Praktyczny przewodnik po frezach czołowych — wybór, zastosowanie i konserwacja

1. Czym są frezy czołowe i kiedy je stosować

Frezy czołowe to frezy wielopłytkowe przeznaczone głównie do wytwarzania płaskiej powierzchni („czoła”) przedmiotu obrabianego. W przeciwieństwie do frezów palcowych, które tną końcówką i bokami, frezy czołowe tną głównie za pomocą wymiennych płytek wymiennych rozmieszczonych wokół korpusu o dużej średnicy. Frezów czołowych należy używać, gdy wymagana jest duża wydajność usuwania materiału, lepsze wykończenie powierzchni na dużych obszarach oraz wydajna obróbka zgrubna lub lekkie wykończenie na płaskich powierzchniach.

2. Rodzaje frezów czołowych i popularnych płytek skrawających

2.1 Frezy czołowe z korpusami pełnymi a modułowe

Frezy czołowe do korpusów pełnych są prostsze, lżejsze i często tańsze w przypadku małych średnic. Modułowe frezy czołowe umożliwiają wymianę korpusu frezu lub oprawek płytek, obsługują większe średnice, zmienną liczbę płytek oraz różne opcje podkładek i chłodziwa. Wybierz systemy modułowe, aby zapewnić elastyczność w środowiskach produkcyjnych.

2.2 Popularne geometrie i gatunki płytek

• Płytki do obróbki zgrubnej (duży promień, dodatnie nachylenie) — do ciężkiej obróbki i lepszego odprowadzania wiórów.
• Płytki wykańczające (mały promień, nachylenie ujemne lub neutralne) — zapewniające wysoką jakość wykończenia powierzchni i kontrolę wymiarów.
• Gatunki węglika pokrywanego (TiCN, Al2O3) — uniwersalne, o dużej trwałości, do obróbki stali i stali nierdzewnej.
• Płytki CBN lub ceramiczne – do stali hartowanych lub szybkiego frezowania czołowego na sucho.

3. Jak wybrać frez czołowy: lista kontrolna krok po kroku

• Określ wymaganą średnicę: większe średnice zwiększają posuw na obrót (FPR) i skracają czas cyklu, ale wymagają większej mocy i sztywności wrzeciona.
• Dopasuj rozmiar płytki i gatunek do materiału: wybierz gatunki twardsze do obróbki przerywanej i gatunki z pokryciem do materiałów ściernych.
• Sprawdź ograniczenia maszyny: potwierdź, że prędkość obrotowa wrzeciona, moc i stożek oprawki narzędziowej mogą obsługiwać wybrany frez czołowy przy docelowej prędkości skrawania i posuwie.
• Należy wziąć pod uwagę odprowadzanie chłodziwa i odprowadzanie wiórów: wewnętrzne doprowadzenie chłodziwa przez korpus frezu poprawia trwałość płytki i wykończenie powierzchni, zwłaszcza w przypadku stali nierdzewnej i tytanu.
• Oceń równowagę i ustawienie: frezy czołowe o dużej średnicy powinny być wyważone i pracować z odpowiednim mocowaniem, aby zminimalizować wibracje.

4. Zalecane parametry skrawania i przykłady obliczeń

Parametry frezowania czołowego są zazwyczaj wyrażane jako prędkość skrawania (Vc, m/min lub SFM), prędkość wrzeciona (RPM), posuw na ząb (fz) i głębokość skrawania (ap i ae). Użyj zalecanej przez producenta prędkości skrawania dla gatunku płytki i materiału, a następnie oblicz prędkość obrotową i posuw, jak pokazano poniżej.

4.1 Podstawowe obliczenia

Aby obliczyć prędkość wrzeciona na podstawie prędkości skrawania:

RPM = (1000 × Vc) / (π × D) — gdzie Vc jest wyrażone w m/min, a D to średnica narzędzia w mm.

Aby obliczyć prędkość posuwu:

Posuw (mm/min) = obr./min × liczba efektywnych zębów × fz (mm/ząb). W przypadku wejścia/wyjścia lub częściowego zazębienia efektywne zęby mogą być mniejsze niż całkowita liczba płytek.

4.2 Przykład: frez czołowy 80 mm na stali 1045

• Załóżmy, że Vc = 200 m/min dla wybranej płytki z węglika pokrywanego.
• obr./min = (1000 × 200) / (π × 80) ≈ 795 obr./min.
• W przypadku użycia 6 płytek i fz = 0,12 mm/ząb, posuw = 795 × 6 × 0,12 ≈ 572 mm/min.
• Głębokość skrawania (ap) przy obróbce zgrubnej może wynosić 2–4 mm, a zagłębienie promieniowe (ae) 50–100% w zależności od sztywności frezu i maszyny.

5. Strategie obróbki i wskazówki dotyczące mocowania

Efektywne frezowanie czołowe wymaga zwrócenia uwagi na mocowanie, kierunek dotarcia i przechodzenie. Preferuj frezowanie współbieżne, aby uzyskać lepsze wykończenie powierzchni i dłuższą żywotność płytki, jeśli pozwala na to maszyna i sterownik. Użyj stabilnego uchwytu i zminimalizuj zwis wspornikowy. Podczas obróbki cienkich lub elastycznych części należy zmniejszyć sprzężenie promieniowe i stosować wiele przejść świetlnych, aby uniknąć drgań i sprężynowania.

5.1 Przejście i podanie

• Obróbka zgrubna: większe ae (60–100% średnicy frezu) i głębsze ap przy zachowawczym fz w celu maksymalizacji usuwania.
• Półwykończenie: zmniejsz ae i ap, nieznacznie zwiększ fz, aby przygotować się do przejścia końcowego.
• Wykończenie: małe ae i ap, drobne fz i wyższe obroty, jeśli wykończenie powierzchni jest krytyczne.

6. Konserwacja, kontrola i rozwiązywanie problemów

6.1 Codzienne kontrole

• Sprawdź płytki pod kątem odprysków na krawędziach, narostu na krawędziach (BUE) lub pęknięć termicznych i wymień je, zanim poważne zużycie spowoduje pogorszenie wykończenia powierzchni.
• Sprawdź bicie frezu za pomocą czujnika zegarowego; Bicie przekraczające limit producenta płytki może spowodować szybkie zużycie lub pęknięcie.
• Oczyść kanały chłodziwa i upewnij się, że ciśnienie i przepływ chłodziwa są odpowiednie dla wybranego typu płytki.

6.2 Typowe problemy i środki zaradcze

• Wibracje/drgania — zmniejsz wysięg, zmniejsz posuw na ząb, zwiększ prędkość wrzeciona lub zmień narzędzie na sztywniejsze.
• Słabe wykończenie — sprawdź jakość krawędzi płytki, zastosuj frezowanie współbieżne, zwiększ obroty lub wykonaj lekkie przejście wykańczające ze zmniejszoną ap.
• Krótka żywotność płytki — sprawdź właściwy gatunek materiału, sprawdź chłodziwo, zmniejsz prędkość skrawania, jeśli zaobserwowano zużycie w wysokiej temperaturze.

7. Skrócona tabela referencyjna: sugerowane parametry początkowe