Čelní frézování

Čelní frézování zahrnuje následující operace:

• Běžné rovinné frézování
• Frézování s vysokými rychlostmi posuvu
• Čelní frézování v náročných podmínkách
• Dokončování s použitím hladících břitových destiček

Běžné rovinné frézování

Co vyžaduje úspěšné čelní frézování?

Čelní frézování je nejrozšířenější frézovací operace a lze ji provádět s využitím velkého množství různých nástrojů. Nejčastěji se využívají frézy s úhlem nastavení 45º, ale za určitých podmínek se také používají frézy s kruhovými břitovými destičkami, frézy pro frézování do rohu nebo kotoučové frézy. Ujistěte se, že jste pro danou operaci zvolili vhodnou frézu umožňující dosažení optimální produktivity (viz níže uvedené informace týkající se volby nástrojů).

Volba nástrojů

Přehled fréz pro čelní frézování

Níže uvedený obrázek ukazuje hlavní oblasti použití jednotlivých frézovacích koncepcí v závislosti na hloubce řezu, a_p, a posuvu na zub, f_z.

Směr řezných sil vznikajících při různém úhlu nastavení.

Čelní frézy s úhlem nastavení 10–65° a ponorné frézy

Tento široký sortiment fréz slouží především pro čelní frézovací operace, ale do této skupiny náleží také frézy s velmi malým úhlem nastavení, které jsou určené pro ponorné frézování.

Frézy s úhlem nastavení 45°

• První volba pro všeobecné použití
• Snížení sklonů k vibracím při dlouhém vyložení nástroje nebo nedostatečně tuhém upnutí
• Efekt ztenčení třísky umožňuje zvýšení produktivity

Frézy s úhlem nastavení 90°

• Tenkostěnné součásti
• Slabě upnuté součásti
• Tam, kde je požadován tvar 90°

Frézy s kruhovými břitovými destičkami nebo s velkým poloměrem zaoblení rohů

Frézy s kruhovými břitovými destičkami jsou velice univerzální, mají vynikající předpoklady pro postupné zahlubování a používají se jak pro náročné aplikace při čelním frézování, tak i pro tvarové obrábění.

• Frézy pro všeobecné použití
• Nejvyšší pevnost a odolnost břitů
• Velký počet řezných hran na břitovou destičku
• Obzvlášť vhodné pro obrábění žárovzdorných slitin ISO S.
• Klidný a plynulý záběr

Volba metody – příklad

Čelní frézování

Jak postupovat

Čelní frézování nesouvislých ploch s přerušovaným řezem

Vyhněte se frézování nesouvislých ploch

• Pokud je to možné, vyhýbejte se frézování přes místa porušující celistvost obráběné plochy (díry nebo drážky). Takové přerušované řezy jsou pro břity nástroje velmi náročné, protože se značně zvyšuje počet vstupů do řezu a výstupy z řezu probíhají nežádoucím způsobem
• Jednou z možností, jak udržet malou tloušťku třísky na výstupu z řezu, je snížit v místech s porušením celistvosti obráběné plochy doporučenou rychlost posuvu o 50 %

Čelní frézování tenkostěnných a poddajných partií

• Proveďte analýzu směru hlavních řezných sil s ohledem na stabilitu obrobku a upínacího přípravku
• Pro frézování součástí s omezenou tuhostí v axiálním směru použijte rohovou frézu s úhlem nastavení 90°, u které je hlavní část řezných sil orientována v radiálním směru
• Alternativně je možné použít čelní frézy s lehkým řezem
• Z důvodu omezení velikosti axiálních řezných sil na minimum se vyvarujte použití axiální hloubky řezu menší než 0,5–2 mm
• Používejte frézy s hrubou zubovou roztečí, čímž dosáhnete snížení počtu zubů v záběru na minimum
• Z důvodu snížení velikosti řezných sil na co nejmenší hodnotu používejte ostré, pozitivní geometrie břitu (-L)
• Jako prostředek pro řešení problémů použijte frézu s nerovnoměrnou zubovou roztečí

Frézování obrysů tenkostěnných partií pomocí čelních fréz

• Při frézování obrysů tenkostěnných partií pomocí čelního frézování je třeba umístit frézu mimo střed obráběné plochy. Průběh záběru je potom plynulejší a řezné síly jsou orientovány poněkud víc souběžně s obráběnou stěnou, což napomáhá ke snížení rizika vibrací
• Pro tyto operace zvolte takové zubové rozteče frézy, které zajistí, že za všech okolností bude v záběru více než jeden břit
• Použijte geometrii břitových destiček s co nejlehčím řezem (pro lehké obrábění místo pro střední, pro střední místo pro těžké).
• S ohledem na snížení rizika vzniku vibrací použijte pro obrábění tenkostěnných součástí menší poloměry rohu břitové destičky a kratší délky paralelního zábřitu
• Použijte nízké hodnoty řezných podmínek, malé hloubky řezu, a_p, a nízké hodnoty posuvu/zub, f_z

Posouzení aplikace a užitečné rady

Narolování do záběru

• Zhodnoťte stabilitu obráběcího stroje, velikost vřetena a jeho typ (vertikální nebo horizontální) a užitečný výkon
• Používejte frézy o průměru, který je o 20 až 50 % větší než šířka obráběné plochy.
• Pro určení vhodné frézy z hlediska dosažení optimální rychlosti posuvu vezměte v úvahu maximální tloušťku třísky
• Frézu umístěte mimo střed obráběné plochy tak, aby tloušťka třísky na výstupu ze záběru byla co nejmenší
• Pro zajištění vhodného utváření třísky používejte sousledné frézování, tedy od největší tloušťky třísky k nejmenší.
• Pro zajištění plynulého vstupu do řezu naprogramujte dráhu nástroje s odvalovacím nájezdem do záběru nebo snižte posuv

Frézu udržujte neustále v záběru.

• Pro zajištění vhodného utváření třísky používejte sousledné frézování, tedy od největší tloušťky třísky k nejmenší
• Naprogramováním dráhy nástroje zabraňte výjezdům a opětovným nájezdům do záběru
• Je-li to možné, je třeba předcházet častým nájezdům a výjezdům ze záběru. V břitu tak mohou vznikat nepříznivá pnutí nebo může docházet k drnčení a pískání. Je doporučeno raději naprogramovat dráhu frézy tak, aby zůstala nepřetržitě v plném záběru, než naprogramování několika paralelních průchodů. Při změnách směru je třeba zařadit úseky s malým poloměrem dráhy nástroje tak, aby fréza zůstala neustále v pohybu a v plném záběru.

Frézování s vysokými rychlostmi posuvu

Co vyžaduje úspěšné frézování s vysokými rychlostmi posuvu? Při obrábění hliníkových slitin, a někdy také při obrábění litin s pomocí CBN nebo keramických břitových destiček, lze použít řezné rychlosti přesahující 1000 m/min, což vyžaduje použití velmi vysokých rychlostí posuvu stolu, vf. Tento typ obrábění se nazývá vysokorychlostní obrábění (HSM).

Pro frézování materiálů tvořících krátké třísky, jako jsou šedé litiny, lze použít čelní frézy s extrémně malou zubovou roztečí, což vede k vysokým rychlostem posuvu stolu. Použití extrémně malých zubových roztečí pro obrábění žárovzdorných materiálů, při kterém řezné rychlosti bývají obvykle nízké, vede k vysokým rychlostem posuvu stolu.

Čelní frézování s velkou rychlostí posuvu na zub (až 4 mm/zub) je možné při použití fréz s malým úhlem nastavení nebo fréz s kruhovými břitovými destičkami, protože u nich dochází k efektu ztenčení třísky. Ačkoliv hloubka řezu je omezena na méně než 2,8 mm, extrémní rychlosti posuvu činí tuto frézovací metodu vysoce produktivní. Pro frézování s extrémně vysokými rychlostmi posuvu při malých axiálních hloubkách řezu jsou přednostně určeny speciální koncepce frézovacích nástrojů. S ohledem na vysoké rychlosti a lehký řez je nutným předpokladem použití vysokých rychlostí posuvu malý úhel nastavení.

Volba nástrojů

Frézy pro vysoké rychlosti posuvu:

• Produktivní čelní frézy pro vysoké rychlosti posuvu s úhlem nastavení 10° umožňují použití velmi vysokých hodnot posuvu na zub, f_z
• Vysoké rychlosti posuvu při malých hloubkách řezu, a_p
• Vysoce přesné nástroje optimalizované pro vysokorychlostní obrábění tvrzených ocelí.
• Hrubování až polodokončování obrysových linií a asymetrických tvarů s extrémně vysokými rychlostmi posuvu

Pozor: Aby bylo možné použít frézy s kruhovými břitovými destičkami nebo s velkým poloměrem zaoblení rohů pro frézování s vysokými rychlostmi posuvu, musí hodnota a_p zůstat mnohem menší, než je maximální doporučená hodnota

Frézy s kruhovými břitovými destičkami:

• Prohloubení efektu ztenčení třísky při malých axiálních hloubkách řezu
• Klidný a plynulý záběr
• Univerzální frézy pro náročné i lehké podmínky

Jak postupovat

Frézy s malým úhlem nastavení

Frézy s velmi malými úhly nastavení umožňují výrazné zvýšení rychlosti posuvu, f_z, protože při malých hodnotách a_p dochází k efektu ztenčení třísky.

Maximální tloušťka třísky se při malých úhlech nastavení výrazně snižuje. To umožňuje použití extrémně vysokých rychlostí posuvu bez nebezpečí přetížení břitové destičky.

Pozor: Za všech okolností se vyhýbejte obrábění proti osazení 90°, protože dochází ke ztrátě pozitivního účinku malého úhlu nastavení, to znamená, že hloubka řezu se prudce zvyšuje.

Jako vždy je nutné snížení rychlosti posuvu a její úprava v závislosti na konkrétních podmínkách tak, aby nedocházelo k vibracím, které by mohly způsobit poškození břitové destičky.

Frézy s kruhovými břitovými destičkami

Tloušťka třísky, hex, se při použití kruhových břitových destiček mění a závisí na hloubce řezu, a_p. Při použití fréz s kruhovými břitovými destičkami pro techniky frézování s vysokými rychlostmi posuvu je třeba zachovat nízké hodnoty hloubky řezu (max. 10 % průměru břitové destičky, iC, jinak dochází ke zmenšení efektu ztenčení třísky a rychlost posuvu musí být snížena, viz obrázek).

Pozor: Při použití fréz s kruhovými břitovými destičkami je velmi důležité snížit rychlost posuvu v blízkosti stěny/osazení, protože hloubka řezu velmi rychle narůstá.

Odolné břitové destičky pro všeobecné hrubování

U kruhových břitových destiček se rozložení zatížení břitu a úhel nastavení mění spolu s hloubkou řezu. Nejvyšší výkonnosti se dosahuje v případě, že hloubka řezu je menší než 25 % průměru břitové destičky, iC.

Čelní frézování v náročných podmínkách

Co vyžaduje úspěšné čelní frézování v náročných podmínkách?

Aplikace při těžkém frézování zahrnují hrubovací frézování těžkých výkovků nebo za tepla válcovaných hutních polotovarů, odlitků a svařovaných konstrukcí na velkých portálových frézkách, velmi výkonných frézkách nebo na obráběcích centrech. Je třeba odebrat velké množství materiálu, přičemž vznikají vysoké teploty a řezné síly, což klade specifické požadavky na frézovací břitové destičky:

• Velké zatížení hlavního břitu po celé délce odpovídající hloubce řezu
• Opotřebení rohu abrazivní kůrou v okamžiku, kdy je hloubka řezu blízká nule

Optimální hodnota úhlu nastavení je u fréz pro těžké frézování 60º. Tato konstrukce zajišťuje:

• Dobré předpoklady pro použití větší hloubky řezu, relativně rovnoměrné řezné síly a efekt zeslabení třísky, který umožňuje použití větších rychlostí posuvu
• Axiální vůli danou konstrukcí nástroje, která umožňuje, aby břitová destička měla velký paralelní zábřit, který vytváří povrch s velmi dobrou drsností

Volba nástrojů

Frézy pro těžké frézování s úhlem nastavení 60°

• Navržené s ohledem na efektivní manipulaci s nástrojem, což umožňuje zkrácení prostojů a rychlé bezpečné výměny břitových destiček přímo na stroji
• Předpoklady pro hloubky řezu až 18 mm, značná rychlost úběru kovu, možnost obrábění nerovných zvlněných povrchů
• Vysoká produktivita – rychlost posuvu 0,4–0,7 mm na zub
• Velký paralelní zábřit zaručující uspokojivé výsledky polodokončovacích operací
• Pevný roh břitové destičky odolávající abrazivní povrchové kůře při malých hloubkách řezu
• Pevné tělo frézy poskytuje vyšší bezpečnost při velmi těžkých řezech

Frézy s úhlem nastavení 45–90° pro středně těžké frézování

• Frézy pro středně těžké čelní frézování, které umožňují nejlehčí průběh řezu
• Umožňují hloubky řezu 6–8 mm při rozsahu posuvů 0,2–0,6 mm
• Pro náročné podmínky na větších obráběcích centrech.
• V kombinaci s hladícími břitovými destičkami je lze použít pro frézování ploch s dobrou kvalitou obrobeného povrchu
• První volba pro střední těžké čelní frézování a frézování do rohu

Velké frézy s kruhovými břitovými destičkami

• Fréza s ostrými břity pro středně těžké frézování, vhodná pro práci v náročných podmínkách, jako je například frézování povrchové kůry nebo přerušované řezy. Geometrie kruhových břitových destiček umožňuje klidný a plynulý záběr
• Za příznivých podmínek lze plně využít jejích osm řezných hran
• Maximální hloubka řezu je 10 mm. Maximální doporučená tloušťka třísky se v závislosti na geometrii břitové destičky a hloubce řezu může pohybovat v širokém rozmezí až do 0,55 mm na zub

Jak postupovat

Pro aplikace při těžkém frézování se používají frézy s velkými břitovými destičkami a s velkým průměrem. Řezné rychlosti, které se u nich používají, jsou zcela běžné, ale díky vysokým hodnotám a_p a f_z v kombinaci s velkou hodnotou a_e jsou tyto frézy velice produktivní.

Vstup do záběru

Vzhledem k náročným podmínkám obvyklým při těžkém frézování se vstup do záběru často stává jeho kritickou fází.

• Pokud je to možné, naprogramujte dráhu nástroje s využitím techniky narolování do záběru
• Pokud ne, snižte rychlost posuvu, dokud fréza není plně v záběru

Poloha a velikost frézy

Při těžkém frézování, kde je při frézování velkých ploch často zapotřebí vykonat více průchodů, je velmi důležité dodržovat veškerá doporučení týkající se:

• Polohy frézy a šířky záběru
• Velikosti frézy ve vztahu k výkonnosti obráběcího stroje
• Dráhy nástroje umožňující předcházet nepříznivým podmínkám při výstupu ze záběru

Dbejte potřebné opatrnosti s ohledem na vznik vysokých teplot

Při náročném těžkém frézování vznikají vysoké teploty. Jsou-li pro upnutí součásti využívány magnetické stoly, velké množství vznikajících třísek se často zachytí kolem frézy. V důsledku toho dochází k přerušovanému nebo částečnému odvádění třísek a k jejich přeřezávání, což představuje značné riziko z hlediska životnosti nástroje. Abyste se vyvarovali těchto problémů, udržujte pracovní oblast bez nahromaděných třísek. Chraňte choulostivé rohy břitové destičky před odíráním o abrazivní kůru nebo okuje zvýšením hloubky řezu tak, aby došlo k přesunutí kontaktního bodu s povrchem do pevnější části hlavního ostří břitové destičky.

Pozor: Abyste předešli zranění nebo jiným problémům v důsledku velkého žáru, při výměnách břitových destiček frézy používejte ochranné rukavice.

Dokončování s použitím hladících břitových destiček

Jak při čelním frézování dosáhnout uspokojivé kvality obrobené plochy

Vynikající kvality obrobené plochy lze dosáhnout při použití standardních břitových destiček v kombinaci s jednou nebo více hladícími břitovými destičkami. Hladící břitové destičky Wiper nejlépe fungují při vysokém posuvu na otáčku, f_n, u fréz s větším průměrem s extrémně malou zubovou roztečí a možností seřízení.

Posuv na otáčku je možné při zachování přijatelné kvality obrobené plochy zvýšit přibližně čtyřikrát. Hladící břitové destičky je možné použít při čelním frézování většiny materiálů a dosáhnout dobré struktury obráběného povrchu dokonce i za nepříznivých podmínek.

Volba nástrojů

K dispozici jsou břitové destičky s různými délkami hladícího břitu (Bs) a jednotlivé typy často i v pravostranném a levostranném provedení. K dispozici jsou nástrojové třídy pro obrábění naprosté většiny materiálů. U speciálních lůžek břitových destiček, když je frézovací koncepce vyvinuta speciálně pro dokončovací operace nebo je-li k dispozici v provedení s kazetami, je běžné stavitelné provedení lůžka břitových destiček.

Jak postupovat

Jsou-li dokončovací operace prováděny velkými čelními frézami, je obvykle nutné udržovat nízkou hodnotu posuvu, f_z. Při použití fréz s hladícími břitovými destičkami však lze posuv zvýšit 2–3krát, aniž by došlo ke ztrátě kvality obrobeného povrchu.

Zrcadlový lesk při vysokých rychlostech posuvu

A : Pouze standardní VBD

B : S jednou hladící VBD

C : f_n = posuv / ot

• Pokud f_n přesáhne 80 % délky paralelního zábřitu standardní břitové destičky, Bs, zlepšení kvality obrobené plochy dosáhnete pomocí hladící břitové destičky
• Jak se u fréz o velkém průměru a s velkým počtem zubů zvyšuje posuv na otáčku, f_n, stává se z hlediska dosažení kvalitního povrchu potřeba použití hladící břitové destičky naprosto nevyhnutelnou
• Velikost axiálního házení frézy, která závisí na sklonu vřetena, velikosti frézy, jejím upnutí a přesnosti jejího nastavení, ovlivňuje vlnitost obrobené plochy. Výškově předsunutá ploška hladící břitové destičky tyto účinky vyrovnává a vytváří rovný povrch. To je zaručeno za předpokladu, že posuv na otáčku nepřesáhne 60 % z délky hladícího břitu
• Pokud je hladící břitová destička upnuta do frézy s pevnými lůžky, vyčnívá hladící břit nad ostatní frézovací břitové destičky o přibližně 0,05 mm. U fréz využívajících konstrukci s kazetami je možné nastavit polohu hladícího břitu s velkou přesností. Předsunutí vystavuje hladící břitovou destičku většímu namáhání než v případě ostatních konvenčních destiček, což může mít za následek vibrace. Z tohoto důvodu by hladící břitové destičky měly být používány pro lehké obrábění při středních hloubkách řezu a v omezeném počtu.
• Hloubka řezu by měla být malá, aby i axiální síly zůstaly malé a snížilo se riziko vzniku vibrací. Pro dokončování se doporučuje axiální hloubka řezu 0,5–1,0 mm
• Při upínání hladící břitové destičky je třeba věnovat zvláštní pozornost nastavení jejího dlouhého břitu do správné polohy

Příklad:

• Šířka paralelního zábřitu, Bs, na břitové destičce je 1,5 mm
• Fréza má 10 břitových destiček a posuv na zub, f_z, je 0,3 mm. Posuv na otáčku, f_n, je tudíž 3 mm (dvojnásobek délky paralelního zábřitu)
• Aby bylo možné dosáhnout dobré kvality obrobené plochy, posuv na otáčku by měl být maximálně 80 % z 1,5 mm = 1,2 mm
• Odpovídající hladící břitová destička má paralelní zábřit o délce cca 8 mm
• Výsledek: Posuv na otáčku lze zvýšit z 1,2 mm na 60 % z 8 mm = 4,8 mm

Poznámka: V úvahu je třeba vzít i další omezení, například výkon stroje.

Posouzení aplikace a užitečné rady

Užitečné rady jak docílit „zrcadlového lesku“:

• Pro dosažení lesklého povrchu použijte vysokou řeznou rychlost a/nebo cermetové břitové destičky
• Při obrábění materiálů ulpívajících na břitu, ISO M a ISO S, použijte řeznou kapalinu nebo olejovou mlhu
• Nejlepší kvality obrobené plochy dosáhnete při použití břitových destiček s PVD povlakem s ostrými břity a hodnot a_p v rozmezí 0,5–0,8 mm
• Pro hladící břitovou destičku se snažte použít stejnou nástrojovou třídu, jaká byla použita pro běžné břitové destičky