Фреза — вращающийся режущий инструмент, как правило многозубый, который снимает материал за счёт периодического врезания кромок в заготовку. Именно фрезерный инструмент обеспечивает универсальность фрезерных станков и обрабатывающих центров (ОЦ): обработка плоскостей, пазов, уступов, 3D-поверхностей, резьб, зубчатых колёс — всё это делается фрезами.
Ошибка в подборе фрезы для фрезерного станка — это не просто перерасход бюджета на инструмент. Это потеря машинного времени, брак деталей, сломанные пластины и, в худшем случае, повреждённый шпиндель. Одна неправильно подобранная концевая фреза при обработке нержавейки способна за минуту уничтожить себя и испортить деталь, которая обрабатывалась три часа.
Цель этой статьи — дать полную систематизацию видов фрез по металлу, объяснить логику классификации и предложить практический алгоритм подбора. Каждый раздел содержит ссылки на детальные разборы конкретных типов и на соответствующие позиции каталога.
Важно: все значения режимов резания, характеристик покрытий и параметров инструмента в этой статье приведены как ориентиры для первичного выбора. Точные Vc, fz, ap, ae и другие параметры задаются по каталогу производителя конкретной фрезы или пластины и корректируются по жёсткости системы, биению, вылету, наличию СОЖ и конкретной марке обрабатываемого материала.
1. Что такое фреза: принцип работы и отличие от других режущих инструментов
Определение и механика резания
Фреза — это вращающийся режущий инструмент с геометрией, специально оптимизированной для прерывистого резания. При вращении каждый зуб фрезы поочерёдно входит в контакт с заготовкой, срезает слой материала и выходит из зоны резания. Этот цикл «врезание → резание → выход» повторяется с каждым оборотом шпинделя.
Прерывистый характер процесса создаёт ударные нагрузки на каждый зуб при входе в материал и термоциклирование — нагрев в зоне резания и охлаждение на свободном участке. Эти два фактора принципиально отличают фрезерование от точения и определяют требования к материалу и геометрии фрез.
Чем фреза отличается от токарного резца
При точении режущая кромка находится в непрерывном контакте с заготовкой. При фрезеровании вращается инструмент (а не деталь), каждый зуб работает доли секунды за оборот, а нагрузка распределяется между несколькими зубьями. Это, как правило, обеспечивает высокую производительность съёма материала, но предъявляет повышенные требования к ударной прочности режущего материала.
Чем фреза отличается от сверла
Сверло работает преимущественно осевой подачей — оно погружается в материал вдоль своей оси. Фреза способна работать боковой поверхностью, торцом и комбинированно, перемещаясь по нескольким осям одновременно. Это даёт фрезе несопоставимо большую универсальность: одним инструментом можно обработать паз, контур, плоскость и объёмную поверхность.
Базовые параметры фрезерования
Перед разбором типов фрез для металлообработки необходимо зафиксировать терминологию:
- Dc — диаметр фрезы (мм).
- z — число зубьев.
- fz — подача на зуб (мм/зуб) — толщина слоя, срезаемого одним зубом.
- Vf — минутная подача (мм/мин): Vf = fz × z × n.
- Vc — скорость резания (м/мин): линейная скорость точки на периферии фрезы.
- n — частота вращения шпинделя (об/мин): n = (1000 × Vc) / (π × Dc), где Vc — в м/мин, Dc — в мм.
- ap — глубина резания (осевая, мм).
- ae — ширина резания (радиальная, мм).
- Попутное фрезерование — зуб входит в материал с максимальной толщиной стружки и выходит с минимальной. Обычно предпочтительнее при минимальных люфтах и стабильном приводе подач (типично для исправного ЧПУ-оборудования с шарико-винтовой передачей, ШВП).
- Встречное фрезерование — зуб входит с нулевой толщиной стружки, нарастающей к выходу. Применяется при заметных люфтах в приводе подач, при обработке литья с абразивной коркой, поковок.
Современные обрабатывающие центры выполняют широкий спектр операций фрезерным инструментом — от черновой обдирки до чистовой обработки. Достижимая шероховатость зависит от материала, стратегии, инструмента, биения и стабильности станка.
2. Классификации фрез: несколько систем координат
Единой «правильной» классификации фрез не существует. Один и тот же инструмент можно описать по типу операции, по конструкции, по материалу режущей части, по способу крепления. Ниже — пять систем координат, которые в совокупности дают полную картину.
2.1. По типу выполняемой операции (основная рабочая классификация)
Это та классификация, с которой работает технолог при составлении маршрута обработки:
- Торцевое фрезерование — обработка плоскостей и торцов.
- Концевое фрезерование — пазы, карманы, контуры, 3D-поверхности.
- Дисковое фрезерование — узкие пазы, канавки, отрезка.
- Угловое фрезерование — фаски, V-образные канавки.
- Фасонное фрезерование — радиусные и сложнопрофильные поверхности.
- Резьбофрезерование — внутренняя и наружная резьба методом круговой интерполяции.
- Зубофрезерование — нарезание зубчатых колёс.
2.2. По конструкции
| Конструкция | Преимущества | Недостатки | Типичный диапазон Dc | Стоимость за кромку |
|---|---|---|---|---|
| Цельная монолитная (HSS) | Низкая цена, ударная прочность | Низкая теплостойкость, быстро тупится на высоких Vc | Малые и средние | Низкая |
| Цельная твердосплавная | Высокая точность, жёсткость, скорость | Хрупкость, высокая цена инструмента | Малые (от долей мм до ~25 мм) | Средняя–высокая |
| Напайная | Компромисс цена/производительность | Нельзя заменить пластину, ограниченная геометрия | Средние | Средняя |
| Сборная с СМП | Замена пластин без демонтажа корпуса, стабильность в серии | Менее жёсткая, чем монолит; минимальный диаметр ограничен | От ~16 мм и выше, включая крупные | Низкая (пересчёт на кромку) |
| Модульная (сменные головки) | Точность цельной + экономия сборной | Ограниченный ассортимент головок | Малые и средние | Средняя |
Конкретные диапазоны диаметров зависят от типа фрезы и линейки производителя — сверяйте по каталогу.
2.3. По материалу режущей части
Группы обрабатываемых материалов (P/M/K/N/S/H) — укрупнённая классификация, широко используемая производителями инструмента. Она помогает выбрать направление (геометрия, покрытие, сплав), но конкретные режимы и марку сплава/покрытия инструмента подбирают по каталогу под конкретную марку заготовки и условия резания.
- Быстрорежущая сталь (HSS, HSS-E, HSS-PM) — для универсальных станков, ручных подач, работ с ударами. HSS-PM (порошковая) значительно превосходит литую HSS по стойкости.
- Твёрдый сплав — основной материал для ЧПУ-обработки. Марку сплава подбирают с учётом группы обрабатываемого материала (P — стали, M — нержавеющие стали, K — чугуны, N — цветные металлы и сплавы, S — жаропрочные сплавы, H — закалённые стали).
- Керамика — применяется при обработке чугуна и жаропрочных сплавов на высоких скоростях резания. Чувствительна к ударным нагрузкам и резким врезаниям; при фрезеровании требует стабильного припуска и корректной стратегии входа/выхода. Применяется строго по рекомендациям производителя инструмента.
- PCD (поликристаллический алмаз) — для алюминиевых сплавов (в том числе с высоким содержанием кремния), композитов и других абразивных неметаллов. Границы применимости — по каталогу производителя.
- CBN (кубический нитрид бора) — для закалённых сталей и чугунов. Конкретные диапазоны твёрдости обрабатываемого материала — по каталогу производителя.
2.4. По способу крепления
Концевые (хвостовые): крепятся хвостовиком в патрон шпинделя. Типы хвостовиков:
- Цилиндрический — зажим в цанговом патроне.
- Weldon — лыска под стопорный винт, исключает проворот при тяжёлых режимах.
- Whistle-Notch — наклонная лыска, обеспечивает позиционирование и передачу крутящего момента.
- Термозажим — под термопатрон, минимальное биение.
Насадные: устанавливаются на фрезерную оправку через центральное отверстие и шпонку.
Модульные: головка навинчивается на хвостовик по резьбе или фиксируется байонетом.
2.5. По направлению и типу зубьев
- Правое/левое вращение — правое (по часовой стрелке при виде со стороны хвостовика) — стандарт.
- Прямые зубья — простота изготовления, но ударный вход в материал.
- Винтовые (спиральные) зубья — плавный вход, снижение вибраций.
- Угол наклона спирали — определяет характер входа зуба в материал, направление сил и стружкоотвод. Общая тенденция: для вязких материалов (нержавейка, титан) и тонкостенных деталей чаще применяют более «крутую» спираль, для жёстких условий и конструкционных сталей — более «пологую». Конкретные углы подбирают по каталогу производителя фрезы.
3. Торцевые фрезы — обработка плоскостей
Торцевые фрезы по металлу — рабочие лошадки крупносерийного и мелкосерийного производства. Их назначение — высокопроизводительная обработка больших плоскостей, торцов и уступов. Главная режущая кромка расположена на торце инструмента, а вспомогательная — на периферии.
3.1. Конструктивные варианты
Сборные с СМП — основной тип для промышленности. Корпус из конструкционной стали с посадочными гнёздами, в которые устанавливаются сменные многогранные пластины. При износе одной кромки пластина поворачивается или заменяется за минуту без снятия корпуса с оправки.
Типы пластин по форме:
- Квадратные (SNMX, SEKT) — 4 кромки, обработка уступов 90°.
- Круглые (RCKT, RPMW) — максимальная прочность кромки, переменный угол в плане, для тяжёлой черновой обработки.
- Восьмигранные (ONMU) — 8 кромок, экономичность.
- Тангенциальные — пластина ориентирована «плашмя», работает на сжатие, максимальная стойкость при тяжёлых условиях.
Насадные цельные (HSS или с напайными пластинами) — для универсальных фрезерных станков, где нет автоматической смены инструмента. Устанавливаются на оправку с продольной шпонкой.
Концевые торцевые (Dc < 50 мм) — для обрабатывающих центров. Крепятся хвостовиком, используются при обработке небольших плоскостей и торцов.
3.2. Главный угол в плане (κr) и его влияние
Угол в плане — ключевой параметр торцевой фрезы. Он определяет направление сил резания, форму стружки и возможности инструмента.
| Угол κr | Толщина стружки при одинаковой fz | Осевая сила | Радиальная сила | Область применения |
|---|---|---|---|---|
| 90° | Максимальная (hex ≈ fz) | Минимальная | Высокая | Обработка уступов, тонкостенных деталей, нежёсткие крепления |
| 45° | Уменьшена (hex ≈ fz × 0,707) | Значительная (прижим) | Средняя | Основной вариант для плоскостей, чугуна |
| 10–17° | Значительно уменьшена (hex ≈ fz × sin κr) | Максимальная (прижим) | Минимальная | Высокоподачное фрезерование (HFM), большие вылеты |
| Круглые пластины | Переменный | Зависит от ap/Dc пластины | Переменная | Черновая обработка, авиационные сплавы |
При угле 45° стружка тоньше, чем при 90°, — это позволяет увеличить подачу на зуб и получить ту же минутную подачу при меньшей нагрузке на зуб. Осевая составляющая силы прижимает деталь к столу — выгодно для нежёстких систем.
При малом угле (10–17°) стружка становится настолько тонкой, что подачу на зуб можно существенно увеличить. При этом почти вся сила направлена вдоль шпинделя — радиальная составляющая минимальна. Это критично при работе с большим вылетом инструмента или на нежёстких станках. Конкретные допустимые значения fz, ap и вылета определяются по каталогу конкретной системы HFM (высокоподачного фрезерования) и возможностям станка.
4. Концевые фрезы — универсальный инструмент для ОЦ
Концевые фрезы по металлу — основной инструмент для обрабатывающих центров. Работают боковой поверхностью и торцом, способны обрабатывать пазы, карманы, контуры, уступы и сложные 3D-поверхности. Крепятся хвостовиком в патроне шпинделя.
4.1. Классификация по форме торца
- Плоский торец (flat end mill) — прямоугольный угол между торцом и боковой поверхностью. Для 2D-контуров, пазов, уступов, плоских карманов.
- Сферический торец (ball nose) — полусфера на конце. Для 3D-обработки пресс-форм, штампов, сложных поверхностей. Обеспечивает плавные переходы.
- Тороидальный / со скругленным углом (bull nose / corner radius) — плоский торец со скруглением на углу. Радиус упрочняет угол (самое слабое место), снижает концентрацию напряжений. Для черновой 3D-обработки, высокоподачных стратегий.
- Фасочная — конический торец для снятия фасок.
- Т-образная — для Т-пазов.
- «Ласточкин хвост» — для соответствующих пазов (см. раздел 10).
- «Ёлочка» (Christmas tree) — для профиля хвостовиков турбинных лопаток.
- Линзовая (lens shape) — овальный профиль для финишной обработки поверхностей с большим шагом строчки.
4.2. По материалу и конструкции
- Цельные твердосплавные (ЦТС) — малые и средние диаметры (ориентировочно от долей мм до 25 мм). Максимальная жёсткость, точность, возможность работы на высоких Vc. Основной выбор для станков с ЧПУ.
- Цельные HSS — бюджетный вариант для универсальных станков, ручных подач, неответственных операций.
- Сборные с СМП — диаметры от 16 мм и выше. Экономичны в серии за счёт замены пластин. Менее жёсткие, чем монолит.
- Модульные — сменная твердосплавная головка на стальном хвостовике. Точность цельной фрезы, экономичность сборной. Хвостовик служит годами.
4.3. Число зубьев и влияние на процесс
| Число зубьев (z) | Объём канавки | Рекомендуемое применение |
|---|---|---|
| 2 | Максимальный | Пазы (полное погружение ae = Dc), алюминий, мягкие сплавы. Максимальный стружкоотвод |
| 3 | Большой | Универсальное решение: пазы, контуры, алюминий, мягкая сталь |
| 4 | Средний | Чистовая сталь, нержавейка, контурная обработка (ae < 50 % Dc) |
| 5–7 | Малый | Финишная обработка, нержавейка, титан, жаропрочные. Высокоподачные стратегии |
| 8+ | Минимальный | Суперфинишная, высокоскоростная обработка |
Неравномерный (переменный) шаг зубьев — разные угловые расстояния между зубьями. Разбивает гармоники и подавляет вибрации. Особенно эффективен на длинных вылетах и при обработке склонных к вибрациям материалов (титан, нержавейка).
4.4. Угол наклона спирали
Угол спирали фрезы определяет характер входа зуба в материал, направление сил и качество обработки. Общие тенденции:
- Более пологая спираль (~30°) — чаще используется для конструкционных сталей, чугуна. Баланс между осевой и радиальной составляющими сил.
- Средняя спираль (~40–45°) — для нержавейки, титана. Более плавный вход, меньшие радиальные силы, лучший отвод стружки из зоны резания.
- Крутая спираль (~50° и выше) — для тонкостенных деталей, алюминиевых авиационных конструкций. Минимальная радиальная сила снижает деформацию стенки.
Конкретные значения углов подбирают по каталогу производителя фрезы с учётом операции, материала и стратегии обработки.
4.5. Длина рабочей части
- Короткие (stub, short) — максимальная жёсткость, минимальные вибрации. Первый выбор, если глубина обработки позволяет.
- Стандартные — рабочая длина ≈ 2,5–3 × Dc.
- Длинные (long) — для глубоких карманов. Рабочая длина до 4–5 × Dc.
- С удлинённой шейкой (reach/neck) — шейка тоньше рабочего диаметра, позволяет достать глубокие участки без контакта нерабочей части с заготовкой.
Всегда используйте минимально возможный вылет инструмента. При увеличении вылета жёсткость системы падает резко — для консольных участков порядка кубической зависимости от длины. Поэтому часто уже небольшое увеличение вылета заметно повышает вибрации и снижает стойкость. Режимы и стратегию нужно корректировать по фактической виброустойчивости.
| Число зубьев | Угол спирали | Длина | Рекомендуемое применение |
|---|---|---|---|
| 2, спираль ~30° | Короткая | Пазы в стали, чугуне | |
| 3, спираль ~40° | Стандартная | Универсальная обработка нержавейки | |
| 3, спираль ~45° | С удлинённой шейкой | Глубокие карманы в титане | |
| 4, спираль ~30° | Короткая | Чистовая контурная обработка стали | |
| 5, спираль ~40°, переменный шаг | Стандартная | Трохоидальное фрезерование нержавейки | |
| 2, спираль ~55° | Длинная | Тонкостенные алюминиевые детали | |
5. Дисковые (прорезные, отрезные) фрезы
Дисковые фрезы по металлу — инструмент в форме диска, предназначенный для прорезки пазов, канавок и отрезных операций. Устанавливаются на фрезерные оправки (насадные) или имеют хвостовик (малые диаметры).
5.1. Типы дисковых фрез
- Трёхсторонние — режущие кромки расположены на периферии и обоих торцах. Фрезеруют пазы с точными размерами по ширине. Бывают цельные (HSS) и сборные с СМП.
- Пазовые — режущие зубья только на периферии. Ширина паза равна ширине фрезы. Используются для неглубоких пазов и прорезей.
- Отрезные (прорезные) — тонкие дисковые фрезы (ширина от 0,5 мм). Для разрезания заготовок и прорезки узких щелей. Сборные варианты с СМП экономичнее при больших объёмах.
5.2. Конструктивные особенности
Диаметр определяет глубину прорезки: максимальная глубина ≈ (Dc − d) / 2, где d — диаметр посадочного отверстия.
Ширина — критический размер. Для отрезных фрез минимальная ширина ограничена жёсткостью: слишком тонкий диск вибрирует и ломается.
Число зубьев: мелкозубые — для вязких материалов (сталь), крупнозубые — для чугуна и алюминия. Чем больше зубьев, тем выше минутная подача, но тем хуже стружкоотвод.
6. Фрезы для обработки уступов (90°)
Обработка уступов требует строго прямого угла (90°) между горизонтальной и вертикальной поверхностью. Торцевая фреза с углом в плане 45° для этой задачи не подходит — она оставит наклонную поверхность.
Сборные фрезы с квадратными или прямоугольными пластинами с углом κr = 90° — основной промышленный инструмент. Пластина имеет главную кромку на длинной стороне и вспомогательную на короткой, обеспечивая одновременную обработку дна и стенки уступа.
Цельные твердосплавные концевые фрезы с плоским торцом также обеспечивают угол 90° и применяются для уступов малой ширины на обрабатывающих центрах.
При выборе фрезы для уступов важна точность позиционирования пластины в корпусе. Отклонение угла хотя бы на 0,5° даёт видимый скос на высоте уступа 20 мм.
7. Угловые и фасочные фрезы
Угловые фрезы
- Одноугловые — режущие кромки расположены на конической поверхности и торце. Для обработки V-образных канавок с одной стороны, угловых скосов.
- Двухугловые — режущие кромки на двух конических поверхностях, сходящихся к периферии. Для симметричных угловых канавок, обработки стружкоотводных канавок на свёрлах и метчиках.
Фасочные фрезы
Концевые фрезы с конической рабочей частью для снятия фасок. Стандартные углы: 15°, 30°, 45°, 60°. Выпускаются в цельном и сборном исполнении.
Фрезы для обратных фасок — специальная конструкция: через отверстие вводится прямой хвостовик, а режущая часть расположена «вверх ногами» и обрабатывает фаску на нижней кромке отверстия. Экономит переустанов.
8. Фасонные фрезы
Фасонные фрезы формируют сложный криволинейный профиль за один проход. Профиль режущей кромки является зеркальным отражением обрабатываемой поверхности.
Основные типы:
- Полукруглые выпуклые — для вогнутых галтелей (радиусных переходов).
- Полукруглые вогнутые — для выпуклых полукруглых профилей.
- Под заказной профиль — изготавливаются по чертежу заказчика. Применяются в серийном производстве деталей со сложным постоянным сечением (багет, штапик, специальные направляющие).
Для единичного производства сложных 3D-профилей фасонные фрезы вытеснены сферическими концевыми фрезами на станках с ЧПУ, которые формируют любой профиль строчечной обработкой по программе.
9. Шпоночные фрезы
Шпоночные фрезы предназначены для фрезерования шпоночных пазов на валах. Нормативные требования к размерам пазов и инструменту определяются соответствующими стандартами (ГОСТ на шпоночные соединения и шпоночные фрезы — уточняйте действующую редакцию).
Отличительные особенности:
- Два зуба — классический конструктив, обеспечивающий возможность осевого врезания (plunge) в начале паза. Фреза работает как сверло, погружаясь в материал, а затем перемещается вдоль оси вала.
- Точный диаметр — шпоночная фреза должна соответствовать ширине шпоночного паза. Типоразмерный ряд определяется стандартом.
- Режущие кромки на торце — выходят к центру, что позволяет врезаться осевой подачей.
Изготавливаются из HSS и из твёрдого сплава. Твердосплавные шпоночные фрезы обеспечивают более точный размер и лучшую чистоту поверхности боковых стенок паза.
10. Фрезы для Т-образных пазов и типа «ласточкин хвост»
Т-образные фрезы
Используются для фрезерования Т-образных пазов на столах станков, в приспособлениях и корпусных деталях. Конструктивно представляют собой дисковую фрезу малого диаметра, насаженную на хвостовик. Обработка выполняется в два этапа: сначала прямоугольный паз (концевой фрезой), затем — поднутрение Т-образной фрезой.
Фрезы «ласточкин хвост»
Для пазов трапецеидального сечения. Угол обычно 45° или 60°. Рабочая часть — усечённый конус с зубьями на конической поверхности и торце. Применяются для направляющих, замковых соединений, крепления вкладышей.
Обе разновидности — специализированный инструмент. При нечастом использовании достаточно HSS-исполнения. Для серийного производства целесообразны твердосплавные варианты.
11. Резьбовые фрезы
Резьбовые фрезы по металлу нарезают резьбу методом круговой интерполяции на станках с ЧПУ, поддерживающих круговую интерполяцию и согласованное перемещение по оси Z. Это альтернатива метчикам и плашкам с рядом существенных преимуществ.
11.1. Принцип работы и преимущества
Фреза вводится в отверстие (или подводится к наружной поверхности), совершает один полный оборот по спирали (круговая интерполяция + осевая подача на шаг за оборот) и выводится. За один оборот формируется полная резьба.
Преимущества перед метчиком
- Один инструмент — разные диаметры резьбы с одинаковым шагом (в пределах геометрических ограничений инструмента)
- Нет риска заклинивания и поломки в глухом отверстии
- Контроль размера резьбы через коррекцию радиуса в программе
- Меньший крутящий момент — можно нарезать резьбу в больших диаметрах на станках с малым шпинделем
- Для труднообрабатываемых материалов (нержавейка, титан, жаропрочные) резьбофрезерование часто надёжнее
Требования
- Станок должен поддерживать круговую интерполяцию
- Требуется программирование траектории
- Цикл обработки дольше, чем нарезание метчиком
- Первоначальная стоимость фрезы выше метчика
11.2. Типы резьбовых фрез
- Гребенчатые (многозубые) — несколько «зубьев-ниток» по длине инструмента. Нарезают всю глубину резьбы за один оборот. Высокая производительность, но привязаны к конкретному шагу.
- Однозубые — один профиль резьбы на конце. Универсальны по шагу (меняется осевая подача в программе), но требуют нескольких оборотов для полной резьбы. Это специальный тип фрезерного инструмента, не противоречащий общему определению фрезы.
- Для внутренней/наружной резьбы — отличаются диаметром и направлением интерполяции.
- Комбинированные (сверло-резьбофреза) — сверлят отверстие и нарезают резьбу за одну операцию. Экономят время и позицию в магазине инструментов.
12. Фрезы для высокопроизводительных стратегий
Современные фрезы для ЧПУ станка проектируются под конкретные стратегии обработки. Использование обычной фрезы в высокопроизводительной стратегии (и наоборот) ведёт к потере эффективности или поломке.
12.1. Высокоподачное фрезерование (HFM / High Feed Milling)
Высокоподачное фрезерование — стратегия черновой обработки, при которой используются фрезы с малым углом в плане (κr = 10–17°). Малый угол делает стружку очень тонкой даже при высокой подаче на зуб.
Преобладающая осевая сила
Стабильность даже на больших вылетах — почти вся сила направлена вдоль шпинделя
Высокая минутная подача
Малая глубина резания ap компенсируется значительным увеличением fz
Экономическая эффективность
Обдирка крупных полостей, обработка поковок и отливок
Конкретные допустимые значения fz, ap, предельный вылет и ожидаемые подачи определяются по каталогу конкретной HFM-системы с учётом материала, диаметра, числа зубьев и мощности станка.
Фрезы HFM бывают сборные с СМП (круглые, треугольные, специальные пластины с малым углом) и цельные твердосплавные (тороидальные с большим радиусом).
12.2. Фрезы для трохоидального (динамического) фрезерования
Трохоидальное фрезерование — стратегия, при которой фреза движется по трохоидальной траектории: малая радиальная ширина ae, но повышенная осевая глубина ap. Постоянный угол обхвата обеспечивает стабильную нагрузку на зуб. Конкретные ae/ap и ожидаемый выигрыш по производительности зависят от материала, станка и инструмента — применимость и расчёт ведутся через CAM-систему и каталог производителя.
Требования к фрезам:
- Прочный сердечник — увеличенный диаметр ядра для жёсткости при глубоком погружении.
- Эффективный стружкоотвод — специальная геометрия канавок, предотвращающая пакетирование стружки.
- Переменный шаг и/или переменный угол спирали — подавление вибраций при полной глубине.
- 5–7 зубьев — для высокой минутной подачи при малой нагрузке на зуб.
12.3. Высокоскоростная обработка (HSM / High Speed Machining)
HSM использует малые ap и ae при высоких оборотах шпинделя (десятки тысяч об/мин). Тонкая стружка, высокая скорость резания Vc, малые силы. Применяется для чистовой и получистовой обработки пресс-форм и штампов.
Требования к фрезам:
- Высокая балансировка — дисбаланс при высоких оборотах создаёт разрушительные центробежные силы.
- Безопасность от разрушения — цельная конструкция предпочтительна. Сборные фрезы проходят сертификацию на безопасные обороты.
- Короткий вылет и термозажим — для минимального биения.
Перед работой на высоких оборотах обязательно проверяйте паспортные ограничения по максимальным оборотам фрезы и державки, требования по балансировке и монтажу. Не превышайте значения, указанные производителем. Используйте штатные защитные ограждения станка.
12.4. Плунжерное (врезное) фрезерование
Фреза работает осевой подачей (как сверло), затем смещается и снова погружается. Стратегия для глубоких полостей и узких карманов, где длинный вылет концевой фрезы вызвал бы критические вибрации. Осевая подача нагружает шпиндель вдоль оси — наиболее жёсткое направление.
13. Фрезы для специальных материалов
Выбор фрезы определяется обрабатываемым материалом не в меньшей степени, чем типом операции. Ниже — ключевые особенности подбора фрез для наиболее распространённых групп материалов.
Все значения скоростей, подач и числа зубьев приведены как ориентиры. Точные режимы назначают по каталогу производителя конкретной фрезы/пластины, с учётом марки обрабатываемого материала, жёсткости системы, вылета, наличия и типа СОЖ.
13.1. Фрезы для алюминия и цветных сплавов (группа ISO N)
Проблемы: налипание материала на кромку (наростообразование), «замазывание» канавок стружкой при недостаточном стружкоотводе, высокие скорости резания.
- 2–3 зуба — максимальное пространство под стружку.
- Полированные канавки — стружка не задерживается.
- Острые кромки с положительным передним углом.
- Большой угол спирали для тонкостенных алюминиевых деталей.
Покрытия: для алюминия чаще выбирают непокрытый полированный твёрдый сплав или покрытия, рассчитанные на снижение налипания (например, DLC, ZrN — по каталогу производителя). Покрытия семейства TiAlN/AlTiN во многих случаях дают повышенный риск налипания (содержат алюминий, провоцируют адгезию), поэтому их применимость нужно проверять по рекомендациям производителя и конкретному сплаву/СОЖ.
13.2. Фрезы для нержавеющих сталей (группа ISO M)
Проблемы: деформационное упрочнение при малой подаче, адгезионный износ, повышенная вязкость стружки.
Геометрия
4–5 зубьев, угол спирали 40–45°, переменный шаг, положительный передний угол
Покрытия
AlTiN, AlCrN — высокая термостойкость, сохранение свойств при нагреве
Режимы
Избегать слишком малых fz, попутное фрезерование, обильная СОЖ
13.3. Фрезы для титана и жаропрочных сплавов (группа ISO S)
Проблемы: крайне низкая теплопроводность (тепло остаётся в зоне резания), химическая активность с твёрдым сплавом при высоких температурах, склонность к вибрациям.
- 5–7 зубьев — распределение тепловой нагрузки на большее число кромок.
- Неравномерный шаг и переменный угол спирали — для подавления вибраций.
- Усиленное ядро (увеличенный диаметр сердечника) — жёсткость.
- Геометрия подбирается по каталогу производителя с учётом баланса прочности кромки и снижения сил резания.
Покрытия: семейства TiAlN/AlTiN и TiAlSiN — высокая термостойкость. Конкретное покрытие — по рекомендации производителя.
Режимы: скорости резания ниже, чем для стали; обильная подача СОЖ. Точные значения — по каталогу.
13.4. Фрезы для закалённых сталей (группа ISO H)
- Малый угол спирали — максимальная жёсткость кромки.
- Радиус на углу — для предотвращения скалывания.
- Фаска на кромке (hone) — упрочняет лезвие. Размер фаски — по каталогу производителя.
- 4–6 зубьев.
Покрытия: TiAlSiN, AlCrN и другие высокотвёрдые покрытия — по каталогу производителя.
Режимы: малые ap и ae, скорости резания выше, чем для незакалённых сталей, сухая обработка или воздух с масляным туманом (MQL — минимальное количество смазки). Точные значения — по каталогу.
13.5. Фрезы для чугуна (группа ISO K)
Проблемы: абразивный износ (включения графита и цементита), хрупкая стружка (пыль), обычно работа без СОЖ.
Материалы фрез:
- K-группа твёрдого сплава — основной выбор.
- Керамика (Si₃N₄, SiAlON) — для серого чугуна при высоких скоростях, строго по рекомендациям производителя.
- CBN — финишная обработка закалённого чугуна.
Покрытия: TiCN, TiAlN и другие износостойкие покрытия. Без СОЖ — покрытие должно служить термобарьером. Конкретный выбор — по каталогу.
Сводная таблица подбора фрез по обрабатываемому материалу
| Материал | Группа ISO | Материал фрезы | Число зубьев | Покрытие (типичное) | Vc — ориентир |
|---|---|---|---|---|---|
| Конструкционная сталь | P | Твёрдый сплав | 3–4 | TiAlN | Средние–высокие |
| Нержавеющая сталь | M | Твёрдый сплав | 4–5 | AlTiN, AlCrN | Средние |
| Чугун серый | K | Твёрдый сплав, керамика | 4–8 | TiCN, TiAlN | Средние–высокие |
| Алюминий (деформ.) | N | Твёрдый сплав (непокрытый или DLC) | 2–3 | Без покр., DLC | Высокие–очень высокие |
| Титан Ti6Al4V | S | Твёрдый сплав | 5–7 | AlTiN, TiAlSiN | Низкие |
| Жаропрочные (Inconel) | S | Твёрдый сплав, керамика | 5–7 | AlTiN, TiAlSiN | Низкие |
| Закалённая сталь HRC 45+ | H | Твёрдый сплав мелкозерн. | 4–6 | TiAlSiN, AlCrN | Средние (при малых ap/ae) |
14. Покрытия фрез: краткий практический обзор
Покрытия фрез наносятся методами PVD (физическое осаждение) или CVD (химическое осаждение). Покрытие повышает твёрдость поверхности, снижает трение и служит термобарьером. Конкретные характеристики (толщина, рабочая температура, твёрдость) зависят от состава покрытия и технологии конкретного производителя — ориентируйтесь на паспортные данные.
| Покрытие | Для каких материалов / условий | Практические особенности |
|---|---|---|
| Без покрытия | Алюминий, медь, пластики | Полированная поверхность, минимальное налипание |
| TiN | Стали общего назначения, универсальное | Широко распространённое, базовый уровень |
| TiCN | Абразивные материалы, чугун | Повышенная износостойкость |
| TiAlN | Сталь, нержавейка, сухая обработка | Высокая термостойкость |
| AlTiN | Нержавейка, жаропрочные, сухая обработка | Ещё более высокая термостойкость |
| AlCrN | Жаропрочные, закалённые, сухая обработка | Хорошая стойкость к окислению |
| TiAlSiN (nACo и аналоги) | Титан, закалённые стали | Максимальная термостойкость в линейках PVD |
| DLC | Алюминий, графит, медь | Очень низкое трение, снижение налипания |
| CVD-алмаз | Композиты, графит, высококремнистый Al | Экстремальная износостойкость |
- Для алюминия — без покрытия или DLC. Покрытия с алюминием в составе (TiAlN, AlTiN) могут провоцировать налипание — уточняйте по каталогу.
- Для стали на ЧПУ — часто применяют покрытия семейства TiAlN/AlTiN, но окончательный выбор зависит от материала, СОЖ и стратегии обработки — сверяйтесь с каталогом.
- Для нержавейки — AlTiN или AlCrN. Высокие температуры в зоне резания требуют термостойкого покрытия.
- При подаче СОЖ — возможны термошоки (циклический нагрев-охлаждение). Покрытие и режимы выбирайте по каталогу с учётом этого фактора.
- Для сухой обработки — покрытия с максимальным термобарьером (AlCrN, TiAlSiN и аналоги).
15. Оснастка для крепления фрез: влияние на результат
Качество оснастки напрямую определяет стойкость фрезы и качество обработки. Биение (TIR — суммарное радиальное биение) приводит к неравномерной нагрузке зубьев: один зуб перегружается и изнашивается быстрее, остальные недогружены — инструмент работает неэффективно. Чем выше биение, тем короче срок службы фрезы.
Примечание: фактическое TIR зависит от состояния конуса, цанги/патрона и длины вылета. Сравнивайте значения при одинаковых условиях измерения. Допустимые значения TIR и влияние на стойкость определяйте по паспорту держателя и рекомендациям производителя инструмента.
15.1. Типы патронов для концевых фрез
| Тип патрона | Биение TIR | Жёсткость | Передаваемый момент | Цена | Основное применение |
|---|---|---|---|---|---|
| Цанговый (ER) | Среднее | Средняя | Средний | Низкая | Универсальный, широкий диапазон Dc |
| Weldon / Whistle-Notch | Среднее–повышенное | Высокая | Высокий (винт) | Низкая | Черновая, тяжёлые условия, защита от проворота |
| Термопатрон (Shrink Fit) | Малое | Максимальная | Высокий | Высокая | HSM, чистовая, малые диаметры, минимальный габарит |
| Гидропатрон | Малое | Высокая | Средний–высокий | Высокая | Чистовая, развёртывание, демпфирование вибраций |
| Силовой цанговый (Milling Chuck) | Умеренное | Высокая | Высокий | Средняя | Фрезерование, разумный компромисс |
Оправки для насадных фрез: стандартные фрезерные оправки с продольной шпонкой и затяжной гайкой. Выбираются по типу конуса шпинделя (например, ISO, BT, HSK — по паспорту станка) и диаметру посадочного отверстия фрезы.
При закупке нового фрезерного инструмента стоит сразу комплектовать его оснасткой — патронами и оправками. Это исключает простой станка из-за несовместимости. Мы подбираем оснастку под конкретные фрезы и шпиндель станка, поставляя комплект в одной отгрузке.
16. Практический алгоритм подбора фрезы: от задачи к каталогу
Подбор фрезерного инструмента — это последовательность логических шагов. Пропуск любого из них приводит к неоптимальному решению.
Пошаговый чек-лист подбора фрезы
Определить операцию
Что обрабатываем: плоскость, паз, уступ, 3D-карман, резьбу, фаску? Ответ определяет тип фрезы.
Определить материал
Сталь (P), нержавейка (M), чугун (K), алюминий (N), жаропрочные (S), закалённые (H). Это определяет материал фрезы, покрытие и диапазон режимов.
Характер обработки
Черновая (максимальный съём) или чистовая (качество поверхности и размер). Влияет на геометрию, число зубьев, допуски.
Конструктивные ограничения
Глубина кармана, ширина паза, радиусы скруглений, доступность зоны обработки. Определяет длину и диаметр фрезы.
Выбрать тип фрезы
По результатам шагов 1–4 выбираем из классификации (торцевая, концевая, дисковая и т.д.).
Выбрать конструкцию
Цельная твердосплавная или сборная с СМП? Для малых диаметров — цельная. Для больших в серии — сборная.
Выбрать диаметр
Определяется шириной обработки, требуемой производительностью, мощностью шпинделя.
Выбрать число зубьев
По материалу и соотношению ae/Dc (см. таблицу в разделе 4.3).
Выбрать покрытие
По обрабатываемому материалу и наличию/отсутствию СОЖ (см. раздел 14).
Рассчитать стартовые режимы
По каталожным данным производителя фрезы: Vc → n → fz → Vf. Скорректировать по мощности станка и жёсткости системы.
Выбрать оснастку
Патрон или оправка, соответствующие хвостовику фрезы, конусу шпинделя и требованиям по биению.
Сложная задача?
Пришлите описание детали, материал, тип станка и требуемую операцию — наши инженеры подберут фрезу, рассчитают стартовые режимы и предложат оснастку. Бесплатно.
17. Частые ошибки при выборе и эксплуатации фрез
Ошибки в подборе и применении фрезерного инструмента обходятся дорого: сломанный инструмент, испорченная деталь, потерянное машинное время. Вот наиболее распространённые:
«Большая фреза снимет больше» — не всегда. Увеличение Dc при том же вылете L снижает жёсткость системы, а при недостаточной мощности шпинделя приходится уменьшать режимы. Результат — фреза большого диаметра работает медленнее маленькой.
Покрытие с алюминием в составе → адгезия. Много зубьев (4–5) → забиваются канавки. Итог: налипание, плохая поверхность, поломка. Для алюминия нужны специализированные фрезы с 2–3 зубьями и полированными канавками.
Каждый лишний миллиметр вылета — это вибрации, волнистость поверхности, сколы на кромках. Правило: используйте минимально возможный вылет. Если нужен больший вылет — переходите на фрезы с удлинённой шейкой и трохоидальную стратегию.
Двухзубая фреза на чистовой обработке чугуна — низкая подача и волнистость. Четырёхзубая в глубоком пазу алюминия — пакетирование стружки. Число зубьев подбирается по материалу и операции (раздел 4.3).
На станке с исправным приводом подач (безлюфтовая ШВП) попутное фрезерование даёт лучшую стойкость инструмента и качество поверхности. Встречное оправдано при обработке литья с абразивной коркой, поковок и при работе на станках с заметными люфтами.
Повышенное биение приводит к неравномерной нагрузке зубьев: один зуб перегружается, а противоположный почти не работает. Стойкость падает в разы. Для чистовой обработки и HSM стремитесь к минимально достижимому TIR — используйте термо- или гидропатроны.
При диаметрах от 16 мм цельная твердосплавная фреза стоит значительно дороже сборной, а стоимость одной режущей кромки СМП — в разы ниже. В серии и крупной серии сборная фреза с СМП экономически эффективнее.
Тупая кромка не режет, а давит — растут силы, температура, деформируется поверхность. Деталь уходит из допуска, шпиндель испытывает перегрузку. Контролируйте износ по фаске задней поверхности (VB) и качеству поверхности.
При фрезеровании жаропрочных сплавов СОЖ критически необходима. Но при обработке чугуна (сухая пыль) или при HSM стали подача СОЖ может вызывать термоудары (циклический нагрев-охлаждение), растрескивание пластин и снижение стойкости. Альтернатива — сухая обработка, масляный туман (MQL), воздушное охлаждение.
18. Обзор ведущих производителей фрезерного инструмента
Выбор производителя определяется бюджетом, доступностью в регионе и задачами. Ниже — основные бренды, представленные на российском рынке. Серии и линейки могут обновляться — актуальный ассортимент уточняйте по каталогам производителей.
| Производитель | Ценовой сегмент | Сильные стороны |
|---|---|---|
| Sandvik Coromant (Швеция) | Премиум | Полный ассортимент, каталожная поддержка, цифровые сервисы подбора |
| Iscar (Израиль) | Премиум | Инновационная геометрия, модульные системы |
| Kennametal (США) | Премиум | Тяжёлая черновая обработка, материалы |
| Mitsubishi Materials (Япония) | Премиум | Точность, покрытия, обработка закалённых |
| Walter (Германия) | Верхний средний | Протяжные, резьбовые, титан |
| Seco Tools (Швеция) | Верхний средний | Широкий ассортимент СМП, чистовая |
| OSG (Япония) | Средний–верхний | Цельные ТС фрезы, метчики, свёрла |
| Dormer Pramet (Великобритания/Чехия) | Средний | Баланс цена/качество, HSS и ТС |
| Tungaloy (Япония) | Средний–верхний | Пластины, модульные системы |
| Taegutec (Южная Корея) | Средний | Доступность, широкий ассортимент СМП |
| ZCC-CT (Китай) | Экономичный | Соотношение цена/ресурс, доступность |
Мы работаем с большинством перечисленных производителей и подбираем аналоги из наличия: если нужной позиции одного бренда нет на складе, предложим эквивалент другого — с совпадением по геометрии, посадке и режимам. Это сокращает срок поставки и иногда снижает стоимость. Бронирование дефицитных позиций — по запросу.
19. Три шага от задачи к результату
Выбор фрезы — это уравнение с тремя переменными: операция + материал + стратегия. Определив эти три параметра, вы сужаете выбор до конкретного типа, конструкции и геометрии.
Подобрать тип и модель фрезы
По алгоритму из раздела 16: операция → материал → конструкция → геометрия → покрытие
Рассчитать стартовые режимы
Vc, fz, ap, ae по каталожным данным производителя фрезы, скорректировать по станку и системе
Подобрать оснастку
Патрон или оправку с биением, соответствующим задаче (термо/гидро для чистовой, цанговый для универсальной)
Каждый из этих шагов детально разобран в узких статьях нашего блога — ссылки расставлены по всему тексту.
Финансовые условия закупки так же важны, как и технические параметры. Мы предлагаем лизинг, кредит и отсрочку платежа на инструмент и оснастку, работаем со спецсчетами по гособоронзаказу. Банковская гарантия обеспечивает полную финансовую безопасность сделки. Доставка по всей России — от Калининграда до Владивостока, включая удалённые промышленные площадки.
Нужна консультация по выбору фрезы?
Наши инженеры помогут подобрать оптимальный инструмент под вашу задачу
Часто задаваемые вопросы
По типу операции фрезы делятся на торцевые (обработка плоскостей), концевые (пазы, карманы, 3D), дисковые (прорезка, отрезка), угловые и фасочные, фасонные, шпоночные, резьбовые и специальные (Т-образные, «ласточкин хвост»). По конструкции — цельные (HSS и твердосплавные), напайные, сборные с СМП и модульные. Подробная классификация с таблицами — в разделах 2–11 данной статьи.
Торцевая фреза работает преимущественно торцом и предназначена для обработки больших плоскостей. Как правило, это насадные фрезы с СМП крупных диаметров. Концевая фреза крепится хвостовиком и работает как боковой поверхностью, так и торцом — это универсальный инструмент для пазов, уступов, контуров и 3D-обработки. Диаметры концевых фрез обычно меньше, чем торцевых.
Зависит от задачи. Цельная ТС — для малых диаметров, высокоточной обработки, HSM, чистовой. Сборная с СМП — для диаметров от 16 мм, серийного производства, черновой обработки. Стоимость одной режущей кромки СМП значительно ниже стоимости переточки или замены цельной фрезы. Модульные фрезы со сменными головками — компромисс, сочетающий точность цельной и экономичность сборной.
По материалу и операции: 2 зуба — пазы в алюминии и мягких сплавах (максимальное пространство под стружку); 3 зуба — универсальный вариант для пазов и контуров в стали; 4 зуба — чистовая обработка стали и контурное фрезерование (ae < 50 % Dc); 5–7 зубьев — нержавейка, титан, финишная обработка и трохоидальные стратегии. Подробная таблица — в разделе 4.3.
Общие тенденции: для конструкционных сталей и чугуна чаще применяют более пологую спираль, для нержавейки и титана — более крутую (плавный рез, меньше вибраций), для тонкостенных деталей — ещё более крутую (минимальная радиальная сила, снижение деформации стенки). Конкретные углы — по каталогу производителя.
Фрезы для алюминия отличаются от «стальных»: 2–3 зуба с большими полированными канавками, острые кромки с положительным передним углом, без покрытия или с DLC/ZrN. Покрытия с алюминием в составе (TiAlN/AlTiN) могут вызывать налипание — уточняйте по каталогу. Скорости резания высокие (значительно выше, чем для стали). Подробнее — раздел 13.1.
Твёрдый сплав значительно тверже HSS, держит скорости резания в несколько раз выше, но более хрупок — чувствителен к ударам и вибрациям. HSS — дешевле, прочнее на удар, легче затачивается, но быстро тупится на высоких Vc и не раскрывает потенциал современных ЧПУ-станков, рассчитанных на скоростную обработку. Выбор определяется типом станка, обрабатываемым материалом и бюджетом.
Критически. Повышенное биение патрона приводит к неравномерной нагрузке зубьев: один зуб перегружен, остальные недогружены. Перегруженный зуб изнашивается значительно быстрее, определяя общую стойкость инструмента. Для чистовой и высокоскоростной обработки рекомендуются термо- или гидропатроны с минимальным биением. Для черновой — силовые цанговые или Weldon. Подробнее — раздел 15.
