Frezowanie czołowe

Operacje frezowania czołowego obejmują:

• Frezowanie płaszczyzn
• Frezowanie z dużym posuwem
• Ciężkie frezowanie czołowe
• Obróbka wykańczająca płytkami dogładzającymi

Frezowanie płaszczyzn

Co zadecydować o udanym frezowaniu czołowym?

Frezowanie czołowe to metoda obróbki stosowana w celu wyrównania i wygładzenia różnych powierzchni obrabianych przedmiotów. Frezowanie czołowe to najczęściej spotykana operacja frezowania, która może być wykonywana przy użyciu szerokiej gamy różnych narzędzi. Najczęściej używane są frezy z kątem przystawienia 45º, ale w pewnych warunkach stosuje się również frezy na płytki okrągłe, frezy walcowo-czołowe oraz frezy tarczowe i walcowo-czołowe. Aby zapewnić optymalną produktywność, należy upewnić się, że wybrany frez jest odpowiedni do danego zastosowania (patrz informacje na temat wyboru narzędzi poniżej).

Wybór narzędzi

Przegląd frezów czołowych

Poniższy wykres przedstawia główne obszary zastosowań różnych typów frezów pod względem głębokości skrawania, a_p i posuwu na ostrze f_z.

Kierunek sił skrawania generowanych przez różne kąty przystawienia.

Klasyfikacja frezów czołowych na podstawie kąta przystawienia.

Do tej grupy używa się szerokiej gamy frezów do frezów czołowych, od frezów o kącie 90 stopni do frezów o bardzo małych kątach przystawienia do frezów nadających się do frezowania z dużymi posuwami.

10º do 20º Frezy do wysokich posuwów.

• Pierwszy wybór, zapewniający wysoką produktywność, gdy jakość powierzchni nie jest najważniejsza
• Niskie ap i najwyższy posuw na ostrze.
• Optymalna do długiego montażu od góry.

Frezy 45°

• Pierwszy wybór do zastosowań ogólnych
• Ograniczenie drgań na długich wysięgach i przy niestabilnych konfiguracjach
• Efekt zmniejszenia grubości wiórów pozwala zwiększyć produktywność

Większe niż 45º

• Jeden z najczęściej stosowanych kątów kątów 60º i 65º jest stosowany do żeliwa i materiałów o krótkim wiórze, ponieważ pomaga ograniczyć wykruszanie krawędzi i wyłamywanie detalu.
• Mniejsze siły oddziałujące na przedmiot obrabiany, wymagają mocniejszego zamocowania narzędzia w kierunku osiowym niż w przypadku frezów 45º
• Wciąż wyższy posuw niż w przypadku frezów o kącie 90º, jednak nieco poniżej 45º.

Frezy 90°

• Detale cienkościenne
• Słabo zamocowane przedmioty w kierunku promieniowym.
• Gdy wymagany jest kształt 90°
• Najniższy posuw przy frezowaniu czołowym.

Frezy na płytki okrągłe i frezy z dużymi promieniami

Frezy na płytki okrągłe są bardzo wszechstronne, posiadają doskonałe możliwości zagłębiania skośnego i znajdują zastosowanie zarówno w wymagających procesach frezowania czołowego, jak i profilowania.

• Frez do zastosowań ogólnych
• Najmocniejsza krawędź skrawająca
• Wiele ostrzy na jednej płytce
• Szczególnie nadaje się do stopów żaroodpornych, ISO S.
• Łagodny przebieg skrawania

Wybór metody - przykład

Frezowanie czołowe

Zasady stosowania

Przerywane frezowanie czołowe powierzchni z przerwaniami

Unikaj frezowania nieciągłych przerw

• Jeśli to możliwe, unikaj frezowania nad przerwaniami (otworami lub rowkami). Takie przerywane skrawanie jest wymagające dla krawędzi skrawających, ponieważ powoduje wielokrotne wchodzenie w materiał i niekorzystne wyjście z materiału
• Alternatywnie, należy zmniejszyć zalecaną wartość posuwu o 50% na obszarze przedmiotu obrabianego, w którym występują przerwy, aby wióry pozostały cienkie przy wyjściu ostrza z materiału

Frezowanie czołowe profili cienkościennych i uginających się

• Kierunek głównych sił skrawania należy uwzględnić w stosunku do stabilności przedmiotu obrabianego i mocowania
• Do frezowania przedmiotów słabych osiowo należy stosować frezy walcowo-czołowe o kącie 90°, gdzie większość sił skrawania jest skierowana promieniowo
• Alternatywnie można zastosować frez czołowy o lekkim przebiegu skrawania z płytkami dodatnimi i ostrą geometrią.
• Należy unikać osiowych głębokości skrawania, które są mniejsze niż promień zastosowanej płytki, jeśli ap jest mniejsze niż promień płytki, siły osiowe wzrosną.
• Używać frezu z podziałką rzadką, aby uzyskać jak najmniejszą liczbę krawędzi podczas skrawania
• Użyć ostrych, dodatnich (-L) krawędzi, aby zminimalizować siły skrawania
• Rozwiązaniem problemu jest frez z podziałką różnicową

Frezowanie krawędzi cienkich przekrojów za pomocą frezów czołowych

• W celu frezowania czołowego krawędzi cienkich fragmentów, frez powinien być ustawiony poza osią. Cięcie staje się płynniejsze, a siły skrawania skierowane są bardziej równomiernie wzdłuż ściany, co zmniejsza ryzyko drgań
• Wybrać podziałkę frezu, która zawsze utrzymuje więcej niż jedną płytkę w skrawaniu
• Stosować możliwie najlżejszą geometrię płytki (lekką zamiast średniej lub średnią zamiast ciężką)
• Zastosowanie płytki o mniejszym promieniu naroża i krótszej krawędzi pomocniczej zmniejsza ryzyko powstawania drgań w przedmiotach cienkościennych
• Należy stosować niskie parametry skrawania, małą głębokość skrawania, a_p i mały posuw na ostrze, f_z

Lista kontrolna aplikacji i wskazówki

Wejście spiralne to kluczowa strategia zmniejszania zużycia płytek, co jest tym ważniejsze, że kąt przystawienia jest większy, gdyż frez pod kątem 90 stopni jest koniecznością.

• Zaprogramować frez tak, aby toczył się zgodnie ze strategią preferencji skrawania, jeśli nie jest to możliwe, zmniejszenie posuwu może również umożliwić płynne wejście w materiał
• Wziąć pod uwagę stabilność obrabiarki, wielkość i typ wrzeciona (pionowe lub poziome) oraz dostępną moc
• Użyć frezu o średnicy o 20 do 50% większej od przedmiotu obrabianego
• Przy doborze optymalnego posuwu, uwzględnić maksymalną grubość wiórów
• Frez należy ustawić poza osią obróbki aby uzyskać jak najcieńsze wióry na wyjściu
• Frezowanie współbieżne należy stosować w celu uzyskania korzystnego przebiegu formowania wiórów, np. wiórów grubszych i cienkich

Utrzymuj stałą pracę frezu Jest to ogólna strategia mająca na celu zwiększenie trwałości narzędzia, skrócenie czasu skrawania i wzrost produktywności.

• Frezowanie współbieżne należy stosować w celu zapewnienia korzystnego formowania wiórów, np. wiórów grubszych i cienkich
• Unikanie wjazdów i wyjść, dzięki programowaniu drogi narzędzia
• Jeśli to możliwe, należy unikać częstego wchodzenia i wychodzenia z obrabianego przedmiotu. Może to powodować niekorzystne naprężenia na krawędzi skrawającej lub powodować tendencje do przebywania i drgań. Zaleca się zaprogramowanie drogi narzędzia tak, aby frez znajdował się w pełnym kontakcie, zamiast wykonywać kilka równoległych przejść. Zmieniając kierunek, należy uwzględnić małą promieniową ścieżkę narzędzia, aby frez mógł poruszać się i był stale zagłębiony w materiale

Frezowanie z dużym posuwem

Frezowanie czołowe z bardzo wysokim posuwem na ostrze jest możliwe dzięki zastosowaniu frezów o małych kątach przystawienia lub frezów na płytki okrągłe, dzięki zmniejszaniu grubości wiórów. Wprawdzie głębokość skrawania jest ograniczona do mniej niż 2.8 mm, ale bardzo wysokie posuwy sprawiają, że jest to bardzo produktywna metoda frezowania. Specjalne konstrukcje frezów są zoptymalizowane pod kątem frezowania z bardzo wysokimi posuwami przy małych osiowych głębokościach skrawania. Mały kąt przystawienia jest warunkiem koniecznym do stosowania lekkiego, szybkiego i wysokiego posuwu.

Frezy do wysokich posuwów:

• Wydajne frezy czołowe do obróbki z wysokimi posuwami o kącie przystawienia 10°, umożliwiające bardzo wysoki posuw na ostrze, f_z
• Wysokie posuwy przy małych głębokościach skrawania, a_p
• Precyzyjne narzędzia do szybkościowej obróbki stali hartowanej
• Obróbka od zgrubnej do półwykończeniowej konturów i konfiguracji asymetrycznych z bardzo wysokimi posuwami

Nuta: Dla frezów na płytki okrągłe i z zaokrąglonymi narożami, wartość a_p powinna być znacznie niższa od maksymalnej wartości zalecanej, aby umożliwić frezowanie z dużym posuwem

Frezy na płytki okrągłe:

• Zmniejszenie grubości wiórów przy zmniejszonej odległości skrawania osiowego
• Łagodny przebieg skrawania
• Frezy ogólnego zastosowania do trudnych lub lekkich warunków

Zasady stosowania

Frezy z małym kątem przystawienia

Frezy o bardzo małych kątach przystawienia umożliwiają znaczne zwiększenie posuwu, f_z, dzięki efektowi zmniejszenia grubości wióra, gdy a p jest małe.

Mały kąt przystawienia radykalnie zmniejsza maksymalną grubość wiórów. Pozwala to na stosowanie bardzo wysokich posuwów bez przeciążania płytek.

Nuta: Należy unikać obróbki czołowej pod kątem 90°, ponieważ spowoduje to utratę pozytywnego efektu małego kąta natarcia, co oznacza, że głębokość skrawania znacznie wzrośnie.

Jak zawsze, posuw musi zostać zmniejszony i dostosowany do konkretnych warunków, aby uniknąć drgań, które mogłyby uszkodzić płytki.

Frezy na płytki okrągłe

Grubość wióra, hex, zmienia się zależnie od płytki okrągłej i zależy od głębokości skrawania, a_p. Przy frezowaniu z dużym posuwem za pomocą frezu na płytki okrągłe głębokość skrawania powinna być niska (maks. 10% średnicy płytki, iC, w przeciwnym razie efekt zmniejszenia grubości wióra i konieczne będzie zmniejszenie posuwu - patrz ilustracja).

Nuta: Podczas stosowania frezów na płytki okrągłe ważne jest zmniejszenie posuwu przy zbliżaniu się do ściany/występu, ponieważ głębokość skrawania nagle wzrasta.

Mocne płytki do ogólnej obróbki zgrubnej

Dla płytek okrągłych, obciążenie wióra i kąt przystawienia zmieniają się wraz z głębokością skrawania. Najlepszą wydajność osiąga się, gdy głębokość skrawania jest mniejsza niż 25% x średnica płytki, iC.

Ciężkie frezowanie czołowe

Co warunkuje udany przebieg frezowania czołowego przy dużych obciążeniach?

Ciężkie frezowanie czołowe obejmuje operacje, podczas których konieczne jest usunięcie dużych ilości materiału, lub zastosowania, w których stosuje się jeszcze niższe ap, ale są stosowane w trudnych warunkach skórnych, z wykwitami kutymi na gorąco i kęsami, lub w odlewnictwie, gdzie poważne pęknięcia i wtrącenia procesowe mogą stanowić wyzwanie dla uzyskania stałej trwałości narzędzia. We wszystkich tych przypadkach powstają wysokie temperatury i duże siły skrawania, co stawia szczególne wymagania płytkom frezującym: Wymagania sprawiają, że operacje są przenoszone do dużych frezarek bramowych i pełnych mocy lub do centrów obróbkowych o dużej mocy i momencie obrotowym.

• Duże obciążenia krawędzi głównej przy pełnej głębokości skrawania
• Zużycie naroża spowodowane zgorzeliną ścierną, gdy głębokość skrawania zbliża się do zera

Kąt przystawienia 60º jest optymalny dla wysokowydajnego frezu. Ten projekt zapewnia:

• Dobre zdolności głębokiego skrawania, stosunkowo równe siły skrawania oraz efekt pocienienia wióra, które pozwalają na stosowanie wysokich posuwów
• Luz osiowy pozwala płytce wykorzystać dużą krawędź skrawającą, która zapewnia dobre wykończenie powierzchni

Wybór narzędzi

Frezy do ciężkiej obróbki 60°

• Zaprojektowane z myślą o wydajnej obsłudze narzędzi, która skutkuje krótkimi przestojami oraz bezpiecznym, szybkim umieszczaniem płytek w obrabiarce
• Możliwość cięcia do 18 mm, dla dobrego usuwania metalu i obróbki nierównych, falistych powierzchni
• Wysoka produktywność – posuw 0.4 – 0.7 mm na ostrze
• Duża krawędź dogładzająca dla dobrych rezultatów obróbki półwykańczającej
• Mocne naroże płytki odporne na ścieranie zgorzelina przy małych głębokościach skrawania
• Wytrzymałość frezu, bezpieczeństwo przy bardzo wymagających przejściach

45-90° Frezy do średnich obciążeń

• Frez czołowy do średniej obróbki, zapewniający najlżejszą zdolność skrawania
• Możliwość skrawania o głębokości 6–8 mm przy posuwie 0.2 – 0.6 mm
• Do obróbki w trudnych warunkach na dużych centrach obróbkowych
• Może być stosowany z płytkami dogładzającymi do frezowania powierzchni o dobrej chropowatości
• Pierwszy wybór do frezowania czołowego i walcowo-czołowego o średniej wydajności

Frezy na duże płytki okrągłe

• Frez do średniej obróbki z mocnymi krawędziami do trudnych warunków, np. frezowania zgorzeliny i obróbki przerywanej. Okrągła geometria płytki zapewnia płynny przebieg skrawania
• Osiem krawędzi skrawających do wykorzystania w sprzyjających warunkach
• Maksymalna głębokość skrawania wynosi 10 mm. Maksymalna zalecana grubość wiórów jest bardzo różna i wynosi do 0.55 mm na ostrze, w zależności od geometrii płytki i głębokości skrawania

Zasady stosowania

W ciężkich zastosowaniach używa się dużych płytek frezarskich o dużych średnicach. Prędkość skrawania jest normalna, ale wysokie a_p i f_z w połączeniu z dużym a_e sprawiają, że obróbka jest bardzo produktywna.

Wejście w materiał

Ze względu na trudne warunki typowe dla ciężkiego frezowania, wejście w materiał jest często krytyczne.

• Jeśli to możliwe, zaprogramować drogę narzędzia do wejścia w materiał
• Jeśli nie jest to możliwe, zmniejszyć posuw do całkowitego zagłębienia frezu w materiał

Położenie i wielkość frezu

Podczas ciężkiego frezowania, gdzie w celu frezowania dużej powierzchni konieczne jest wykonanie kilku przejść, ważne jest przestrzeganie zaleceń dotyczących:

• Pozycja frezu i zagłębienie
• Wielkość frezu w stosunku do wydajności obrabiarki
• Droga narzędzia, aby uniknąć niekorzystnego wyjścia z materiału

Uważaj na wysokie temperatury

Wymagające, ciężkie frezowanie generuje wysokie temperatury. Gdy do mocowania przedmiotu stosowane są stoły magnetyczne, duże ilości wytwarzanych wiórów będą często zatrzymywane wokół frezu. Powoduje to przerywane lub częściowe odprowadzanie wiórów i ponowne przecinanie wiórów, co jest niebezpieczne dla trwałości narzędzia. Aby tego uniknąć, należy utrzymywać obszar roboczy wolny od wiórów. Chcąc zwiększyć głębokość skrawania i zmniejszyć powierzchnię styku o mocniejszą krawędź główną płytki, należy zapobiec ocieraniu się delikatnych naroży płytki o podłoże.

Nuta: Podczas mocowania płytek wymiennych za pomocą frezu, należy używać rękawic, aby uniknąć obrażeń spowodowanych wysoką temperaturą.

Obróbka wykańczająca płytkami dogładzającymi

Jak uzyskać udane wykończenie powierzchni podczas frezowania czołowego

Doskonałe wykończenie powierzchni można uzyskać za pomocą standardowych płytek z lub bez kombinacji z jedną lub kilkoma płytkami dogładzającymi. Płytki dogładzające są generalnie najbardziej użyteczne przy wysokim posuwie na obrót, f_n, oraz w frezach o większej średnicy z gęstą podziałką i możliwością regulacji.

Posuw na obrót może być zwiększony około czterokrotnie, bez utraty jakości powierzchni. Płytki dogładzające mogą być stosowane podczas frezowania czołowego większości materiałów w celu uzyskania dobrych chropowatości powierzchni – nawet w niekorzystnych warunkach.

Płytki z krawędzią dogładzającą są dostępne w różnych długościach (Bs) i często w wersji prawej i lewej dla każdej płytki. Dostępne są gatunki przeznaczone do większości materiałów. Regulowane gniazda płytek są typowe dla określonych gniazd płytek, gdy frezy są opracowywane specjalnie do obróbki wykańczającej lub oferują rozwiązania z kasetami.

Zasady stosowania

Przy obróbce wykańczającej dużym frezem czołowym, posuw, f_z, musi być z reguły utrzymywany na niskim poziomie. Jednak stosując frez z płytkami dogładzającymi można zwiększyć posuw 2-3-krotnie, bez pogorszenia jakości powierzchni.

Lustrzane wykończenie przy wysokich posuwach

O: Tylko płytki standardowe

B: Z jedną płytką dogładzającą

C : f_n = posuw / obrót

• Gdy f_n przekracza 80% długości krawędzi równoległej Bs na płytkach standardowych, krawędź dogładzająca poprawia jakość powierzchni
• Przy stosowaniu frezów o dużych średnicach z dużą liczbą płytek, potrzeba zastosowania płytek dogładzających dla utrzymania jakości powierzchni staje się kluczowa przy wzroście posuwu na obrót, f_n
• Bicie osiowe frezu, które zależy od pochylenia wrzeciona, wielkości frezu, mocowania oraz dokładności jego ustawienia, wpływa na falistość obrabianej powierzchni. Wypukła krawędź dogładzająca skompensuje ten efekt pozwalając uzyskać powierzchnię bezstopniową. Zapewni to posuw na obrót ograniczony do 60% szerokości krawędzi dogładzającej
• Krawędź dogładzająca wystaje około 0.05 mm poniżej płytek frezarskich zamontowanych na frezach ze stałymi gniazdami. W przypadku frezów o konstrukcji kasetowej, krawędź dogładzająca może być często ustawiona w tym położeniu z dużą dokładnością. Wysunięcie powoduje, że płytki wiper są poddawane większym obciążeniom niż płytki tradycyjne, co może prowadzić do powstawania drgań. Z tego względu płytki wiper powinny być używane do lekkiej obróbki przy umiarkowanych głębokościach skrawania i w ograniczonej liczbie
• Głębokość skrawania powinna być niewielka, aby ograniczyć siły osiowe i ryzyko drgań. Przy obróbce wykańczającej zalecana osiowa głębokość skrawania wynosi 0.5 – 1.0 mm
• Podczas montażu płytki wiper należy zachować szczególną ostrożność, aby prawidłowo ustawić jej dłuższą krawędź skrawającą

Przykład:

• Szerokość krawędzi dogładzającej Bs na płytce wynosi 1.5 mm
• Frez mieści 10 płytek, a posuw na ostrze f_z wynosi 0.3 mm. Posuw na obrót, f_n, wyniesie zatem 3 mm (dwukrotność długości krawędzi równoległej)
• Aby zapewnić dobrą jakość wykończenia powierzchni, posuw na obrót powinien wynosić maksymalnie 80% z 1.5 mm = 1.2 mm
• Odpowiednia płytka wiper będzie miała równoległą krawędź skrawającą o szerokości około 8 mm
• Wynik: Posuw na obrót można zwiększyć z 1.2 mm do 60% przy 8 mm = 4.8 mm

Nuta: Należy uwzględnić inne ograniczenia, takie jak moc obrabiarki.

Lista kontrolna aplikacji i wskazówki

Wskazówki dotyczące uzyskania "lustrzanego wykończenia":

• Aby uzyskać lśniącą powierzchnię, należy stosować dużą prędkość skrawania i/lub płytki cermetalowe
• Do lepkich materiałów z grup ISO M i S należy stosować ciecz obróbkową lub rozpylony olej
• Najlepszą jakość wykończenia powierzchni zapewniają płytki z pokryciem PVD, o ostrych krawędziach i współczynniku a_p 0.5 – 0.8 mm
• Należy dążyć do stosowania tego samego gatunku w płytkach Wiper, które są używane jako płytki robocze