрезы позволяют легко заменять режущие пластины, повышая эффективность работы и снижая затраты. При износе режущей пластины она быстро заменяется, что обеспечивает быструю обработку.

Цельные и сборные концевые фрезы

Твердосплавные концевые фрезы подходят для обработки мелких и средних деталей. Они обычно жёсткие и прочные, что позволяет выполнять точное фрезерование с качественной финишной обработкой поверхности. У твердосплавных концевых фрез нет сменных пластин, поэтому при износе инструмент необходимо полностью заменить или заточить.

Концевые фрезы со сменными пластинами подходят для тяжёлой обработки и обычно оснащаются сменной твердосплавной пластиной, что повышает эффективность обработки по мере износа пластины. Они подходят для черновых операций, а не для чистовых.

Как выбрать концевую фрезу для вашего проекта

Для оптимального результата важно правильно подобрать концевую фрезу под ваш проект. Прежде всего я учитываю материалы, с которыми работаю: более мягкие материалы, например алюминий, требуют меньшего числа канавок и инструментов с большим углом наклона винтовой канавки. Для твёрдых материалов подойдут твердый сплав и инструменты с 5 канавками и более.

Я также учитываю характер предстоящих операций — черновые они или чистовые. Черновой инструмент быстро снимает материал, а чистовой ориентирован на качество поверхности. Поэтому я балансирую геометрию инструмента, материал и покрытие в зависимости от операции.

Факторы, которые следует учитывать при выборе концевой фрезы

Материал заготовки

С учётом твёрдости материала мягкие материалы, такие как алюминий и мягкие пластики, хорошо обрабатываются инструментом с меньшим числом канавок и из быстрорежущей стали. Материалы, такие как сталь оптимально обрабатывать твердосплавным инструментом с 4 канавками и более.

Геометрия инструмента

Профиль детали однозначно определяет выбор геометрии инструмента. Фрезы с квадратным торцом используются для плоских пазов и карманов, а сферические концевые фрезы — для криволинейных поверхностей, пресс-форм и штампов.

Фрезерная операция

Ещё один фактор — направлена ли фрезерная операция в большей степени на черновую или чистовую обработку. Для черновых задач требуется концевая фреза с черновой геометрией, и наоборот.

Тип покрытия

Такие покрытия, как TiCN и TiN, помогают защитить от нагрева и продлевают срок службы инструмента. Однако в этом случае также важно учитывать материал заготовки.

Преимущества концевого фрезерования

Универсальность

Концевое фрезерование позволяет выполнять несколько операций обработки, таких как пазование, черновая обработка и контурное фрезерование, за один установ. Это повышает эффективность и сокращает время производства.

Высокая точность

Процесс обработки позволяет достигать допуска до ±0.005 mm даже на сложных и замысловатых формах. Благодаря процедуре ЧПУ точность становится ещё выше.

Качественная финишная обработка поверхности

При правильных параметрах и настройке инструмента концевое фрезерование обеспечивает гладкую финишную обработку поверхности, не требующую дальнейшей обработки. С чистовыми концевыми фрезами и правильным числом канавок можно получить гладкие полированные поверхности.

Сложные 3D-конструкции

Концевые фрезы позволяют создавать различные 3D-конструкции, недостижимые с помощью традиционных или стандартных фрез. Пресс-формы, пазы, штампы и другие замысловатые формы можно без проблем фрезеровать этим способом.

Разнообразие вариантов инструмента

Существует несколько типов концевых фрез. Благодаря этому инженеры могут легко выбрать наиболее подходящую для проекта или использовать как можно больше вариантов. Это, в свою очередь, повышает эффективность производства.

Недостатки концевого фрезерования

Высокая стоимость инструмента

Инвестиции в качественные концевые фрезы могут быть дорогостоящими. Хотя срок их службы может быть большим, их обслуживание также увеличивает затраты.

Износ инструмента

При постоянном использовании для обработки твёрдых материалов инструмент может изнашиваться. Это, в свою очередь, влияет на финишную обработку поверхности и точность формируемой детали.

Сложность настройки

Установка материала, определение параметров резания и использование приспособлений требуют участия специалистов для обеспечения точной обработки. Неправильная настройка может вызвать вибрацию и повлиять на точность размеров.

Концевое фрезерование в сравнении с другими методами фрезерования

Концевое фрезерование в сравнении с торцевым фрезерованием

Основное отличие концевого фрезерования от торцевого в том, что концевое фрезерование позволяет резать кромками и боковыми сторонами с разных направлений и поэтому подходит для глубоких пазов и сложных 3D-деталей. Торцевое фрезерование, напротив, использует только кромку режущего инструмента, что позволяет быстро обрабатывать плоские поверхности.

Ещё одна отличительная особенность торцевого и концевого фрезерования в том, что торцевое фрезерование обеспечивает лучшее качество поверхности, а концевое ориентировано на замысловатые геометрические конструкции.

Концевое фрезерование и сверление

Сверление в основном применяется для создания круглых отверстий в деталях с помощью сверла, тогда как концевое фрезерование позволяет резать в нескольких направлениях — как вертикально, так и горизонтально, — а также создавать точные отверстия.

Концевое фрезерование и традиционное фрезерование

Традиционное фрезерование в основном обрабатывает плоские ровные поверхности, тогда как концевое фрезерование позволяет работать со сложными формами и резать в разных направлениях. Концевое фрезерование также обеспечивает высокую точность и превосходное качество поверхности по сравнению с обычным фрезерованием.

Концевое фрезерование и фрезерование цилиндрической фрезой

Цилиндрическая фреза применяется для обработки крупных плоских поверхностей материала, она имеет большую ширину и в основном используется для черновых операций. В отличие от неё, концевое фрезерование ориентировано на точные, сложные контуры и использует узкую фрезу для обработки контуров и углов.

Применение концевого фрезерования

Аэрокосмическая отрасль: Концевое фрезерование используется для изготовления ответственных прецизионных компонентов, таких как лопатки турбин, кронштейны и нервюры крыла.

Автомобильная отрасль: Незаменимо при изготовлении блоков двигателей и деталей шестерён, требующих стабильной надёжности.

Медицина: Применяется при изготовлении протезных компонентов, хирургического оборудования, имплантатов и т. д., которые должны соответствовать точной размерной точности.

Электроника: Необходимо при производстве радиаторов, корпусов и деталей, требующих исключительной термостойкости.

Судостроение: Используется при изготовлении гребных винтов и корпусов, которые должны надёжно работать в суровых условиях окружающей среды.

DEK — ваш лучший партнёр для фрезерных проектов

DEK — ваш надёжный партнёр для всех проектов по концевому фрезерованию и смежным работам. У нас есть современное технологическое оборудование, включая станки с ЧПУ и инструмент, широкий выбор материалов и команда опытных инженеров, что позволяет нам быстро и эффективно выполнять заказы по всему миру. Свяжитесь с нами прямо сейчас, чтобы начать.

Заключение

Это подробное руководство содержит всю информацию о концевом фрезеровании — от его различных типов до принципов работы и многого другого, — которая, я уверен, поможет вам успешно реализовать фрезерный проект.

Часто задаваемые вопросы

Можно ли сверлить концевой фрезой?

Да, концевой фрезой можно сверлить. Однако она не подходит для очень глубоких отверстий, которые способно просверлить сверло.

Боковое фрезерование и концевое фрезерование — в чём разница?

Боковое фрезерование снимает материал в основном с боковых сторон, создавая гладкую вертикальную плоскую поверхность, тогда как концевое фрезерование снимает материал в нескольких направлениях — как вертикально, так и горизонтально — торцом и боковыми сторонами, формируя кривые и сложные формы.

Какие концевые фрезы лучше всего подходят для нержавеющей стали?

Для нержавеющей стали лучше всего подходят концевые фрезы с 4 и более канавками, из цельного твёрдого сплава, а также с покрытием TiCN или AlTiN благодаря повышенной прочности и способности выдерживать нагрев.