Правила подбора фрез

Фрезерованием называют обработку заготовки вращающимся лезвийным режущим инструментом, в результате которой получается плоская или профильная поверхность. Коротко расскажем о принципах подбора фрез для обработки древесины и древесных материалов и основных причинах их некачественной обработки.

Используемый при фрезеровании режущий инструмент - фрезы - традиционно подразделяются:

• по конструкции инструмента: на фрезы цельные (у которых зубья выполнены как одно целое с корпусом); сборные (со вставными ножами или фрезами); составные, состоящие из набора нескольких универсальных, специальных фрез и пил;
• по конструкции зубьев: на фрезы с остроконечными зубьями (незатылованные) и затылованные;
• по расположению зубьев относительно оси фрезы: на фрезы цилиндрические; угловые; торцовые; профильные, у которых зубья расположены по поверхности с криволинейной образующей; с комбинированным расположением зубьев (торцово-цилиндрические, угловые со сложным профилем и др.);
• по форме зубьев (режущих кромок) на: фрезы с прямолинейными зубьями; фрезы с винтовыми зубьями; фрезы со специальными профильными зубьями;
• по профилю зубьев (режущих кромок): на фрезы для фугования; для профилирования; для сращивания на зубчатый шип по длине, ширине и толщине заготовок; фрезы специального назначения (ящичные, «ласточкин хвост» и др.);
• по способу крепления на шпинделях: на фрезы концевые (с коническим и цилиндрическим хвостовиком, на HSK патронах и др.); насадные (имеющие отверстия для установки на шпиндель или оправку);
• по способам заточки режущих кромок фрез: на затачивающиеся по передней грани; по задней грани.

Как правило, фрезы затылованные затачивают по передней грани, а незатылованные - по задней грани. В чем разница?

По передней поверхности перетачивают те инструменты, к которым предъявляются жесткие требования по точности профиля. Профиль инструмента не должен меняться при переточках. В качестве примера можно назвать инструменты для выполнения следующих операций: фрезерования мини-шипа; обработки погонажа (фрезерования шпунта и гребня), заготовок при производстве окон, различных шипов и проушин, багета, шкантов, профиля и контрпрофиля при изготовлении дверей.

По задней поверхности перетачивают те инструменты, к которым не предъявляются жесткие требования по точности профиля инструмента. При переточках профиль инструмента может меняться в допустимых пределах. К таким относятся инструменты для: плоскостного фрезерования; изготовления профильного погонажа и обработки его лицевой и нелицевой поверхности, обработки профилированного конструкционного бруса.

Основные правила подбора фрез

Выбор фрез для конкретной технологической операции зависит:

• от типа обрабатываемых материалов (плитные, цельная или клееная древесина);
• от типа крепления инструмента на шпинделе (механического, гидравлического, термозажима);
• от уровня требований к качеству выпускаемой продукции;
• от типа основного технологического оборудования (позиционное, поточное, обрабатывающие и раскройные центры с ЧПУ) и его качества;
• от объемов выпускаемой продукции (штучное или поточное производство);
• от уровня обучения и подготовки производственного персонала (рабочих и ИТР);
• от общей культуры производства и уровня механизации производственных процессов;
• от наличия собственного заточного участка на предприятии и его оснащенности;
• от сотрудничества предприятия по инструменту со сторонними сервисными центрами и их доступности.

Причины некачественной обработки древесины и древесных материалов

К таковым можно отнести:

• неправильный выбор режущего инструмента применительно к типу обрабатываемого материала и профилю;
• отсутствие качественного сервиса и подготовки инструмента к работе;
• несвоевременное обслуживание режущего инструмента (нарушение производственного регламента);
• неправильный подбор систем крепления режущего инструмента;
• некорректную установку инструмента на оборудование;
• неправильный выбор режимов резания при обработке заготовок или несоблюдение станочниками требуемых режимов;
• неприменение СОЖ при заточке инструмента и технических жидкостей при обработке клееных древесных материалов и древесины хвойных пород;
• несоблюдение регламента обработки изделий (продолжительности технологической выдержки между операциями), особенно клееной древесины;
• неудовлетворительное состояние основного технологического оборудования и его несоответствие выбранному инструменту и режимам обработки;
• отсутствие на предприятии периодического обучения технического и технологического персонала;
• низкий уровень общей культуры производства;
• отсутствие на предприятии оперативного склада расходных материалов и режущего инструмента;
• отсутствие на производстве современных систем аспирации, кондиционирования, увлажнения воздуха и вентиляции.

Таблица 1. Угловые параметры фрез, град.

При выборе режущего инструмента необходимо учитывать, что качество и стойкость режущего инструмента зависят от правильно подобранных угловых параметров фрез. Пример того, как следует делать выбор, приведен в табл. 1.

При качественной заточке режущих кромок (лезвий) фрез из различных материалов можно достигнуть следующих показателей по радиусу режущей кромки: для инструментальных сталей (типа HSS) - до 1 мкм, для твердых сплавов (типа HM, HPL, HW) - до 5 мкм, для лезвий с напылением алмаза синтетического - до 7 мкм.

Исходя из этого следует применять инструментальные стали для обработки мягких пород древесины и неплотных (имеющих низкую плотность) древесных материалов, так как более острое лезвие лучше перерезает мягкие волокна, что положительно сказывается на качестве получаемой поверхности и нагрузках на шпиндель и привод резания.

Для обработки более твердых пород древесины (особенно таких, как дуб, бук, ясень) и более плотных древесных материалов (например, ДВП) следует использовать фрезы из твердых сплавов, поскольку при обработке этих материалов их стойкость выше, чем инструментальных сталей.

При обработке плитных материалов (ДСП, MDF, HDF, фанеры, особенно бакелизированной, пластиков, в том числе слоистых) целесообразно использовать фрезы с лезвиями с напылением синтетического алмаза. Однако следует учитывать, что алмазный инструмент любит высокие скорости подачи и не любит высоких температур (перегрева). Поэтому его нецелесообразно применять при обработке мягких материалов (древесины и плит) и плит средней плотности, ведь при обработке происходит упругое восстановление волокон древесины, что вызывает разогрев фрезы и выход из строя. Кроме того, из-за несоблюдения технологических параметров и значительного перегрева режущих элементов их приходится затачивать со значительным съемом материала зубьев, чтобы убрать всю зону режущего элемента, подвергшуюся перегреву, из-за наличия микротрещин, что значительно снижает начальную стойкость инструмента и уменьшает ресурс фрез.

Не следует забывать и о том, что качественная подготовка фрез поможет сократить затраты на приобретение инструмента и повысить качество выпускаемой продукции. При обработке материалов на фрезерном оборудовании с высокой частотой вращения инструмента (свыше 5000 об./мин.) и фрезами массой более 1 кг большое значение приобретает обязательная динамическая балансировка инструмента после каждой переточки.

Таблица 2. Предельные значения подачи на зуб при цилиндрическом
фрезеровании древесины

Следует отметить, что правильная и своевременная заточка и подготовка режущего инструмента также способствуют снижению затрат на ремонт и обслуживание технологического оборудования, особенно шпиндельных узлов, и дает возможность работать на высокой скорости подачи. Следовательно, такая подготовка инструмента влияет на производительность и, как следствие, на себестоимость выпускаемой продукции. В зависимости от требуемого качества получаемой поверхности можно, используя данные, содержащиеся в табл. 2, рассчитать необходимую скорость подачи.

Неправильный выбор систем крепления режущего инструмента на шпинделе станка приводит к тому, что в процессе обработки материала работает, как правило, одно лезвие, которое образует поверхность фрезерования. Приходящиеся на него значительные нагрузки вызывают быстрое затупление и необходимость частой переточки фрез. Худшие варианты систем крепления - механическое крепление (зажим) насадных фрез при помощи гайки и крепление концевых фрез при помощи цанг, а лучший вариант - термозажим для концевых фрез и крепление насадных фрез при помощи HSK-патрона или гидрозажима.

К сожалению, не все производственники знают, что цанги также нужно периодически менять, так как при длительной эксплуатации посадочное отверстие цанги изнашивается, что приводит к усилению биения фрез и, как следствие, их быстрому затуплению. Менять цанги нужно не реже раза в год при двухсменной работе, а при использовании алмазных фрез - еще чаще, поскольку у качественных алмазных фрез обязательно есть полированные хвостовики, и у таких фрез, в отличие от твердосплавных, в результате действия сил трения сцепление слабее, что может привести, например, к смещению фрез и даже их выпадению из цанги в процессе работы.

Некорректная установка фрез на шпинделе в основном связана с тем, что на шпиндели, рассчитанные для установки фрез с небольшой массой (как, правило, в алюминиевом корпусе) устанавливают фрезы большой массы (например, с корпусом из стали). На алмазных концевых фрезах производители ставят специальный значок в виде стилизованной буквы «К», указывающий границу закрепления фрезы в патроне. В любом случае нужно следовать правилу: для того чтобы снизить вибрацию концевого инструмента в шпинделе, инструмент нужно устанавливать в шпинделе максимально глубоко, так, чтобы длина фрезы от патрона до конца была максимум на 15 мм больше ее рабочей зоны. Правда, есть исключения, но это отдельная тема.

Неправильный выбор режимов резания и несоблюдение режимов рабочими на предприятиях, увы, явление частое, характерное как для крупных, так и для средних и мелких предприятий. Причин тому много, а основными являются условия труда, состояние трудовой и производственной дисциплины, низкая квалификация ИТР и рабочих, плохая организации труда.

Неправильный выбор заточного и другого оборудования для оснащения собственного заточного участка или сервис-центра для заточки режущего инструмента по принципу «чем дешевле» свидетельствует о непонимании руководителем предприятия принципов построения бизнеса. А это ведь очевидно: каким инструментом будешь работать - такое качество обработки и получишь.

Многие предприятия не уделяют должного внимания очистке и мойке режущего инструмента, применению СОЖ в процессе его заточки, уходу за оборудованием, а зря. Все это может стать причиной низкого качества продукции, перерасхода режущего инструмента, снижения объемов производства и ухудшения экономической ситуации на предприятии.

Специалистам известно, что при фрезеровании клееной древесины (например, балок, брусков и брусьев, щитов из цельной древесины, в том числе переклеенной по толщине и сращенной по длине), особенно при фрезеровании вдоль клеевых швов, в зоне их обработки происходит интенсивный износ режущего инструмента. Объясняется это тем, что почти любой клей (особенно на основе смол), после того как приобретает в процессе выдержки эксплуатационную прочность, становится абразивом. Уменьшить расход инструмента на этой операции можно только за счет обработки изделий из клееной древесины в период так называемой транспортной прочности (у водорастворимых клеев он наступает в течение двух часов после склейки), когда клей еще не полностью полимеризовался и не приобрел необходимые твердость и жесткость.

Неудовлетворительное состояние основного технологического оборудования, особенно шпиндельных узлов фрезерного оборудования, и отсутствие его своевременного ремонта также станут причиной низкого качества продукции и большого расхода режущего инструмента - какой бы качественный инструмент вы ни использовали.

Если на предприятии не проводится периодическое обучение технического персонала, это негативно влияет на финансовые показатели деятельности компании. Есть смысл посылать ИТР и рабочих на обучение, а руководителям и ведущим специалистам - ездить на выставки и конференции: все окупится сторицей.

Общая культура производства зависит от многих факторов: постоянной работы по оснащению предприятия новым оборудованием, шагов по усовершенствованию технологии, приведения ассортимента продукции в соответствие запросам рынка, обеспечения рабочих и ИТР спецодеждой и индивидуальными средствами защиты... Одним словом, от комплексного подхода к решению задач и проблем предприятия. И мелочей здесь быть не может. Отсутствие на предприятии оперативного склада расход­ных материалов и режущего инструмента может стать причиной простоев, лихорадочного поиска замены нужного инструмента, финансовых потерь, возникновения конфликтов в трудовом коллективе и в конечном счете финансовой неустойчивости предприятия. Посчитайте, во что может вылиться простой предприятия хотя бы в течение смены, и вы поймете, что экономить на резерве режущего инструмента и расходных материалов - себе в убыток.

Владимир ПАДЕРИН

Статья подготовлена по материалам доклада на выставке UMIDS в г. Краснодаре (апрель 2014 года)

Комментарий специалиста

Роман Телегин, официальный представитель компании BSP (Италия) в России:

Чтобы подобрать фрезу для обработки древесных материалов, нужно прояснить три основных момента: способ крепления на станке, материал режущих зубьев фрезы и ее конструкцию.

По способу крепления фрезы подразделяются на концевые и насадные. Концевые используются во фрезерных станках с ЧПУ, фрезерных станках с верхним расположением шпинделя и ручных фрезерах. Насадные - в четырехсторонних станках и во фрезерных машинах с нижним расположением шпинделя.

При выборе материала режущих зубьев фрезы нужно учитывать следующие факторы:

• Тип обрабатываемого материала. Для обработки цельной древесины можно использовать фрезы со стальными зубьями, для фанеры, ДСП и MDF - инструмент с алмазным напылением. Твердосплавные фрезы, в зависимости от марки применяемого твердого сплава, подходят для обработки всех видов древесины: массива твердых и мягких пород, клееной древесины, фанеры, ДСП и MDF;
• Планируемый объем выпускаемой продукции. Для разовых работ подойдет недорогой инструмент с ограниченным ресурсом использования. Для поточного, серийного производства необходим инструмент повышенной стойкости, с зубьями из твердого сплава улучшенного состава или с алмазным напылением, но с учетом типа обрабатываемого материала.

Конструкцию фрезы (количество зубьев, вид режущих пластин и способ их крепления) также определяют несколько параметров. Форма профиля влияет на количество, вид зубьев и способ их крепления. Не все виды профиля могут быть обработаны фрезами одной и той же конструкции. Количество зубьев зависит от скорости подачи, скорости вращения инструмента и опять же от типа обрабатываемого материала. Качество поверхности выпускаемой продукции также определяет конечную конструкцию фрезы. Будет ли фреза напайной или сборной - зависит от возможности и желания клиента перетачивать инструмент.

Иногда подбор фрезы зависит от срочности поставки. Некоторые позиции доступны только под заказ, выполнение которого приходится ожидать в течение месяца и дольше. Если у клиента нет возможности столько ждать, мы можем изготовить фрезу из других материалов.

Рекомендации по оснащению пилоправной мастерской на крупном лесопильном заводе

Подготовка пил в процессе их эксплуатации состоит из следующих операций:

• мойки и очистки пил от нагара и органических загрязнений, образующихся на их поверхности после пиления;
• создания и поддержания в теле пил начальных напряжений, необходимых для компенсации температурных напряжений, появляющихся в процессе пиления, что достигается с помощью вальцовки пил, правки пил и отдельных их участков, а также ремонта инструмента;
• контроля качества подготовки полотен;
• заточки;
• контроля качества заточки.

Заточной участок целесообразно укомплектовать:

• моечной машиной;
• вальцовочным станком для круглых пил;
• заточными автоматическими или полуавтоматическими станками для заточки круглых пил, в т. ч. станком для боковой заточки зубьев пил (одно­- или двухсторонним, в зависимости от объемов ремонта пил);
• набором пилоправного инструмента, включая наковальню, набор молотков, набор правильных линеек;
• приспособлением для проверки биения пил;
• полуавтоматическим устройством для проверки жесткости пил;
• угломерами и шаблонами для контроля угловых элементов зубьев и профиля точильного круга;
• устройством для измерения бокового уширения зубьев пил на базе индикатора часового типа;
• универсальным угломером;
• станком для напайки зубьев пил контактного типа или ТВЧ (последний предпочтительнее).

Владимир ПАДЕРИН