История регулируемых фрез
Эволюция конструкций
Конструкции регулируемых фрез известны довольно давно. Но это не значит, что они устарели. Наоборот — совершенствуются постоянно.
Регулируемая фреза — это инструмент, который позволяет точно настраивать положение режущих пластин. Зачем? Для достижения идеальной геометрии обработки. Без регулировки добиться точности сложно — всегда есть погрешности изготовления корпуса, биения.
Сегодня подобный инструмент есть в ассортименте большинства ведущих производителей. Sandvik, Widia, Kennametal — все делают регулируемые фрезы. Спрос есть.
Фреза Heinlein: трехосевая регулировка
Немецкая точность и унификация
Рассмотрим подробно торцевую регулируемую по трем осям фрезу фирмы Heinlein (вошла в Widia GmbH, Германия). Конструкция заслуживает внимания — продумана до мелочей.
Фреза состоит из корпуса 1, в котором установлены унифицированные базовые кассеты 2. Они зажимаются в корпусе клином 11 с помощью винта 12. Просто и надежно.
Величина торцового биения кассет 2 в сборе регулируется с помощью клинового механизма 4 винтом 5. Величина радиального биения кассет 2 в сборе регулируется с помощью клинового механизма 6 винтом 7.
Три оси регулировки — это серьезно. Торцовое биение, радиальное биение, положение пластины. Все под контролем.
В базовой кассете устанавливается сменная регулируемая кассета 9 (в виде сектора). Она перемещается по радиусу относительно центра, находящегося в вершине режущей пластины 3, с помощью регулировочного винта 10. Сменная кассета закрепляется винтами 5.
Регулирование обеспечивает строго горизонтальное положение режущих кромок. Это важно для качества поверхности.
Твердосплавная пластина 3 с режущим элементом имеет тороидальное отверстие для закрепления ее винтом в сменной кассете.
Таким образом, все элементы фрез, кроме сменных кассет, унифицированы. Оснащая фрезу сменными кассетами с пластинами 3 различной геометрии и всевозможных форморазмеров, можно получить различные варианты фрез для выполнения любых операций.
Унификация — это экономия. Не нужно покупать разные фрезы под разные задачи. Одна база, разные кассеты.
Рис. 1 Торцевая регулируемая по трем осям фреза фирмы Heinlein
| Элемент регулировки | Механизм | Винт |
|---|---|---|
| Торцовое биение | Клиновой механизм 4 | Винт 5 |
| Радиальное биение | Клиновой механизм 6 | Винт 7 |
| Положение пластины | Регулировочный винт | Винт 10 |
CoroMill Century: точность Sandvik
Двухэтапная регулировка
Совершенствование регулируемых фрез продолжается. Одной из наиболее современных и точных в регулировке является торцевая фреза CoroMill Century (рис. 2), разработанная компанией Sandvik Coromant.
В корпус фрезы 1 устанавливаются режущие вставки 2. Регулировка производится в 2 этапа:
- Вначале поворотом эксцентрика 3 производится перемещение всей режущей вставки на величину до 1 мм
- Затем с помощью эксцентрика 3 перемещение режущей пластины на величину до 0,1 мм
Двухэтапная регулировка — это удобно. Грубая настройка (1 мм), потом точная (0,1 мм). Не нужно крутить туда-сюда в поисках идеала.
Sandvik Coromant — лидер рынка. Их инструменты известны качеством. CoroMill Century — флагманская модель.
Рис. 2 Торцевая фреза со сменными кассетами CoroMill Century
Эксцентриковая регулировка вылета
Принцип работы эксцентрика
На рис. 3 представлена схема регулировки величины радиального вылета ножей торцевой фрезы с помощью эксцентриковых втулок.
Эксцентрик — это гениально просто. Втулка с смещенным центром. Поворачиваешь — и положение меняется. Плавно, точно, надежно.
Величина смещения зависит от угла поворота эксцентриковой втулки и величины эксцентриситета X (рис. 4). Так при повороте втулки на 1° вершина инструмента сместится в радиальном направлении на X/90 мм.
Математика проста. Полный оборот — 360°. Но рабочий диапазон обычно меньше. Точность регулировки зависит от эксцентриситета — чем он меньше, тем точнее можно настроить.
Рис. 3 Схема регулировки радиального размера торцевой фрезы с помощью эксцентриковых втулок
Рис. 4 Схема регулировки
Наноструктурированные сверхтвердые материалы
Режущие элементы нового поколения
Сборная торце-концевая фреза с режущими элементами из наноструктурированных сверхтвердых материалов содержит цилиндрический корпус 1 с расположенными параллельно оси фрезы цилиндрическими отверстиями.
В отверстиях размещены эксцентриковые втулки 2 с возможностью поворота вокруг своей оси. По наружной поверхности эксцентриковой втулки в плоскости, перпендикулярной оси втулки, выполнена цилиндрическая проточка (в которой нарезаны зубья червячного колеса).
Проточка взаимодействует с червячным винтом 3 на стержне 4. При вращении стержня вокруг своей оси происходит вращение вокруг своей оси эксцентриковой втулки 2.
Червячная передача — это точно. Малый ход, плавное движение, фиксация положения. Идеально для регулировки.
В отверстия втулок устанавливаются выполненные в виде стержней режущие вставки 5. В головках режущих вставок находятся режущие пластины 6. Между головками и цилиндрическими стержнями выполнена резьба 7, на которую установлена регулировочная гайка 8.
Гайка 8 взаимодействует с торцевой поверхностью корпуса фрезы 9 и предназначена для осевого перемещения режущей вставки и регулировки торцевого биения вершины режущего элемента.
Для фиксации стержней с режущими вставками на противоположном от головки конце каждой режущей вставки выполнена резьба 10, на которую установлена гайка 11. Гайка 11 взаимодействует с шайбой 12, связанной с торцевой поверхностью фрезы 13.
При вращении эксцентриковой втулки 5 вокруг своей оси происходит смещение режущей вставки. Этим и достигается возможность регулировки величины радиального вылета режущих вставок фрезы.
| Элемент | Функция |
|---|---|
| Эксцентриковая втулка 2 | Регулировка радиального вылета |
| Червячный винт 3 | Поворот втулки |
| Регулировочная гайка 8 | Осевое перемещение, торцовое биение |
| Фиксирующая гайка 11 | Крепление вставки |
| Режущая пластина 6 | Непосредственная обработка |
Патентованная конструкция и награды
Признание инноваций
На конструкцию торце-концевой фрезы с регулируемыми эксцентриковыми вставками, оснащенными СТМ, получен Патент как на полезную модель №88594.
Конструкция была награждена серебряной медалью Десятого московского салона инноваций и инвестиций за разработку инновационных конструкций режущих инструментов из СТМ.
А также серебряной медалью Тринадцатого Московского международного салона изобретателей и инновационных технологий «АРХИМЕД-2010» за разработку «Инновационные конструкции режущих инструментов из сверхтвердых материалов (СТМ)».
Две серебряные медали — это признание. Конструкция действительно инновационная.
Преимущества регулируемых фрез
Почему стоит выбрать регулируемую фрезу
Регулируемые фрезы имеют ряд преимуществ перед нерегулируемыми:
- Точность обработки — возможность компенсации погрешностей изготовления и сборки
- Универсальность — одна фреза под разные задачи за счет смены кассет и пластин
- Экономия — не нужно покупать несколько фрез разного размера
- Долговечность — при износе можно отрегулировать, а не выбрасывать
- Качество поверхности — точная настройка обеспечивает идеальную геометрию реза
- Снижение вибраций — правильное положение пластин уменьшает биение
Есть ли недостатки? Конечно. Регулируемые фрезы дороже нерегулируемых. Требуют квалификации для настройки. Но эти минусы перекрываются преимуществами.
| Преимущество | Результат |
|---|---|
| Точная регулировка | Идеальная геометрия обработки |
| Сменные кассеты | Универсальность применения |
| Компенсация износа | Продление срока службы |
| Унификация элементов | Снижение затрат |
Области применения
Где используются регулируемые фрезы
Регулируемые фрезы применяются в различных отраслях:
- Авиастроение — обработка деталей сложной формы из алюминиевых сплавов и титана
- Автомобилестроение — фрезерование корпусных деталей, блоков цилиндров
- Инструментальное производство — изготовление пресс-форм, штампов
- Энергетическое машиностроение — обработка крупногабаритных деталей турбин
- Точное машиностроение — где требуется высокая точность и качество поверхности
Особенно востребованы фрезы с наноструктурированными сверхтвердыми материалами. Они позволяют обрабатывать закаленные стали, чугуны, композиты на высоких скоростях.
Регулируемая фреза — это инструмент для профессионалов. Когда нужна точность, когда важна каждая десятая доля миллиметра. Когда нельзя допустить брака.
Гречишников Владимир Андреевич
Д.т.н. профессор, завкафедрой ИТиТФ МГТУ «Станкин»
Исаков Александр Игоревич
аспирант кафедры ИТиТФ МГТУ «Станкин»
руководитель отдела продаж по областям центрального региона компании ООО «Мир Станочника»
aisakov@mirstan.ru
Литература:
- Патент на полезную модель №88594 Сборная торце-концевая фреза с режущими элементами из наноструктурированных сверхтвердых материалов.
- «Вращающиеся инструменты» – каталог Sandvik Coromant 2011 г.
