Заточка фрез

Отечественными и зарубежными производителями выпускаются сотни типов и тысячи типоразмеров всевозможных фрез, которые классифицируются по технологическому признаку и конструктивным особенностям.

Особенность заточки фрез состоит в относительно большой протяженности и криволинейности режущих кромок их зубьев. При заточке требуется обеспечить движение поверхности круга точно по кромке. Особую сложность в этом отношении представляет заточка фасонных фрез, имеющих затылованный угол. Чтобы сохранить фасонный профиль фрезы и упростить заточку, затылованные зубья затачиваются только по передней поверхности (где передняя, а где задняя поверхности см. ниже). Острозаточенные зубья, имеющие прямолинейную или стандартизированную криволинейную форму, затачивают по задней поверхности. Прорезные и отрезные фрезы затачиваются по передней и задней поверхностям зубьев. Про их заточку читайте в статье Заточка дисковых пил.

Заточку осуществляют на специализированных и универсальных станках для заточки фрез, реже вручную.

Материал фрез

Для изготовления фрез используют различные материалы: углеродистые и легированные инструментальные стали, быстрорежущие инструментальные стали, твердые сплавы, минералокерамику, эльборы, алмазы.

Из инструментальных сталей используются марки У7А, У8А, У9А, ХГ, ХВ5, 9ХС, ХВГ и пр.

Быстрорежущая инструментальная сталь, идущая на изготовление фрез, подразделяется на сталь нормальной производительности (Р6М5, Р9, Р12, Р18 и пр.) и повышенной. К последней категории относятся стали, легированные кобальтом, ванадием, вольфрамом и молибденом (Р6М3, Р18Ф2К5, Р9Ф2К10, Р9Ф2К5 и др.).

Твердые сплавы, из которых делают зубья фрез, производятся в виде пластин стандартных размеров и форм, крепящихся к корпусу фрезы высокотемпературной пайкой (например, серебряным припоем ПСр-40) или с помощью резьбовых соединений (сборные фрезы). Они состоят из карбидов вольфрама, титана и тантала, связанных кобальтом. Фрезы, изготовленные из вольфрамо-кобальтовых сплавов (ВК2, ВК3, ВК6, ВК6М, ВК8 и пр.), используются для обработки чугуна, цветных металлов, неметаллических материалов. Титаново-вольфрамо-кобальтовые сплавы (Т5К10, Т15К6, Т14К8, Т30К4 и др.) менее прочны, чем сплавы типа ВК, но они имеют более высокую износостойкость при обработке деталей из различных видов стали. Трехкарбидные сплавы, состоящие из карбидов вольфрама, тантала, титана и кобальта (ТТ7К12 и пр.), в основном также применяются для обработки сталей.

Геометрия зубьев фрезы

По конструкции зубьев различают фрезы с остроконечными (острозаточенными) и затылованными зубьями. У остроконечных зубьев часть задней поверхности шириной f, прилегающая к режущей кромке, представляет собой плоскость. Остроконечные зубья затачиваются по задней поверхности. Хотя в случае необходимости возможна их заточка и по передней поверхности зуба.

У затылованных зубьев, которыми оснащаются фасонные фрезы, задняя поверхность выполняется по архимедовой спирали. Поскольку обработка фасонной поверхности очень трудна технологически, заточка фрез с затылованными зубьями осуществляется по передней поверхности.

Независимо от того, сколько зубьев имеется на фрезе, каждый из них можно рассматривать как отдельный резец, характеризующийся стандартными для всякого резца параметрами - передним (γ) и задним (α) углами, размером затачиваемой площадки (f), углом наклона зубьев (λ).

Площадка f представляет собой часть задней поверхности зуба, подвергающаяся шлифовки при затачивании по задней поверхности. По этой поверхности происходит основной износ зубьев, ее размер влияет на величину силы трения между фрезой и обрабатываемой деталью, поэтому она должна поддерживаться в определенном диапазоне.

Главный передний угол γ - угол между касательной к передней поверхности и осевой плоскостью. Он измеряется в плоскости, которая проходит через данную точку перпендикулярно к главной режущей кромке.

Главный задний угол α - угол между касательной к задней поверхности в рассматриваемой точке главной режущей кромки и касательной к окружности вращения данной точки. В функцию угла α входит уменьшение трения между фрезой и обрабатываемой деталью.

Вспомогательный задний угол α₁ характеризует увеличенный просвет между обрабатываемым поверхностью и телом зуба. Необходимость заточки фрез по вспомогательному углу возникает при определенной величине износа фрезы и увеличении площадки f. Ее цель - снижение трения между зубом и обрабатываемым материалом. Не все фрезы имеют этот угол.

В зависимости от формы и направления режущей кромки, зубья могут быть прямыми или винтовыми. Наклон зубьев фрезы характеризуется углом λ между развернутой винтовой кромкой и осью фрезы.

Значения углов зависят от типа фрезы, марки сплава или стали, из которых она изготовлена, и вида материала, для обработки которого предназначена.

При обработке вязких материалов главный передний угол выбирается в пределах 10-20° и более. У твердосплавных фрез для обработки сталей он близок к нулю или даже отрицателен. Задний угол также может варьироваться в широких пределах.

Заточка концевых фрез по дереву

Фасонные концевые фрезы можно затачивать без специального приспособления для заточки фрез, по передней поверхности, тонким алмазным бруском. Брусок либо ложится на край стола, либо, если у фрезы глубокая выемка, закрепляется как показано на фото ниже. Фреза же водится по закрепленному бруску.

В процессе заточки брусок смачивается чистой или мыльной водой. После заточки он моется и сушится.

По мере стачивания передней поверхности, кромка заострится, а диаметр фрезы уменьшится незначительно.

Если на фрезе есть направляющий подшипник, его сначала надо снять (если это возможно) и только потом затачивать. Попытка сэкономить минуту закончится загубленным подшипником и испорченной фрезой. Ещё нужно очистить фрезу от остатков древесной смолы, используя растворитель.

Как при заточке любого другого инструмента, нужно использовать бруски разной зернистости, в зависимости от толщины снимаемого слоя материала и необходимой чистоты поверхности. Перед заточной нужно убедиться в том, что брусок имеет правильную форму.

Затачивая каждый резец, для сохранения симметрии, нужно стараться делать одинаковое количество затачивающих движений и с одинаковым нажимом.

Если материал резцов фрезы достаточно мягкий, вместо бруска можно воспользоваться абразивной бумагой приклеенной на ровную поверхность (рейку из твердого дерева или полоску стали).

Концевые фрезы по дереву можно заточить и на точильном станке с небольшой скоростью вращения круга, используя соответствующий абразивный круг.

Круги для заточки

В зависимости от материала, из которого изготовлены фрезы, их заточка может производиться кругами из белого или нормального электрокорунда, кругами из эльбора (CBN), зеленого карбида кремния или алмазными (PCD). Например, электрокорундовые круги могут обеспечить качественную заточку фрез по дереву или металлу, изготовленных лишь из инструментальной или быстрорежущей стали нормальной производительности, в то время как эльборовые способны заточить фрезы из быстрорежущей стали повышенной производительности, алмазные круги и круги из зеленого карбида кремния - резцы из твердых сплавов.

При использовании абразивных кругов (особенно алмазных) желательно осуществлять их охлаждение СОЖ.

С повышением температуры микротвердость абразивных материалов снижается. Повышение температуры до 1000°С уменьшает микротвердость почти в 2-2,5 раза по сравнению с микротвердостью при комнатной температуре. Повышение температуры до 1300°С вызывает снижение твердости абразивных материалов почти в 4-6 раз.

Применение воды для охлаждения может привести к появлению ржавчины на деталях и узлах станка. Для устранения коррозии к воде добавляют мыло и определенные электролиты (углекислый натрий, кальцинированная сода, тринатрийфосфат, нитрит натрия, силикат натрия и т.д.), которые образуют защитные пленки. При обычном шлифовании чаще всего пользуются мыльным и содовыми растворами, а при чистовом шлифовании - низкоконцентрированными эмульсиями.

Для увеличения производительности шлифования абразивными кругами и уменьшения удельного износа, следует выбирать наибольшую зернистость, которая обеспечивает требуемый класс чистоты поверхности затачиваемого инструмента.

Для выбора зернистости абразива, в соответствии со стадией заточки, можно воспользоваться таблицей в статье про бруски для заточки.

Окружная скорость круга при заточке твердосплавных зубьев должна быть около 10-18 м/с. Это означает, что при использовании круга диаметром 125 мм скорость вращения двигателя должна быть около 1500-2700 об/мин. Заточка более хрупких сплавов производится при меньшей скорости из данного диапазона. При заточке твердосплавных инструментов применение жестких режимов приводит к образованию повышенных напряжений и трещин, а иногда и к выкрашиванию режущих кромок, при этом повышается износ круга.

Форма круга для заточки заднего угла зубьев на цилиндрической поверхности - чашечная (ЧЦ или ЧК) или тарельчатая (1Т, 2Т, 3Т), переднего угла - тарельчатая или плоская.

Станок для заточки фрез

Учитывая самые сложные случаи - спиральные зубья, станок для заточки фрез должен обеспечивать вращательное и поступательное движение затачиваемой фрезы. На рисунке ниже представлен станок для заточки концевых фрез Е-90 DAREX.

Сущность заточки концевой фрезы состоит в том, что при ее продольном перемещении относительно круга, одновременно происходит синхронизированный поворот ее вокруг своей оси. Благодаря этому затачиваемая кромка все время находится в контакте с кругом на одной и той же высоте (обеспечивается один и тот же угол заточки). Синхронизация поступательного и вращательного движений достигается при помощи иглы-копира, упирающейся во впадину на передней поверхности зуба. Прижимая затачиваемый зуб к игле и плавно смещая фрезу в осевом направлении, оператор одним движением производит заточку зуба на всю его длину.

Заточка боковых зубьев. В упрощенном виде заточка винтовых зубьев, выглядит таким образом. Фреза устанавливается в цангу.

Игла-копир устанавливается в позицию, при которой она находится в самом высоком положении, а ее кончик касается наружного края канавки концевой фрезы.

Фреза устанавливается в исходное (выдвинутое) положение, при котором игла располагается возле хвостовика, упираясь в канавку зуба.

Шлифовальный круг с помощью ручки бокового смещения передвигается в положение, при котором его наружная кромка совпадает с иглой.

Включается двигатель, и ручкой прямой подачи круг медленно подводится к фрезе, пока не начнется искрение. После чего с помощью шкалы подачи устанавливается толщина снимаемого металла (обычно 25-50 мкм).

Заточка зуба на всю его длину производится втягиванием шпинделя с фрезой до тех пор, пока последняя не сойдет с иглы. При этом нужно следить за тем, чтобы фреза постоянно находилась в контакте с иглой. Этим обеспечивается проворот фрезы, необходимый для того, чтобы затачиваемая кромка находилась в контакте с кругом при одном и том же взаимном положении.

Для обеспечения чистоты обработки проход фрезы повторяется еще один раз без изменения толщины снимаемого металла. На этом обработка одного зуба заканчивается, и аналогичная операция повторяется для всех остальных зубьев. Чтобы заточка всех зубьев получилась одинаковой, не следует изменять толщину снимаемого металла, установленную вначале с помощью ручки прямой подачи.

Изменяя положение иглы таким образом, чтобы ее кончик упирался в разные точки на канавке зуба (на край или середину, например), можно изменять величины угла α и α₁.

Заточка торцевых зубьев. Для заточки торцевых зубьев, концевую фрезу нужно установить в положение, при котором затачиваемый зуб расположился бы строго горизонтально. Система заточки Е-90 оснащена градуированным кольцом, которое позволяет легко и просто устанавливать торцевые зубья горизонтально. Если используется станок для заточки фрез, не оснащенный подобным механизмом, устанавливать горизонтальность зубьев можно с помощью угольника.

Заточка зуба, выставленного горизонтально, производится перемещением кромки заточного круга вдоль кромки зуба. Величина угла заточки регулируется смещением круга по вертикали либо наклоном шпинделя с фрезой (если это возможно).

Контроль качества заточки

После заточки фреза должна быть подвергнута контролю. Визуально невооруженным глазом или с помощью лупы проверяется наличие сколов, рисок, трещин, с помощью приборов - биение зубьев, значения углов, шероховатость поверхностей.

Допустимые отклонения переднего и заднего угла заточки всех фрез составляет ±1°. Углы могут замеряться специальным угломером 2УРИ или маятниковым угломером.

У стандартных фрез регламентируется радиальное биение двух смежных (σсм) и двух противоположных (σпр) зубьев, а также торцовое биение. Допустимые значения радиального и торцового биений зубьев фрез приведены в таблице ниже (для фрез, не имеющих торцовых зубьев, указано допустимое биение опорных торцов).

Проверку качества заточки или доводки производят внешним осмотром с помощью лупы. Режущие кромки фрез должны быть без зазубрин и выбоин.

Наличие трещин на пластинках твердого сплава определяют, пользуясь лупой, смачивая пластины керосином. В этом случае при наличии трещин выступает керосин.

Видео:

Литература