1. Zavedení
CNC frézování je srdcem moderního obrábění, umožňuje obchodům tvarovat vše od leteckých součástí po automobilové formy.
Výběr správné frézy a strategie neovlivňuje pouze kvalitu dílu, ale ovlivňuje také dobu cyklu, životnost nástroje, a celkové náklady.
Zejména, čelní frézování a čelní frézování představují dva základní přístupy, každý s charakteristickou mechanikou, výhody, a omezení.
Pochopením jejich klíčových rozdílů, inženýři mohou optimalizovat rychlost úběru materiálu, povrchová úprava, a rozměrová přesnost.
2. Co je Face Frézování?
Čelní frézování stojí jako základní kámen velkoobjemového úběru materiálu a rovinného navařování v moderních CNC provozech.
Orientací osy otáčení frézy kolmý k obrobku, čelní frézy zabírají více břitových destiček současně, vyrábějící široký, rovné povrchy s vysokou účinností.
Definice a základní mechanika
Při čelním frézování, nástroje periferní zuby a řezná tvář oba odebírají materiál. Obvykle, tělo frézy se rozpíná 50 mm do 250 mm v průměru, bydlení 8–16 vyměnitelných břitových destiček.
Jak se vřeteno otáčí při 1000– 3000 ot./min, fréza sbírá povrch pomocí a malá axiální hloubka řezu (Ao ≈ 1–3 mm) a a těžký radiální záběr (re ≈ 30–60 % průměru).
Tato kombinace maximalizuje rychlost úběru kovu (MRR)— často dosahující 500-800 cm³/min z měkké oceli – při zachování celistvosti povrchu.
Typické geometrie fréz
Většina čelních fréz používá vyměnitelné břitové hlavy, umožňuje rychlou výměnu nástrojů a přizpůsobitelné řezné hrany. Mezi běžné geometrie patří:
- Čtvercové nebo kulaté vložky (8– 12 mm vepsaná kružnice) pro všeobecné frézování
- Vložky s vysokým posuvem se sníženými úhly náběhu (10–20°) pro zvýšení MRR
- Vložky s pozitivní geometrií pro nízké řezné síly a jemný povrch
Spoje vřeten obvykle využívají robustní kužely (KOČKA 50 nebo HSK 100) aby se minimalizoval výběh (< 3 µm) a zajistit stabilitu při velkém řezném zatížení.
Kinematika řezání
Kinematika čelního frézování zdůrazňuje:
Axiální záběr (K):
- Ovládá tloušťku řezu na jeden průchod
- Typický rozsah: 1–3 mm pro hrubování, 0.2–0,5 mm pro konečnou úpravu
Radiální záběr (re):
- Určuje šířku frézy v řezu
- Pro hrubování se často nastavuje na 30–60 % průměru frézy
Směr podávání:
- Konvenční frézování (stoupat) zlepšuje kvalitu povrchu, ale může zvýšit opotřebení nástroje
- Stoupání frézování (dolů) snižuje řezné síly na úkor životnosti nástroje
Vyrovnávání Ao, re, a krmivo na zub (fz ≈ 0,05–0,2 mm) optimalizuje zatížení třísky a odvod tepla.
Vlastnosti čelního frézování
- Frézy s velkým průměrem:
Široké hlavy (až do 250 mm) poskytují vysokou MRR a rychle pokrývají široké povrchy. - Mělké axiální, Těžké radiální řezy:
Rozložení řezu na mnoho břitových destiček snižuje zatížení na břitovou destičku, prodloužení životnosti nástroje. - Povrchová úprava & Tolerance:
S dorážkou (Ao ≈ 0.5 mm, fz ≈ 0.05 mm), obchody dosahují RA 1,6-3,2 µm a plochost uvnitř ± 0,02 mm nad 300 mm. - Stroj & Potřeby nářadí:
Vyžaduje pevné frézy s 40– 60 kW vřetena, chladicí kapalina s vysokým průtokem, a přesné držáky nástrojů (výběh < 3 µm).
Výhody Face Frézování
- Maximální úběr kovu:
MRR může překročit 700 cm³/min v oceli, snížení cyklů hrubování až o 50%. - Vynikající rovinnost:
Velký řezný průměr eliminuje dělicí čáry a poskytuje rovinné povrchy s minimálními průchody. - Efektivní odvod třísek:
Široká geometrie drážek a vysokorychlostní třísky se rychle čistí, zabraňuje opětovnému řezání a hromadění tepla. - Nižší řezné síly na zub:
Rozložení zatížení na 8–16 destiček snižuje tloušťku jednotlivých třísek a opotřebení destiček.
Nevýhody čelního frézování
- Špatný přístup k vertikální stěně:
Geometrie frézy omezuje schopnost obrábět úzké drážky nebo hluboké kapsy – tyto prvky zvládají stopkové frézy. - Omezení přesahu:
Dlouhé nástavce nářadí (L/D > 2:1) zavést vychylování a klepání, zejména v štíhlých dutinách. - Potenciál pro Chatter:
Vysoký radiální záběr na méně tuhých strojích může vyvolat rezonance vřetena nebo obrobku. - Vložit prostoj při změně:
Každé zastavení indexování trvá ~30–60 sekund, přidání času bez řezání v dlouhých sériích.
Aplikace čelního frézování
- Povrchová úprava desky & Deck Frézování:
Vyrovnání velkých odlitků nebo lože s rovinností lepší než 0.02 mm nad 300 mm. - Těžké hrubování:
Odstraňování 3–5 mm na jeden průchod v odlitcích a výkovcích před dokončením. - Zemřít & Řezání mouchy:
Lehké skim passy (Ao ≈ 0.5 mm) pro planarizaci na úrovni bloku před přesným frézováním. - Předběžné skim pasy:
Příprava povrchů pro prvky čelního frézování odstraněním polotovaru v milimetrovém měřítku.
3. Co je čelní frézování?
Čelní frézování představuje jednu z nejvíce univerzální operace v moderním CNC obrábění.
Na rozdíl od čelního frézování, kde osa frézy stojí kolmo k obrobku, čelní frézování zarovná osu nástroje paralelní (nebo v mírném úhlu) na povrch.
V důsledku toho, stopkové frézy zabírají materiál na obou jejich obvodech a na jejich špičce, povolení ponořit se, slotting, a konturování v jediné dráze nástroje.
Definice a principy řezání jádra
Stopkové frézy odebírají materiál otáčením vícebřité frézy a jeho posouváním po definovaných drahách nástroje.
Obráběči mohou zanořit frézu do obrobku, poté jej posuňte do strany pro drážkování nebo profilování. Mezi klíčové parametry patří:
- Radiální záběr (ae): procento průměru nástroje v záběru, z 5% (světlá úprava) až do 100% (plné drážkování).
- Axiální hloubka řezu (ap): se pohybuje od 0.5 mm při jemném dokončování na 10–25 mm při hrubovacích průchodech.
- Krmivo na zub (fz): typicky 0,02–0,15 mm/zub, v závislosti na průměru nástroje a materiálu.
Obměnou těchto, operátoři vyvažují rychlost úběru materiálu (MRR)—často 200–400 cm³/min u oceli — s požadavky na životnost nástroje a povrchovou úpravu.
Typické geometrie fréz
Stopkové frézy se dodávají v široké škále tvarů, aby vyhovovaly různým úkolům:
- Čtvercové čelní frézy: Ploché dno pro ostré rohy a 2D profily; průměry od 2 mm do 32 mm.
- Kulové čelní frézy: Zaoblený hrot pro hladké 3D kontury; běžné při obrábění zápustek a forem o průměrech 4–20 mm.
- Rohové Radiusové čelní frézy: Vestavěný filet na rohu, spojující sílu a konečnou úpravu; poloměry od 0.5 mm do 3 mm.
Navíc, speciální typy zahrnout mikrofrézy (průměry <2 mm) pro jemné chodby a hrubovací stopkové frézy s vroubkovanými drážkami pro rozbití třísek a zvýšení MRR.
Kinematika řezání
Činnost obrábění čelního frézování závisí na orientaci nástroje a dráze nástroje:
- Ponorné řezání: Operátor zanoří nástroj svisle do obrobku (až po celou délku nástroje), poté přechází do laterálního pohybu.
- Slotting: Fréza se pohybuje po dráze s 80–100% radiálním záběrem, vytváření slotů v jediném průchodu.
- Profilování/konturování: S lehkým radiálním záběrem (5–30%), fréza sleduje složité 2-D nebo 3-D dráhy, tvarování kapes a kontur.
Koordinací otáček vřetena (500-10 000 ot./min, v závislosti na průměru) s rychlostmi posuvu, strojníci udržují stabilní zatížení třísky a zabraňují vychýlení nástroje.
Vlastnosti čelního frézování
- Všestranné ovládání hloubky: Můžete nastavit axiální i radiální hloubku v širokém rozsahu, přizpůsobení hrubování a dokončování v jednom typu nástroje.
- Drážkování a kapsování: Stopkové frézy vynikají při vytváření drážek až do 0.5 šířka mm (s mikronástroji) a kapes až 50 hloubka mm.
- Konturování komplexních tvarů: Kuličkové a rohové stopkové frézy vytvářejí hladké přechody na 3D površích, s výškami hřebenatek pod 0.02 mm.
- Hrubování & Dokončení: Hrubovací varianty rukojeť ap >10 mm a ae >50%, zatímco leštěné drážky na dokončovacích frézách dosahují Ra 0,4–1,6 µm.
Výhody čelního frézování
- 3-D Contour Access: Stopkové frézy vyřezávají složité geometrie – jako jsou profily lopatek turbíny nebo povrchy lékařských implantátů – bez sekundárního nastavení.
- Vysoká vertikální přesnost: Těsné tolerance (±0,01–0,02 mm) na stěnách a prvky zajišťují správné usazení součástí.
- Kontrolovaná tloušťka třísek: Omezením AE na <30%, obchody snižují řezné síly a dosahují konzistentního opotřebení nástroje.
- Široký výběr nástrojů: Průměry od 0.5 mm (mikroobrábění) až do 50 mm podporují širokou škálu materiálů a aplikací.
Nevýhody čelního frézování
- Nižší MRR vs. Čelní frézování: Dokonce i agresivní hrubovací stopkové frézy dosahují rychlosti kolem 300–400 cm³/min, asi polovinu toho, čeho dosahují čelní frézy.
- Vyšší síly na zub: Hluboké řezy koncentrují zatížení na jednotlivé drážky, riskovat odštípnutí hrany, zejména u tvrdokovových nástrojů s malými průměry.
- Nebezpečí vychýlení nástroje: Stopkové frézy s dlouhým dosahem (L/D > 4:1) vychylovat při zatížení, způsobuje rozměrovou chybu nebo chvění.
- Komplexní programování dráhy nástroje: Generování efektivního drážkování, trochoidální, nebo 3osé kontury vyžadují pokročilé CAM strategie a optimalizaci cyklu.
Aplikace čelního frézování
- Přesné drážkování & Kapsování: Obrábění klínových drážek, T-drážky, a vnitřní dutiny na ±0,02 mm.
- 3-D Povrchová úprava: Vytváření hladkých obrysů formy a matrice pomocí nástrojů s kulovým nosem, dosažení Ra <0.8 µm.
- Rytí prvků v letectví: Frézování chladicích otvorů, flétnové vzory, a text o součástech motoru s mikrostopovými frézami.
- Zaoblení rohů & Srážení hran: Výroba zaoblení a zkosení v jednom průchodu, eliminace sekundárních zlomů hran.
4. Obličej vs. Koncové frézování: Jak si vybrat
Volba mezi čelním a čelním frézováním závisí na několika vzájemně souvisejících faktorech.
Vyhodnocením geometrie součásti, cíle odstraňování materiálu, požadavky na povrch a toleranci, a schopnost stroje, můžete určit optimální strategii – nebo dokonce obě metody kombinovat – pro maximalizaci efektivity a kvality dílů.
Rozhodovací kritéria
Geometrie součásti
- Byt, rozlehlé plochy (např. paluby, příruby) přirozeně oblek čelní frézování.
- Sloty, kapsy, a vyžadují 3D kontury čelní frézování pro přesný přístup.
Požadovaná rovinnost & Dokončit
- Čelní frézy poskytují rovinnost v rozmezí ±0,02 mm 300 mm rozpětí a drsnost Ra 1,6–3,2 µm.
- Stopkové frézy dosahují přesněji lokalizovaných vlastností – svislé stěny až ±0,01 mm a povrchové úpravy až Ra 0.8 µm na malých plochách.
Rychlost úběru materiálu (MRR)
- Čelní frézování hrubuje 500–800 cm³/min v oceli s frézami o velkém průměru.
- Čelní frézování dosahuje vrcholu kolem 300–400 cm³/min, a to i u hrubovacích stopkových fréz.
Tuhost stroje & Výkon vřetena
- Těžké čelní frézování vyžaduje pevné stroje (40– 60 kW vřetena, CAT 50/HSK 100 zužuje se).
- Čelní frézování – zejména mikro nebo s dlouhým dosahem – vyžaduje vysokorychlostní vřetena (10 000–20 000 RPM) a minimalizovaný přesah nástroje.
Face Milling vs. Frézování na konci — Srovnávací tabulka
| Kategorie | Čelní frézování | Koncové frézování |
|---|---|---|
| Primární funkce | Obrábění velké, rovné plochy | Obrábění štěrbin, kapsy, obrysy, a 3D funkce |
| Řezná plocha | Spodní část frézy (axiální záběr) | Spodní část a boky frézy (axiální + radiální záběr) |
| Typická geometrie frézy | Frézy s velkým průměrem s vyměnitelnými břitovými destičkami (Ø50–250 mm) | Monolitní tvrdokovové nebo HSS stopkové frézy (Ø3–50 mm), kulový nos, poloměr rohu |
Rychlost úběru materiálu (MRR) |
Vysoký (až do 800 cm³/min v oceli) | Mírný (až do 400 cm³/min) |
| Krmivo na zub (Fz) | 0.1-0,3 mm/zub | 0.02-0,15 mm/zub |
| Dosažitelná povrchová úprava | RA 1,6-3,2 µm | Ra 0,8–1,6 µm při dokončovacích aplikacích |
| Silné stránky | Vynikající rovinnost povrchu, vysoké rychlosti odstraňování, dobrý odvod třísek | Přístup ke komplexním funkcím, vysoká přesnost na malých dílech |
| Slabé stránky | Nelze opracovat svislé stěny nebo hluboké dutiny; riziko chvění na dlouhých převisech | Nižší rychlost odstraňování; riziko vychýlení nástroje při vysokých poměrech stran |
| Běžné aplikace | Desk frézování, povrchová úprava bloku, těžké hrubování plechu | Slotting, kapesní, frézování profilu, 3Dokončení formy D |
| Požadavky na stroj | Vysoký točivý moment, tuhé stroje pro široký záběr frézy | Vysokorychlostní vřetena; schopné komplexních 3-osých nebo 5-osých pohybů |
| Životnost nástroje | Opotřebení vložky; potřebuje pravidelné indexování nebo výměnu | Zlomení nebo vyštípnutí stopkové frézy, zvláště v podmínkách s dlouhým dosahem |
Pokyny pro nejlepší postupy pro hybridní strategie
- Fáze 1 – Hrubování čelní frézou: Odstraňte 70–80 % materiálu při mělkém axiálním a silném radiálním řezu.
- Fáze 2 – Semi-finishing Pass: Použijte stopkovou frézu středního průměru (ae ~30 %, ap ~2 mm) k oříznutí rohů a stěn.
- Fáze 3 – Finishing Pass: Použijte jemnou stopkovou frézu (fz <0.05 mm, cca 0,5 mm) pro 3D kontury a úzké tolerance.
- Optimalizovat dráhu nástroje: Aplikujte adaptivní čištění pro stopkové frézy, abyste udrželi konstantní zatížení třísky a minimalizovali opotřebení nástroje.
- Monitorujte vibrace: Upravte Ae a Fz, abyste zabránili chvění, zejména u zařízení s dlouhým dosahem.
5. Závěr
Čelní a čelní frézování hrají klíčovou roli v moderním obrábění.
Čelní frézování maximalizuje úběr materiálu a kvalitu rovného povrchu, zatímco čelní frézování odemyká 3D geometrii a těsné prvky.
Vyhodnocením návrhu součásti, MRR cíle, a schopnosti stroje, inženýři mohou nasadit optimální strategii – nebo hybridní sekvenci – k dosažení účinný, vysoce kvalitní výroba.
Posun vpřed, inovace jako čelní frézy s vysokým posuvem a mikrofrézy nadále rozšiřovat možnosti obou metod, zajištění jejich relevance ve vysokém mixu, nízký objem, i prostředí hromadné výroby.
TENTO je perfektní volbou pro vaše výrobní potřeby, pokud potřebujete vysoce kvalitní CNC frézovací služby.
