FRÉZOVANIE

• Frézovanie patrí medzi najrozšírenejšie technológie obrábania. Jeho prednosťou je pomerne veľká výkonnosť a dobrá kvalita obrobenej plochy.

• Pri frézovaní sa materiál odoberá viacklinovým nástrojom - frézou, pričom hlavný pohyb je rotačný a vykonáva ho fréza; posuv (priamočiary posuv) vykonáva najčastejšie obrobok upnutý na stole frézovacieho v smere kolmom na os nástroja. Výsledný pohyb je cykloida.

• Zuby frézy sú v zábere len na malom úseku oblúka, väčšiu časť bežia naprázdno. Pracujú teda v podmienkach typického prerušovaného rezu. Spôsobuje to spoľahlivé delenie triesok, ale zuby sú tepelne namáhané striedavým ohrevom a ochladzovaním.

• Hlavný rezný pohyb (rotačný) pri frézovaní koná nástroj, posuvný pohyb je prevažne priamočiary a koná ho obrobok, pri okružnom a planétovom frézovaní môže byť i rotačný a môže ho vykonávať obrobok alebo nástroj.

Základné spôsoby frézovania

Valcové frézovanie - sa uplatňuje najmä pri práci s valcovými a tvarovými frézami. Zuby frézy sú vytvorené po obvode nástroja, hĺbka rezu a_p sa nastavuje kolmo na os frézy a na smer posuvu. Hrúbka rezu h pri valcovom frézovaní je premenná veličina. Os otáčania nástroja je rovnobežná s obrábanou plochou. Valcové frézovanie sa ďalej delí na:

• Súhlasné frézovanie - zmysel rotácie nástroja je v smere posuvu obrobku. Maximálna hrúbka triesky vzniká pri vnikaní zuba frézy do obroku. Obrobená plocha sa vytvára po vychádzaní zuba zo zberu. Výsledná rezná sila smeruje do materiálu čo umožňuje použiť menšie upínacie sily. Súhlasné frézovanie možno použiť len na prispôsobenom stroji pri vymedzenej vôli a predpätí medzi pohybovou skrutkou a maticou stola frézky. V opačnom prípade spôsobuje vôľa nerovnaký posuv, pri ktorom môže dôjsť k poškodeniu nástroja i stroja.

• Nesúhlasné frézovanie - zmysel rotácie nástroja proti smeru posuvu obrobku. Obrobená plocha vzniká pri vnikaní nástroja do obrobku. Pritom rezný klin každého zuba začína odrezávať vrstvu od minimálnej hrúbky. V skutočnosti je rezný klin nástroja vždy čiastočne zaoblený a uber materiálu začína až vrstva získa určitú hrúbku. Keď je vrstva menšia nedochádza, k odoberaniu triesky. Pritom vznikajú silové účinky a deformácia, spôsobujúca zvýšené opotrebovanie reznej hrany. Rezná sila pri nesúhlasnom frézovaní má zložku, ktorá pôsobí smerom nahor a odťahuje obrobok od stola stroja. 

                                          

                                                Valcové frézovanie a) Súhlasné frézovanie      b)Nesúhlasné frézovanie

Z hľadiska trvanlivosti reznej hrany je výhodnejšie frézovať súhlasne, pri ktorom rezný klin začne odoberať maximálnu hrúbku triesky. Nemusí teda platiť zákon minimálnej hrúbky triesky, ktorý hovorí, že trieska sa oddelí vtedy, ak sa hrúbka h rovná alebo je väčšia ako polomer reznej hrany r_n. V prípade nesúhlasného frézovania sa rezný klin kĺže na určitom úseku dráhy po ploche, vytvorenej predchádzajúcim zubom frézy. Pri výbere spôsobu frézovania (súhlasné alebo nesúhlasné) treba brať do úvahy okrem možnosti použitia stroja aj materiál obrobku. Pri súhlasnom frézovaní povrchová vrstva kovaného a odlievaného obrobku znižuje trvanlivosť frézy.  

Čelné frézovanie - rezné hrany sú rozčlenené na čele nástroja, čiže na ploche kolmej na os frézy a čiastočne aj na valcovom obvode. Os otáčania frézy je kolmá na obrobenú plochu.

       Čelné frézovanie

Podľa smeru hlavného pohybu a posuvu možno čelné frézovanie rozdeliť na : 

• súhlasné

• nesúhlasné

Podľa polohy osi otáčania frézy voči obrábanej ploche na:

• symetrické- os otáčania frézy prechádza stredom frézovanej plochy

• nesymetrické- os otáčania frézy je mimo stred frézovanej plochy

Okružne frézovanie - pri tomto druhu frézovania má obrobok rotačný tvar a nástrojom je obyčajne frézovacia hlava, ktorá je osadená niekoľkými nožmi. Os otáčania nožovej hlavy je buď vo vnútri obrobku (vnútorné frézovanie), alebo mimo obrobku (vonkajšie frézovanie). Okružne frézovania sa využíva napr. pri obrábaní závitov, kedy produktivita je niekoľkokrát vyššia ako pri sústružení, pri obrábaní dlhých valcových tyčí atď. Pri obrábaní tyčí vykonáva hlava väčšinou rotačný a posuvný pohyb, pri rezaní závitov len rotačný pohyb. Ďalšie pohyby vykonáva obrobok.

                                                                  Okružne frézovanie vonkajšie

 

Planétové frézovanie - sa uplatňuje najmä pri číslicovo riadených frézkach a obrábacích centrách vybavených kruhovou interpoláciou. Pohyb frézy môže byť potom riadený po kružnici, takže obrábať časti, alebo celé rotačné plochy. Toto frézovanie sa využíva pri frézovaní vnútorných zápichov, kruhových zaoblení, vonkajších valcových výstupkov, väčších otvorov a čelných plôch.

Planétové frézovanie

 

Frézovacie nástroje - frézy

Vzhľadom na mnohostranné uplatnenie frézovania v strojárskej výrobe a na veľký rozsah technológií frézovania sa v súčasnosti používa mnoho typov fréz.

Frézy sú viacklinové, niekedy aj tvarovo zložité nástroje, s pravidelným usporiadaním rezných klinov na valcovej, kužeľovej, čelnej, tvarovej ploche, a preto sú vysoké požiadavky na ich geometriu. Obyčajne sa volí uhol čela 10° až 40°, uhol chrbta 10° až 20°. Pri zábere zubu frézy vznikajú rázy a tým aj nebezpečenstvo vylamovania reznej hrany. Preto sa volí taká geometria, aby sa záber uskutočnil mimo reznej hrany. Rezná hrana sa tiež spevňuje negatívnou fazetkou.

Používa sa nasledujúca geometria:

• uhol čela γ a uhol sklonu reznej hrany λ_s sú negatívne (pre veľké zaťaženie a na obrábanie zliatin Fe),

• uhol čela γ a uhol sklonu reznej hrany λ_s sú pozitívne (na dokončovacie obrábanie zliatin Fe a tvárnych zliatin niektorých neželezných kovov), 

• uhol čela γ je negatívny a uhol sklonu reznej hrany λ_s je pozitívny (na obrábanie austenitických ocelí, zliatin Cu a pod.).

Vzhľadom na technologické uplatnenie je možné frézy rozdeliť do skupín.

Podľa plôch, na ktorých leží rezná hrana, poznáme frézy:

• valcové (rezné hrany len na ploche valcovej),

• valcové čelné (rezné hrany na ploche valcovej a čelnej),

• čelné (rezné hrany na jednej čelnej ploche, buď na ploche valcovej alebo kužeľovej),

• kotúčové (rezné hrany na úzkej valcovej ploche a zvyčajne aj na oboch čelných plochách),

• kužeľové (rezné hrany len na ploche kužeľovej)

• tvarové (rezné hrany tvaru profilu na obrobku):

  • Drážkovacie - určené na frézovanie drážok pre perá, kliny.

  • Zaobľovacie - vypuklé a vyduté.

  • Uhlové - majú rezné hrany na dvoch kužeľových plochách.

  • Na ozubenie - majú rezné hrany v tvare zubovej medzery alebo rezné hrany sú v skrutkovici na valcovej ploche.

  • Na závity - na rotačnej ploche majú obvykle reznú hranu toho istého profilu, aký je závit.

                                                                              Základné typy fréz

a) valcová fréza, b) uhlová fréza, c) kotúčová fréza, d) čelná fréza, e) frézovacia hlava, f) tvarová fréza, g) stopková čelná valcová fréza, h) kopírovacia fréza, i) drážkovacia fréza

Podľa spôsobu výroby zubov poznáme frézy:

• Frézované - majú zuby len frézované a konečný tvar rezného klina sa vytvorí brúsením čelnej a chrbtovej rovinnej plochy. Čelo a chrbát fréz s frézovanými zubmi tvoria rovinné plochy, úzka fazetka so šírkou 0,5 až 2 mm na chrbte spevňuje reznú hranu. Používajú sa na opracovanie jednoduchých tvarov. Pri ostrení týchto fréz na chrbte sa šírka chrbtovej plochy zväčšuje, zubová medzera a priestor pre triesku sa zmenšuje.

• Podsústružené - chrbtovú plochu majú vytvorenú podsústružením alebo podbrúsením ako časť Archimedovej špirály, čelo zuba je rovinná plocha. Ich prednosť spočíva v tom , že počas svojej životnosti profil zuba je rovnaký a uhol čela sa pri ostrení nemení (preostrujú sa na čelnej ploche). Určené sú predovšetkým na obrábanie tvarových plôch. Výroba podsústruženého profilu však býva zložitejšia. 

Podľa pomeru počtu zubov poznáme frézy:

• jemnozubové,

• polohrubozubové,

• hrubozubé (na rezných hranách majú deliče triesok).

Podľa priebehu reznej hrany poznáme frézy:

• s priamymi reznými hranami - majú rezné hrany rovnobežné s osou frézy, alebo ju pretínajú (kužeľové), alebo sú mimobežné s osou frézy (rezné hrany frézovacích hláv). Zub zaberá v celej šírke, vznikajú veľké rázy (premenlivé zaťaženie zubov), je horší odvod triesky, ale ľahšia výroba,

• s reznými hranami v skrutkovici - zuby v skrutkovici vnikajú do záberu postupne, takže rezný proces je plynulý a pokojnejší. Sklon skrutkovice je 10° až 45° a niekedy aj viac. Nevýhodou je vznik osovej sily (riešením je zložená fréza s ľavým a pravým stúpaním skrutkovice) so striedavým sklonom rezných hrán.

Podľa spôsobu upnutia:

• nástrčné - upínajú sa na frézovací tŕň alebo na predný koniec vretena.

• stopkové - so stopkou valcovou alebo kužeľovou. 

Podľa počtu dielov, z ktorých sa fréza skladá:

• celistvé (monolitné) - teleso aj rezná časť sú z jedného materiálu, alebo rezné hrany sú z iného materiálu, ale nerozoberateľne spojené s telesom frézy. Tento typ je vhodný pre frézy malých rozmerov, keď pripevňovanie rezných platničiek z iných materiálov je technicky náročné.

• s vymeniteľnými platničkami - z RO, SK a keramiky mechanicky upevnenými k telesu frézy. Upínanie platničiek býva obvykle mechanické. Systém vymeniteľných platničiek sa uplatňuje najmä pri frézovacích hlavách. Frézovacie hlavy s vymeniteľnými platničkami sa vyrábajú s veľkými priemermi, pričom teleso frézovacej hlavy má po obvode upevnené nože z reznými klinmi z RO, SK. Používajú sa na čelné frézovanie rovinných plôch.

• delené - z dôvodov výrobných aj iných sa robia z viacerých dielov.

• zložené - napr. valcová- uhlová- valcová- uhlová.

Podľa nástrojového materiálu zubov sa rozlišujú: frézy z rýchloreznej ocele, spekaných karbidov, cermetov, reznej keramiky, KNB a PKD.

Upínanie nástrojov

Upínanie fréz musí zabezpečiť spoľahlivé prenášanie krútiaceho momentu , dostatočnú tuhosť a pevnosť upnutia, jednoduchú a rýchlu výmenu nástroja. Nástroj sa nesmie nárazmi a chvením vzniknutým pri práci uvoľňovať. Upnutie nástroja je tým tuhšie, čím je nástroj bližšie k hlavnému ložisku vretena stroja.

Spôsoby upínania fréz závisia od ich konštrukcie. Krútiaci moment sa z vretena na upínací element prenáša vretenom s vnútorným strmým kužeľom, unášacími kameňmi priskrutkovanými v drážkach čelnej plochy vretena.

Valcové nástrčné frézy sa upínajú na frézovací tŕň. Do vretena sa upínajú kužeľovou stopkou a krútiaci moment sa prenáša perom. Poloha frézy sa zaisťuje rozpernými krúžkami.

Menšie nástroje s valcovou a kužeľovou stopkou upíname do upínacích puzdier a redukčných puzdier - vložiek. Redukčné vložky používame, keď kužeľ vretena a upínacieho prvku nie je zhodný.

Čelné nástrčné a stopkové frézy, ako aj frézovacie hlavy sa upínajú krátkymi stopkami letmo do vretena stroja. Stopky majú majú kužeľ metrický, Morse alebo kužeľ strmý 1:3,5. Prvé dva sú samosvorné, krútiaci moment prenášajú priamo z vretena do nástroja. Pri strmom kuželi sa krútiaci moment prenáša pomocou drážok v prírube na čele stopky.

Frézovacie hlavy veľkých priemerov sa spravidla upínajú skrutkami na čelnú plochu vretena.

Upínanie obrobkov

Vzhľadom na počet súčasne zaberajúcich zubov je výsledná rezná sila pri frézovaní pôsobiaca na obrobok značná. Periodicky sa meniaca veľkosť tejto sily môže pri nesprávnom upnutí vyvolať chvenie, ktoré nepriamo pôsobí na kvalitu a presnosť obrobeného povrchu, takisto môže dôjsť k jeho uvoľneniu počas práce.

Upnutie obrobku pri frézovaní má spĺňať nasledujúce zmeny:

• upínanie má byť dostatočne tuhé, aby nevznikalo chvenie,

• všetky sily pri obrábaní majú smerovať k tuhým podperám, obrobok nesmie byť upnutia deformovaný,

• upnutie má zabezpečiť čo najmenší počet stykových miest medzi obrobkom a upínacím stolom frézky,

• upnutie nesmie dovoliť obrábať letmé časti obrobku,

• tenké prierezy obrobku sa musia podoprieť.

Obrobky pri frézovaní upíname:

• úpinkami,

• zverákmi,

• skľučovadlami alebo hrotmi,

• prípravkami.

Upínanie pomocou úpiniek: 1- správne upnutie, 2- nesprávne upnutie (O- obrobok, F- fréza, U- úpinka, p- podložka, S- upínacia skrutka s maticou, S_t- stôl frézovačky)

Ostrenie fréz

Hospodárnosť frézovania závisí nielen od voľby vhodného nástroja, ale i od spôsobu jeho údržby, hlavne ostrenia. Po dosiahnutí určitej miery otupenia sa fréza musí ostriť. Od kvality ostrenia závisí trvanlivosť nástroja, ako aj kvalita obrobeného povrchu. Podmienky pri ostrení sú dané spôsobom ošetrenia, druhom a tvarom brúsneho kotúča, chladením a podobne. Hĺbka rezu na jeden záber pri ostrení valcových a čelných fréz má byť 0,05 až 0,07mm, pri brúsení drážkovacích fréz s rezným materiálom zo spekaných karbidov 0,01 až 0,04mm.

Technologické možnosti frézovania

                                                                   Možnosti frézovanie rôznymi druhmi fréz

Rezné podmienky pri frézovaní

Vzájomný pohyb obrobku a nástroja voláme rezným pohybom. Zvyčajne pozostáva z hlavného pohybu a posuvu. Rýchlosť hlavného rezného pohybu bodu najviac vzdialeného od osi otáčania, v praxi voláme reznou rýchlosťou:

kde:  D-  priemer frézy v mm, n- frekvencia otáčania frézy v min^-1 

Základnou jednotkou posuvného pohybu je:

• posuv na zub f_z  [mm] je dĺžka dráhy, ktorú prejde obrobok počas záberu zuba (rozhodujúci je pri voľbe rezných podmienok)

• posuv na otáčku f_n [mm] je dĺžka dráhy, ktorú prejde obrobok počas jednej otáčky nástroja: 

  

kde z- počet zubov frézy.

Rýchlosť posuvu sa vypočíta podľa vzťahu:  

kde: z-  počet zubov frézy, n- otáčky za minútu, f_n- posuv na otáčku, f_z- posuv na zub

Hĺbka rezu a_p je daná hrúbkou odfrézovanej vrstvy materiálu pri jednom zábere frézy.