Frézování drážek kotoučovými nebo stopkovými frézami

Frézování drážek a zářezů je operace, při které je často upřednostňováno frézování kotoučovými frézami před frézováním stopkovými frézami.

• Zářezy a drážky mohou být krátké nebo dlouhé, uzavřené nebo otevřené, přímé nebo zakřivené, hluboké nebo mělké, široké i úzké
• Výběr nástroje je obvykle určen šířkou a hloubkou drážky a do určité míry také její délkou
• Typ stroje, který je k dispozici, a četnost prováděné operace určují, zda je vhodné použití stopkové frézy, frézy s dlouhými břity nebo kotoučové frézy
• Nejúčinnější způsob frézování velkého množství dlouhých, hlubokých drážek představuje použití kotoučových fréz, zejména pak v případě použití horizontálních frézek. Avšak to, že roste počet vertikálních frézek a obráběcích center znamená, že se pro řadu různých operací při frézování drážek stále častěji používají také stopkové frézy a frézy s dlouhými břity

Porovnání frézovacích koncepcí

Frézování kotoučovými frézami

+ Otevřené drážky

+ Hluboké drážky

+ Nastavitelná šířka drážky/tolerance

+ Frézování složeným nástrojem (skupinová montáž)

+ Dělení materiálu

+ Široký sortiment produktů pro různé šířky/hloubky drážek

– Uzavřené drážky

– Pouze lineární drážky

– Odvádění třísek

Frézování stopkovými frézami

+ Uzavřené drážky

+ Mělké drážky

+ Nelineární drážky

+ Univerzálnost (zvláštní metody):

• Trochoidální frézování drážek v obtížně obrobitelných materiálech (tvrzené oceli, HRSA, atd.)
• Ponorné frézování jako prostředek pro řešení problémů s dlouhým vyložením nástroje
• Jednodušší zařazení zvláštních polodokončovacích/dokončovacích operací
• Stopkové frézy lze využít i pro jiné operace než pro frézování drážek

– Hluboké drážky

– Vysoké řezné síly

– V případě průhybu náchylné ke vzniku vibrací

Frézování kotoučovými frézami

Kotoučové frézy dovolují opracování dlouhých, hlubokých, otevřených drážek tím nejefektivnějším způsobem a pro tento typ frézovacích operací nabízejí nejvyšší stabilitu a produktivitu. Umožňují také vytvoření složených nástrojů (skupinovou montáž) pro obrábění více než jedné roviny na stejné ploše a ve stejnou dobu

Jak postupovat

• Zvolte průměr frézy, zubovou rozteč a polohu nástroje tak, aby byl vždy v záběru alespoň jeden břit
• Zkontrolujte tloušťku třísky s ohledem na dosažení optimální velikosti posuvu na zub
• V případě obtížných podmínek frézování zkontrolujte velikost potřebného výkonu a kroutícího momentu. U aplikací, kde má upínací trn volný konec, je velice důležitá tuhost a vyložení trnu
• Upínací přípravek a uchycení trnu musí být velice tuhé, aby odolaly vysokým řezným silám vznikajícím při nesousledném frézování

Sousledné frézování:

• Metoda, která je první volbou
• Ve směru působení tangenciálních řezných sil používejte tuhý doraz, abyste předešli odtlačení obrobku směrem dolů ke stolu stroje. Směr posuvu je totožný se směrem působení řezných sil, což znamená, že je důležitá také tuhost stroje a eliminace zpětných rázů v důsledku vůlí, protože fréza má tendenci ke „šplhání“ – přitahování obrobku pod sebe.

Nesousledné frézování:

• Alternativa pro aplikace v případech, kdy se vyskytnou problémy v důsledku nedostatečné tuhosti nebo při opracování neobvyklých materiálů
• Řeší problémy vznikající v důsledku malé tuhostí nástrojové sestavy a hromadění třísek v hlubších drážkách

Setrvačník:

• Dobrá alternativa pro málo tuhé nástrojové sestavy a v případě, že užitečný výkon stroje a kroutící moment je nízký
• Umístěte setrvačník co nejblíže k obráběcímu nástroji
• Dobrým počinem vždy je zesílení uchycení obrobku

Frézování otevřených drážek s využitím kotoučových fréz

Výpočet posuvu na zub

Kritickým problémem při frézování obvodem nástroje je při použití kotoučových fréz dosažení přiměřeného posuvu na zub, f_z. Nedostatečně velké hodnoty způsobují vážné ztráty, proto je vždy třeba věnovat jeho výpočtu zvláštní pozornost.

Posuv na zub, f_z, by v případě hlubších drážek měl být snížen a naopak v případě mělčích drážek zvýšen tak, aby byla dodržena doporučená hodnota maximální tloušťky třísky. Například při obrábění drážky do plného materiálu s využitím geometrie M30 by počáteční hodnota daná maximální tloušťkou třísky měla být 0,12 mm (0.005 inch).

Poznámka: Protože při oboustranném frézování drážky jsou její stěny vytvářeny vždy dvěma břitovými destičkami, hodnota posuvu je určena pro poloviční počet zubů frézy z_n.

Hloubka řezu

Pro hlubší drážky je možné objednat speciální frézy. Při obrábění hlubších drážek je třeba snížit posuv na zub. Je-li drážka mělčí, posuv zvyšte.

Pozor: Hloubka drážky může být omezena průměrem náboje frézy, deformační tuhostí unášecích kamenů a objemem zubových mezer.

Setrvačník - horizontální typ stroje

Při frézování kotoučovými frézami je současně v záběru jen několik zubů, což může způsobovat velké torzní kmitání v důsledku přerušovaných řezů. To má nežádoucí vliv na výsledky obrábění a produktivitu.

• Vhodným řešením umožňujícím omezení vibrací je často použití setrvačníku. Správným použitím setrvačníku lze často vyřešit problémy způsobované nedostatečným výkonem, kroutícím momentem a stabilitou stroje
• Potřeba použití setrvačníku je větší u malých strojů s nízkým výkonem nebo u strojů, kde dochází k většímu opotřebení než u větších stabilnějších a výkonnějších strojů
• Setrvačník umístěte co nejblíže k obráběcímu nástroji.
• Použití setrvačníku přináší větší plynulost obrábění, což má za následek snížení hlučnosti a vibrací, a také delší životnost nástroje
• V případě použití nesousledného frézování je vhodné, aby byl trn, na kterém je fréza upnuta, opatřen setrvačníkem
• S ohledem na další zvýšení stability při frézování kotoučovými frézami použijte největší možnou velikost setrvačníku, kterou daná aplikace dovoluje
• Nejlepší metodou pro vytvoření setrvačníku stále zůstává složení většího počtu kotoučů z uhlíkové oceli, které jsou všechny opatřeny středovým otvorem a drážkou pro pero odpovídající použitému trnu

Frézování nástroji složenými z fréz upnutých se střídavým uspořádáním

Frézy, které mají díry pro upnutí na trn opatřené 2 drážkami pro pero, je možné upnout se střídavým uspořádáním, což umožňuje frézování více drážek najednou. Vzájemným pootočením fréz lze dosáhnout potlačení sklonů ke vzniku vibracím. Tím se také snižuje nutnost použití setrvačníku.

Frézování úzkých a mělkých drážek a výřezů

Univerzální frézy využívají vícebřité břitové destičky, které jsou k dispozici v mnoha tvarových provedeních odpovídajících většině typů malých drážek. Mezi nejčastější aplikace patří obrábění vnitřních drážek pro pojistné a těsnící kroužky nebo malých přímých nebo kruhových vnějších drážek, zejména na součástech, které nemohou rotovat.

Výroba vnitřních drážek

• Při frézování pomocí kruhové interpolace je třeba naprogramovat plynulý nájezd do záběru.
• Zkontrolujte poměr mezi průměrem frézy a průměrem díry, D_c/D_w. Čím menší je hodnota tohoto poměru, tím větší je šířka záběru.

Frézování drážek stopkovými frézami

Frézování stopkovými frézami se volí pro kratší, mělčí drážky, zejména pro uzavřené drážky a dutiny, a pro frézování drážek pro klíny a pera. Stopkové frézy jsou jediné nástroje, které umožňují obrábění uzavřených drážek, které jsou:

• Přímé, zakřivené nebo úhlové
• Širší než průměr nástroje, označované jako dutiny

Pro náročnější operace při frézování drážek se často využívají frézy s dlouhými břity.

Volba nástrojů

Stopkové frézy a frézy s dlouhými břity

Jak postupovat

• Používejte stopkové frézy s lehkým řezem s dlouhou předvídatelnou životností nástroje upnuté ve vysoce účinných sklíčidlech
• Z důvodu dosažení co nejkratšího vyložení nástroje zkraťte vzdálenost mezi nástrojovým sklíčidlem a břitem
• Zhodnoťte velikost posuvu na zub s ohledem na dosažení vyhovující tloušťky třísky. Abyste zabránili tvorbě příliš tenké třísky, což může mít za následek tvorbu otřepů a vznik nekvalitní obrobené plochy, použijte frézy s hrubou roztečí.
• Aby bylo dosaženo z hlediska stability nejvhodnějšího poměru průměr/délka nástroje, použijte největší možnou velikost frézy
• S ohledem na dosažení co nejlepších podmínek obrábění využívejte kdykoli to je možné sousledné frézování
• Ujistěte se, že třísky jsou odváděny ven z drážky. Abyste předešli jejich hromadění, použijte stlačený vzduch
• K dosažení maximální stability a opory ve směru proti vřetenu využijte spojku Coromant Capto®

Frézování drážek pomocí stopkových fréz

Obrábění drážek a zářezů, často také nazývané obrábění drážek do plného materiálu, se týká tří na sebe navazujících obráběných ploch:

• Drážky uzavřené z obou stran se nazývají dutiny a vyžadují použití stopkových fréz, které umožňují práci v axiálním směru
• Frézování drážek do plného materiálu pomocí stopkových fréz je náročná operace. Axiální hloubku řezu je obecně třeba snížit na přibližně 70 % délky břitu. Pro určení nejvhodnější metody pro danou operaci je třeba také posoudit tuhost stroje a odvádění třísek
• Stopkové frézy jsou citlivé k účinkům řezných sil. Omezujícími faktory, zvláště při velkých rychlostech obrábění a při velkém vyložení nástroje, mohou být průhyb a vibrace.

Frézování drážek pro pero

Vedle splnění všeobecných doporučení pro frézování rovinných povrchů a drážek vyžaduje tato operace i splnění některých dalších specifických požadavků. Vzhledem ke směru řezných sil a tendenci nástroje k průhybu nemá drážka frézovaná pouze v jednom kroku dokonale pravoúhlý tvar rohů. Nejvyšší přesnosti a produktivity lze dosáhnout, pokud je operace prováděna stopkovou frézou o průměru menším, než je šířka drážky, a je rozdělena do dvou fází:

1. Frézování drážky pro pero – hrubování drážky v plném materiálu
2. Stranové frézování – dokončování obvodu drážky s využitím nesousledného frézování pro dosažení přesných pravoúhlých rohů

Při dokončovací operaci je třeba udržovat nízkou hodnotu radiální hloubky řezu, aby nedocházelo k průhybu frézy, který je hlavní příčinou špatné kvality obrobené plochy a/nebo úchylky od přesného pravoúhlého (90°) tvaru rohu.

Frézování drážky pro pero ve dvou krocích

Metody vytvoření uzavřené drážky nebo dutiny v celistvém polotovaru

Při přípravě na frézování dlouhé a úzké drážky do plného materiálu je vedle vrtání nejběžnější metodou pro otevření dutiny lineární postupné zahlubování.

Pro mělké drážky může být alternativou také zavrtávací frézování. Pro frézování širších drážek a dutin se využívá také postupné zahlubování po šroubovici.

Srovnání tří různých metod

Konvenční frézování drážek

+ Lze použít konvenční 3-osé stroje

+ Vysoká rychlost úběru kovu za stabilních podmínek

+ Jednoduché programování

+ Široký sortiment nástrojů

– Vznikají velké radiální řezné síly

– Citlivost na vibrace

– U hlubokých drážek je zapotřebí opakovaných průchodů

Trochoidální frézování

+ Vznikají malé radiální řezné síly - menší citlivost na vibrace

+ Minimální průhyb při frézování hlubokých drážek

+ Produktivní metoda pro:

• obrábění tvrdých ocelí a žárovzdorných slitin (ISO H a S)
• aplikace citlivé na vznik vibrací

+ Průměr frézy by měl být maximálně 70 % šířky drážky

+ Dobré odvádění třísek

+ Vzniká malé množství tepla

– Je třeba náročnější programování

Ponorné frézování

+ Prostředek pro řešení problémů týkajících se aplikací citlivých na vibrace:

• s dlouhým vyložením nástroje
• při frézování hlubokých drážek
• s malou tuhostí stroje nebo nástrojové sestavy

– Nízká produktivita za stabilních podmínek

– Je nutné dofrézování neodebraného materiálu/dokončování

– Při frézování čelem nástroje mohou vznikat potíže s odváděním třísek

– Omezený sortiment nástrojů

Hrubovací frézování drážek pomocí fréz s dlouhými břity

• Obvykle se pro hrubování používají frézy s předpoklady pro velké rychlosti úběru kovu
• Na stabilních a výkonných frézkách umožňuje kratší provedení frézy vyrobit drážky se stejnou maximální hloubkou, jako je průměr frézy
• Použijte stroje s vřetenem ISO 50, jelikož tyto frézy jsou schopny se daleko lépe vyrovnat s působením značných radiálních sil
• Zkontrolujte požadavky na výkon a kroutící moment stroje, jelikož velmi často představují limitující faktory pro dosažení optimálních výsledků
• Pro každý typ operace zvažte optimální velikost zubové rozteče

Delší provedení nástrojů jsou přednostně
určena pro frézování obrysů.