Среди различных методик обработки металлов, наибольшую популярность получило фрезерование. Фрезеровка может применяться для работы с заготовками из материалов любой прочности и предусматривает срезание слоев металла с помощью вращающейся фрезы. Фрезерная обработка металла может выполняться как на обычных станках, так и на оборудовании, оснащенном ЧПУ, позволяющим в сжатые сроки получать изделия с минимальной погрешностью размеров.
Что такое фрезерная обработка
В принципе, ручную резьбу по дереву условно можно отнести к фрезерованию. Но есть четкое различие – фрезеровкой называют только те виды обработки, которые проводятся с помощью вращающейся фрезы на ручных или стационарных станках.
Если исключить другие простые приемы деревообработки – пиление, теску, строгание, сверление, то в деревообработке остаются два основных направления.
- токарная обработка – резьба вращающейся детали для придания нужной формы диаметру детали;
- фрезерование – формирование линейных (не радиальных), продольных форм.
Область применения фрезерованных деталей безгранична. Такие детали можно встретить во многих сложных современных изделиях. Операция достаточно трудоемкая, но иногда её нечем заменить. Литье или штамповка не даст точных размеров, или этими способами невозможно изготовить такие сложные форматы. Единственным способом остается фрезерование.
Классификация фрезерных работ
Четкого разделения этого вида обработки нет из-за того, что выполняемые вами работы очень разнообразны.
Существует разделение по типу станка:
- Лазерная обработка.
- Фрезерная механическая обработка.
Из основных видов можно указать следующие:
- по расположению на станине обрабатываемой заготовки – вертикальная, горизонтальная фрезеровка и фрезерование под определенным углом;
- по виду применяемой фрезы – концевая, торцевая, фасонная, периферийная;
- по направлению вращения режущего инструмента относительно движения заготовки – встречная или попутная.
Последний тип классификации используется для обработки больших заготовок, когда первичное фрезерование детали выполняется встречным видом обработки, а для окончательной доводки применяется попутный вид.
Основные технологические этапы
Все работы по фрезеровке начинаются с определения размеров будущей детали или изделия.
При фрезеровке ручным инструментом, в основном в деревообработке, чаще всего работают без чертежей и даже эскизов. Достаточно представлять и понимать нужный результат, определиться с размерами. На фото ниже – простейшая фрезеровка по дереву, скругление кромки:
В промышленном производстве обязательно используются чертежи будущего изделия. Поэтому станочник-фрезеровщик должен уметь не только работать на станке, но и читать чертежи. Требуется и достаточно высокая квалификация станочника.
При работе на современных станках с ЧПУ требуются электронные версии чертежей и соответствующее ПО. Здесь ручные навыки станочника отходят на второй план. А самым важным становится компетенция в современных компьютерных системах. Хотя навыки ручной работы также требуется – нужно установить фрезу, разместить заготовку, контролировать процесс обработки.
После определения размеров при любом виде фрезерования подбирается и устанавливается подходящая фреза. Заготовка размещается на рабочем столе и происходит собственно обработка.
Сопровождающие явления
При фрезеровании возникает несколько моментов, способных повлиять на качество работы:
- Стружка. Попадание стружки в контактную зону, где происходит резка, чревата браком. Также она может повредить режущую кромку.
- Наклеп. Увеличение температуры поверхности заготовки снижает её прочность, в результате ухудшаются потребительские свойства готового изделия.
- Трение и вибрации. Естественные процессы, возникающие в процессе фрезеровки. Они замедляют скорость обработки, приводят к износу резака.
Виды фрезерования на станках
Разделяют три основных вида фрезерования.
- Концевое. Имеет название от используемой концевой фрезы с режущим торцом (концом). Применяется для выборки прямоугольных пазов, криволинейных отверстий и окон, карманов и ниш разного назначения.
- Торцевое. Это обработка больших поверхностей цилиндрическими фрезами с прямыми, достаточно большими режущими кромками. Обрабатываются кромки, боковые и горизонтальные поверхности и торцы заготовок, потому операция называется торцевой фрезеровкой.
- Фасонное. Самый сложный вид обработки. С его помощью изготавливают изделия любой конфигурации. Это могут быть спиральные зубцы червячной передачи, фигурная выборка деревянного плинтуса или перил. Применяются фрезы самых разных профилей, в том числе сборные модульные.
В металлообработке иногда к фрезерованию относят резку металла с помощью фрезы. Но такая операция может выполняться большим множеством разных способов как в металло, так и в деревообработке, поэтому операция относится к фрезеровке условно.
Индустриальный портально-фрезерный станок 1978 года выпуска.
Преимущества технологии
Ключевой плюс этой методики – универсальность, так как с помощью разных фрез и технологий срезания на одном фрезерном станке можно выполнять множество процедур и работать с металлом, пластиком, деревом, капролоном и пр.
В зависимости от формы заготовки, используемой режущей оснастки и способа фрезерования, станки позволяют выполнять следующие виды манипуляций:
- гравировку и нанесение узоров любой сложности;
- распил металлических деталей на несколько элементов;
- шлифовку поверхностей с применением специальных насадок с абразивом;
- сверление отверстий и пазов;
- нанесение резьбы;
- формирование модульных поверхностей и пр.
ЧПУ
Станкостроение сегодня предлагает сотни вариантов самых разных станков с ЧПУ для обработки любых материалов. От самых маленьких для небольших домашних мастерских, до мощных для промышленного производства.
Основные серии таких станков:
- легкие;
- профессиональные;
- промышленные;
- специальные.
Легкие (среди них наилегчайшие) стоят от 150 тыс. руб.
Профессиональные – это промежуточный вариант между легкими и промышленными вариантами. К ним относятся и фрезеро-гравировальные станки по дереву стоимостью от 200 тыс. руб. до 600 тыс. руб.
Промышленные — для поточного производства, стоят более 1 миллиона руб.
Специальные чаще всего конструируются индивидуально под конкретные задачи и детали. Такими являются станки для фрезеровки камня, а также небольшие сверхточные для ювелирных изделий.
Технические проблемы фрезерования и пути их решения
Несмотря на использование технологичных современных фрезерных станков, данный процесс может сопровождаться возникновением ряда проблем, имеющих разные основания появления и пути решения. Одной из возможных проблем относится травмирование оператора отлетающей металлической стружкой, которое легко решается путем организации системы ее отвода. Но для процесса фрезеровки существуют и более весомые проблемы. К ним относится активное сокращение рабочего ресурса оснастки и повреждение поверхности заготовки при обработке.
Снижение срока службы инструмента
В эту категорию важных проблем технических и технологических проблем фрезеровки входит:
- Быстрый износ кромки режущей оснастки. Как правило, он возникает в результате неправильной подачи обрабатываемого материала, установки несоответствующей оснастки или скорости ее вращения.
- Сильное выкрашивание кромки фрезы, спровоцированное ее неправильным выбором, установки шпинделя под другим углом или слишком высокой скоростью его вращения. Также, к причинам образования этой проблемы может привести чрезмерное давление фрезы или плохое состояние обрабатываемой поверхности, не прошедшей необходимую подготовку.
- Полная поломка, к которой чаще всего приводит использование инструмента с недостаточной прочностью и термический удар. Избежать этой проблемы можно, применяя нужную оснастку и воздушное или жидкостное охлаждение для регулирования температуры и смазывания рабочей зоны. К более редким причинам поломки фрез относится отсутствие или плохой отвод стружки, что приводит к ее вторичному срезанию и передаче внушительной нагрузки на инструмент.
- Формирование на режущей кромки наростов и налипание металлической стружки, возникающее при резке мягких металлов (например, алюминия) и применения фрезы с неправильно подобранным углом. Решается путем смены оснастки.
Повреждение обрабатываемой поверхности
К самым частым повреждениям материала заготовки относится:
- Образование наклепа в результате повышения температуры в области резания с увеличением прочности и уменьшением пластичности. Избежать ситуации можно, используя своевременное охлаждение детали.
- Отклонение от вертикальности, которое обычно происходит при сильном износе кромки режущей оснастки или при неправильно подобранном режиме резки.
- Несоблюдение размеров, возникающее в результате плохой фиксации, недостаточной жесткостью инструмента, недопустимого уровня его вибрации или увеличения интервала замены. Исправляется проблема сменой фрезы, более жестким усилием крепления заготовки и применением виброгасителей.
- Выкрашивание и образование неровностей, которые являются результатом неправильной установки скорости и глубины, а также отсутствием равномерности подачи заготовки.
Предварительное изучение возможных сопровождающих негативных явлений, их причин и решений, позволит правильно подобрать оснастку и режим работы, что в целом скажется на качестве и производительности рабочего процесса.
3D-фрезеровка
Современные 3-6 осевые 3D станки с ЧПУ вывели такой способ обработки разных материалов на принципиально новый уровень. Сегодня нет деталей, которые не могут сделать такие станки. С их помощью делают даже скульптуры.
Самые важные моменты – правильный подбор фрез для разного материала и соответствующее ПО. На рынке есть как бесплатное ПО, в том числе с открытым кодом для возможной доработки, так и платные пакеты, созданные специально для изготовления конкретных деталей и задач.
Основные стандарты ПО: CAM System и система CAD
Как вариант, предлагаются программы для бесплатного тестирования в течение месяца.
Возможности такого станка в деревообработке можно увидеть в следующем видео:
Оборудование
Основное оборудование, разумеется, сам фрезерный станок или ручной фрезер.
Основные комплектующие – фрезы разного назначения и профиля. Однако не существует технологических линий и маленьких производств, состоящих только из одного станка.
Перед тем, как заготовка попадает на обработку, чаще всего её готовят на другом оборудовании.
- форматно-раскроечные станки;
- торцовочные или ручные дисковые пилы;
- газовая резка или лазерная резка металла.
Иногда требуется подготовить заготовку и по толщине. Тогда её подгоняют под нужный размер на следующем оборудовании:
- древесина – обрезка на циркулярных станках или ленточных пилах, строгание на фуговальном станке или рейсмусе;
- металл – обрезка по толщине разными способами, предварительная черновая фрезеровка.
Стационарные станки
Кроме вышеописанных современных станков с ЧПУ, которых большое множество, есть также более простые варианты.
Это простейшие фрезерные станки по дереву, состоящие из стола, двигателя, вала посадки фрезы и направляющей для ручной подачи заготовки. А также вариант с установкой ручного фрезера в стол в перевернутом состоянии.
Более сложные – промышленные фрезерные станки для дерево и металлообработки. Могут иметь автоматическую подачу заготовок, регулирование положения фрезы, позиционирование заготовок и т.д. Достаточно много таких старых станков, выпушенных до 21 века, до сих в рабочем состоянии. Хотя их остается все меньше.
Ручные фрезеры
Этот вид инструмента иногда называют «фрезерная машина». Это так, потому что ручной фрезер представляет собой полностью самодостаточный инструмент. В нем есть все, что и в стационарном станке:
- собственный электродвигатель;
- вращающийся шпиндель с креплением для разных фрез;
- рабочая площадка с регулировкой глубины погружения фрезы.
Этот инструмент предназначен для ручных работ, потому сравнивать его с крупными промышленными станками нет смысла. Со своими задачами ручной фрезер справляется в полной мере. Более того, он имеет свой ряд преимуществ перед стационарными вариантами:
- мобильность, возможность работы в любом месте;
- возможность обрабатывать крупногабаритные заготовки, которые не умещаются на рабочий стол стационарных станков;
- огромная многофункциональность. В отличие от специальных станков, ручным фрезером можно выполнять все основные операции по фрезерованию мягких материалов;
- доступность по цене. Стоимость ручного фрезера в десятки, иногда в сотни раз меньше стоимости стационарных станков;
- компактность. Для работы и хранения этого фрезера не требуется больших площадей. Когда им не работают, его просто убирают в сторону, освобождая площадь.
Современные производители предлагают самый широкий выбор такого инструмента разной мощности, от 350 Вт до 2500Вт.
Кроме универсальных, есть также модели специального назначения – ламельные, кромочные, присадочные.
Фрезы
Эта небольшая деталь имеет огромное значение. Станок только обслуживает её работу, а непосредственно обработку материала выполняет именно фреза. Поэтому качество обработки зависит во многом от фрезы. При наличии сотен разновидностей фрезерных станков, различных фрез применяются тысячи разновидностей. Главное отличие по трем параметрам:
- Способ крепления. Насадные фрезы имеют отверстие посередине и насаживаются на шпиндель (вал) станка. На фото – насадная фреза для деревообработки со сменными ножами:
- Фрезы с хвостовиками зажимаются в цангах. На фото, набор таких фрез для ручного фрезера:
- Профиль. Применяются простые, прямые и профильные фрезы самой разной конфигурации. Насадки с прямыми режущими гранями применяются для выборки таких же прямых углублений. Профильные формируют на заготовке выборку, повторяющую профиль самой фрезы.
Исключение составляют 3D станки с ЧПУ. Они вырезают сложные профили и рельефы простой тонкой концевой фрезой. Профили на детали формируются за счет подвижности самой фрезы в трех координатах.
На 4-6 осевых станках фрезы перемещаются не только по вертикали и горизонтали, но еще и могут наклоняться.
Фрезерование материалов
Материал фрезы должен быть прочнее обрабатываемого материала. Если для мягких материалов это не проблема, то в металлообработке для изготовления фрез используются специальные сверхпрочные сплавы. Некоторые станки оснащены системой смазки обрабатываемой поверхности и фрезы масло-водяной эмульсией. Она смазывает место реза, удаляет мелкую стружки и охлаждает фрезу.
Дерево
Это мягкий материал. Его обрабатывают как ручными фрезерами, так и мощными индустриальными станками.
Ручным фрезером можно делать практически все виды фрезерных работ, но в небольших объемах.
На промышленных станках поточно делается погонаж – вагонка, половая доска с соединением паз/шип, плинтуса, уголки, круглые изделия за два прохода полукруглой фрезой и т.д.
Несмотря на мягкость материала, фрезы изготавливают из твёрдых сплавов для того, чтобы они долго сохраняли остроту и меньше стирались от трения. Как правило, это «быстрорезы», сплавы типа Р6М5, Р6МЗ и Р12 (HSS в западной маркировке) – сталь с содержанием вольфрама, молибдена и ванадия в разных пропорциях.
Фанера
Фанерные листы – это крупногабаритный материал небольшой толщины. Иногда требуется фрезеровка кромок, вырезка несквозных и сквозных орнаментов, криволинейных или прямых линий. Для работы с большими листами лучше подходят ручные фрезеры. Лучше передвигать небольшой инструмент относительно листа, чем громоздкий лист относительно стационарного фрезера.
Для фанеры используются универсальные фрезы (твердое дерево, фанера, МДФ и т.д.). Твёрдые клеящие смолы фанеры могут быстрее затупить фрезу, чем при работе с деревом. Поэтому лучше использовать качественные фрезы из более твердых сплавов.
Мебельный щит
Мебельный щит – это древесина, склеенные между собой деревянные брусья. Обрабатывается так же, как дерево. Если лист крупногабаритный, лучше использовать ручной фрезер, как и в случае с большими листами фанеры.
МДФ, ОСП, ламинированное ДСП (ЛДСП) и простое ДСП
Это схожие по структуре дерево содержащие материалы. В их основе измельченная древесина, опилки или стружки, спрессованные и склеенные под давлением при определенной температуре клеящими смолами. Отличие в размерах частиц древесины и способе изготовления. Фрезеруются так же, как фанера. Используются либо универсальные, либо специальные для таких материалов фрезы.
Крайне нежелательно допускать перегрева фрезы, чтобы предотвратить горение клеящих смол, древесины и выделения едкого дыма. Перегрев фрезы возможен при слишком быстром перемещении фрезы, слишком сильных оборотах или при затупившейся режущей кромке фрезы.
