Полное руководство по фрезерованию плеч 2025

Фрезерование плеча — это основная операция в механической обработке и производстве с ЧПУ, при которой фреза одновременно создает две отдельные поверхности на заготовке: плоское дно (или торцевую поверхность) и вертикальное плечо (ступенчатый край), как правило, под точным углом 90 градусов. Эта операция сочетает в себе элементы торцевого фрезерования (для плоской поверхности) и периферийного (бокового) фрезерования (для вертикальной стенки), что позволяет эффективно удалять материал за один проход.

Основные понятия: фрезерование лицевой стороны, боковой стороны и плеча

Чтобы выбрать правильную стратегию, необходимо понимать физику процесса резания. Основным отличительным фактором является угол наклона (Kr).) и как он разлагает режущую силу (F) на осевую (Fa) и радиальную (Fr) компоненты.

A. Физика сил

Взаимосвязь между силами резания и углом наклона регулируется следующим образом:

• Радиальная сила (Fr): Fr \approx F \times \sin(Kr) (Отвечает за отклонение/вибрацию)
• Осевая сила (Фа): Fa \approx F \times \cos(Kr) (Прижимает деталь к столу)

B. Подробная матрица сравнения

Характеристика	Фрезерная обработка торцов (45°)	Фрезерование плеча (90°)	Боковое фрезерование (0°/90°)
Угол наклона (Kr)	45° (Стандартный)	90°	0° – 90° (Зависит от Helix)
Разложение силы	Сбалансированный: ~50% радиальный, ~50% осевой	Доминирующий радиальный (~95%), Минимальный осевой	100% Радиальная сила
Коэффициент истончения стружки	0.707 (Значительное истончение)	1.00 (Без истончения при >50% Ae)	Зависит от радиальной глубины (Ae)
Вовлечение инструментов	Только нижняя поверхность	Дно + боковая стенка	Только боковая стенка (периферия)
Риск отклонения	Низкая (силы, направленные в шпиндель)	Высокий (эффект консоли)	Очень высокая (инструмент отталкивается)
Первичное применение	Высокая MRR, плоскостность	Ступени, карманы, стены 90°	Профилирование, контурирование

Детали, которые вы можете увидеть о фрезерование торцов, фрезерование уступов, профильное фрезерование и фрезерование с быстрой подачей статья.

C. Углубленный анализ

1. Фрезерная обработка торца (угол наклона 45°)

• Механизм: Угол 45° направляет режущие силы вверх в шпиндель и вниз в деталь.
• Физика микросхем: Из-за угла фактическая толщина стружки (h{ex}) меньше, чем запрограммированная подача на зуб (fz).
  • Формула: Формула: h{ex} = fz *（sin45°）≈0,7*fz
  • Последствия: Вы можете запустить скорость подачи в 1,4 раза выше чем фреза с углом 90°, чтобы достичь той же нагрузки на резец.

2. Фрезерование плеча (угол наклона 90°)

• Механизм: Силы действуют перпендикулярно оси шпинделя.
• Опасная зона: Поскольку Fr максимально увеличено, инструмент действует как консольная балка.
  • Формула отклонения: δ = Fr * L³/3*E*I
  • Последствия: Удвоение вылета инструмента (L) увеличивает прогиб в 8 раз. Именно поэтому для фрезерования с торцевой фрезой требуются более короткие держатели инструмента, чем для торцевого фрезерования.

3. Боковое фрезерование (периферийное фрезерование)

Коэффициент корректировки: Если Ae < 50%, скорость подачи должна быть увеличена для поддержания нагрузки на резец.

Механизм: Использует спираль флейты.

Радиальное утоньшение стружки (РКИ): Когда радиальная глубина резания (Ae) меньше 50% диаметра резака (Dc), стружка значительно истончается.

Стратегия выбора инструмента: не только диаметр

Не все инструменты с маркировкой “90°” позволяют выполнить идеальный срез под углом 90°.

A. Твердосплавные концевые фрезы

• Лучше всего подходит для: Отделка, малые диаметры (<20 мм / 0,75 дюйма), высокая точность.
• Ключ выбора:
  • Переменная спираль/шаг: Необходимо для прерывания гармонического резонанса и предотвращения дребезга.
  • Количество флейт: Используйте 2-3 канавки для алюминия (приоритет удаления стружки); 4-6 канавок для стали/нержавеющей стали (приоритет прочности сердечника).

B. Фрезы с индексируемыми пластинами

• Лучше всего подходит для: Черновая обработка, большие диаметры (>20 мм / 0,75 дюйма), интенсивное удаление материала.
• Вызов “Настоящие 90°”: Многие стандартные вставки для плеча на самом деле имеют угол резания 89,5° или небольшую конусность для защиты кончика вставки.
• Решение: Если печать требует строгой перпендикулярности, убедитесь, что вы указали “Высокоточные 90°” или “Истинные 90°” корпуса и вставки, или оставьте 0,5 мм (0,020″) запаса для твердосплавного финишера.

C. Резаки с удлиненными канавками / резаки для кукурузных початков

• Лучше всего подходит для: Глубокие плечи (глубина > 3x диаметр инструмента).
• Проблема: Высокая чувствительность к вибрации.
• Стратегия: Используйте вставки с геометрией Chip Splitter для снижения режущих сил, что значительно уменьшает потребление энергии и вибрацию.

Критические технологии: подъем против традиционного фрезерования

С инженерной точки зрения, основное различие между Подъем и традиционное фрезерование заключается в коэффициенте изменения толщины чипа и связанных с этим физических свойствах плоскости сдвига.

A. Фрезерование с подъемом (фрезерование вниз) – идеальное состояние сдвига

При восходящем фрезеровании резец вращается в то же самое направление, как и подача.

• Механика образования стружки (от толстой к тонкой):
  • Зуб зацепляется за материал при максимальной толщине стружки ($h_{max}$). Это означает, что инструмент сразу же впивается в металл, мгновенно инициируя сдвиговую деформацию.
  • Нулевое трение: Поскольку фаза “наращивания” отсутствует, режущая кромка не скользит по поверхности, что эффективно устраняет упрочнение материала.
• Термодинамика:
  • Большая часть тепла, выделяющегося при резании, образуется в зоне сдвига. Поскольку стружка образуется быстро и имеет большую толщину, тепло концентрируется внутри самой стружки и выделяется наружу. Заготовка и инструмент остаются относительно холодными.
• Анализ вектора силы:
  • Вертикальная составляющая режущей силы направлена вниз. Это прижимает заготовку к столу или зажимному приспособлению (повышая жесткость системы) и гасит вибрацию при обработке тонких пластин.
• Режим отказа:
  • В первую очередь предсказуемый износ боковых сторон.

B. Обычное фрезерование (фрезерование вверх) – борьба с трением

При обычном фрезеровании резец вращается против направление подачи.

• Механика образования стружки (от тонкой к толстой):
  • При контакте теоретическая толщина стружки равна нулю. Инструмент не может сразу же приступить к резке; вместо этого он проходит фазу Растирание и Пахота.
  • Критическая толщина: Настоящее сдвигание начинается только после того, как накопленное давление превышает предел текучести материала. До этого момента материал подвергается интенсивному сжатию и трению.
• Термодинамическая катастрофа:
  • Фаза трения генерирует чрезвычайно высокую теплоту трения. Это тепло передается непосредственно на поверхность заготовки (вызывая тепловую деформацию) и на режущую кромку инструмента (ускоряя износ).
  • Упрочнение при деформации: В случае нержавеющей стали и суперсплавов эффект трения мгновенно упрочняет поверхностный слой, заставляя следующий зуб резать более твердый материал — замкнутый круг.
• Анализ вектора силы:
  • Точки вертикальной составляющей силы вверх, пытаясь поднять заготовку со стола. Это требует исключительной силы зажима.

C. Матрица решений: когда можно нарушить правило?

Хотя для фрезерования плеча 95% следует использовать восходящее фрезерование, в определенных инженерных сценариях требуется применение традиционного фрезерования:

Сценарий	Физика / Разум	Рекомендуемая стратегия
Чугун / Кузнечные весы	Фрезерование с подъемом заставляет кромку сильно ударяться о твердую абразивную окалину. Обычный позволяет инструменту резать мягкую внутреннюю матрицу наружу, срывая весы.	Используйте «Обычный» для черновой обработки
Обратный ход (ручные станки)	На станках без шариковых винтов при подъеме фрезы стол втягивается в режущий инструмент, что приводит к непредсказуемой подаче и поломке. Обычный обеспечивает сопротивление для устранения люфта.	Необходимо использовать традиционные методы
Коррекция тонких стенок	Силы подъема отталкивают инструмент (увеличивая толщину стенки); обычные силы притягивают инструмент (подрезая).	Альтернативные проходы Climb/Conv для уравновешивания отклонения.

Стратегии входа

Хватит нырять! Никогда не опускайте стандартную фрезу с плечом прямо вниз, как сверло. Это разрушает нижние края.

• Рампинг: Входите под углом 3°-5° вдоль прорезанного пути.
• Спиральная интерполяция: Лучший метод для открытия карманов или создания стартовых отверстий.

Динамическое руководство по фрезерованию

Для глубоких плеч (например, глубина 30 мм, ширина 15 мм) традиционная стратегия заключается в выполнении нескольких проходов с небольшой глубиной (например, 3 мм за проход). Этот метод неэффективен и использует только часть режущей кромки инструмента.

Современный инженерный стандарт — это Трохоидальное / динамическое фрезерование.

A. Почему традиционное фрезерование плеч не работает в углах

Когда инструмент движется по прямой линии к внутреннему углу 90°:

1. Угол зацепления: Угол контакта между инструментом и материалом мгновенно увеличивается с 50% (90 градусов) до 100% (180 градусов).
2. Перегрузка: Усилие резания удваивается, вызывая сильную дребезжание и вибрацию.
3. Тепловая ловушка: Охлаждающая жидкость не может проникнуть в угол, и стружка застревает, что приводит к катастрофическому разрушению кромки.

B. Основная логика динамического фрезерования

Динамическое фрезерование использует алгоритмы для постоянной корректировки траектории инструмента (часто спиральные или шелушащие движения) с целью поддержания постоянного угла зацепления.

• Низкий Ae (ширина): Всегда поддерживает минимальную радиальную глубину (обычно 5-10%).
• Высокая Ap (глубина): Использует 200%-300% диаметра инструмента, используя всю длину канавки твердосплавных концевых фрез.
• Результат: Постоянная нагрузка на инструмент и быстрый отвод тепла позволяют достигать невероятных скоростей подачи.

C. Практическое руководство по настройке CAM (пошаговое)

Руководство по настройке для Mastercam (динамическая), Fusion 360 (адаптивная очистка) или NX (адаптивное фрезерование):

Шаг 1: Максимизируйте осевую глубину резания (Ap)

• Настройка: Установить на 90% – 95% длины канавки инструмента.
• Причина: Равномерно распределяет износ по всей режущей кромке, а не концентрирует его на конце.

Шаг 2: Оптимизация радиальной ширины реза (Ae – оптимальная нагрузка)

• Настройка: Установить на 8% – 12% диаметра инструмента (сталь) или 15% – 20% (Алюминий).
• Предупреждение: Не превышайте 25%, иначе эффект радиального утоньчения стружки уменьшится, а тепловыделение резко возрастет.

Шаг 3: Рассчитайте компенсацию скорости подачи. Это самый недооцененный, но при этом критически важный этап динамического фрезерования. Поскольку радиальная ширина реза ($Ae$) минимальна, фактическая толщина стружки становится намного меньше, чем запрограммированная подача, из-за радиального утончения стружки (RCT). Если это не компенсировать, инструмент будет “тереть”, а не “резать”.

Основная формула

• Определение переменной:
  • F（новый） (Компенсированная скорость подачи): Фактическая скорость подачи, которую вы вводите в ЧПУ или CAM (мм/мин или мм/z).
  • F (нормальный) (Стандартная скорость подачи): Первоначальная подача на зуб, рекомендованная производителем для данного материала (мм/з). Например, 0,05 мм/з.
  • Ae (Радиальная ширина/шаг): Величина бокового перешагивания, установленная в шаге 2 (мм).
  • Dc (Диаметр инструмента): Номинальный диаметр резака (мм).
• Пример расчета:
  • Сценарий: Обработка нержавеющей стали с помощью концевой фрезы φ12 мм.
  • Рекомендации производителя (Нормальный): 0,05 мм/з.
  • Настройка перешагивания (Ae): 0,6 мм (диаметр 5%).
  • Этапы расчета:
    1. Рассчитать радиальное соотношение (Ae/Dc): 0,6 / 12 = 0,05
    2. Рассчитать коэффициент разрежения (√0,05) ≈0,2236
    3. Применить формулу: （√0,05）≈0,2236
  • Окончательный результат (F-новый): Вы должны запрограммировать 0,22 мм/з, а не 0,05 мм/з.
  • Заключение: Скорость подачи увеличивается на 4,4x, но инструмент по-прежнему испытывает безопасную нагрузку стружки 0,05 мм.

Шаг 4: Установите минимальный трохоидальный радиус

• Настройка: Установить на 10% – 20% диаметра инструмента.
• Причина: Предотвращает резкие движения инструмента “стоп-поворот” в углах, обеспечивая плавное движение машины.

Шаг 5: Микроподъемы

• Настройка: Установите 0,2 мм – 0,5 мм подъем на нережущих обратных движениях.
• Причина: Предотвращает скольжение нижней части инструмента по готовому полу во время втягивания, устраняя накопление тепла.

Избегание “несоответствующих” строк

Когда плечо глубже, чем длина вашей фрезы (например, глубина 100 мм), и вам необходимо выполнить несколько проходов по глубине:

Конические стенки: Оставьте небольшой конус при черновой обработке и выполните окончательную проходку на всю глубину, чтобы выпрямить стенку.

Перекрытие стен: Установите в CAM перекрытие 0,5 мм, чтобы смешать два прохода по глубине.

Руководство по устранению неисправностей

“Золотые правила” решения проблем на производстве.

Проблема	Возможная причина	Решение
Вибрация / Дрожание	1. Чрезмерный свес 2. Некачественное закрепление заготовки 3. Ae (ширина) слишком велика	1. Используйте концевые фрезы с переменной спиралью 2. Проверить баланс 3. Уменьшите число оборотов, увеличьте подачу (добавляет демпфирование)
Ступени/несоответствие на стене	1. Отклонение инструмента 2. Ошибка вставки сиденья	1. Добавьте “весенний пропуск” (без сокращения запасов). 2. Проверьте биение шпинделя
Плохое покрытие пола	1. Износ края стеклоочистителя 2. Слишком высокая подача на зуб	1. Используйте вставки с Стеклоочиститель геометрия 2. Подача должна быть < 80% ширины плоской части скребка.
Заусенцы на стене	1. Тупой инструмент 2. Неправильная стратегия выхода	1. Заменить вставки/инструмент 2. Используйте 45° отклонение путь выхода
Сколы по краям	1. Нестабильная резка 2. Повторная резка чипа	1. Переключитесь на более жесткий режим оценка 2. Использование Воздушный удар (для стали) для удаления стружки

Советы и стратегии по конкретным материалам (группы ISO)

A. ISO N – Алюминий и цветные металлы

• Основная задача: Наращенный край (BUE) и удаление стружки. Алюминий “липкий” и приваривается к канавке.
• Геометрия инструмента:
  • Количество флейт: 2 или 3 канавки. Для обеспечения высокой скорости резания MRR обязательно наличие больших желобов.
  • Угол спирали: Высокая спираль (45° или 55°) для вертикального удаления стружки из зоны резания.
  • Покрытие: Необходимо использовать полированные канавки (без покрытия) или DLC/ZrN.
• Запрещено: НИКОГДА не используйте покрытия AlTiN или TiAlN. Сродство алюминия вызывает мгновенную сварку стружки.
• Стратегия: Максимальная скорость вращения. Используйте охлаждающую жидкость под высоким давлением в первую очередь для промывки стружки, а не только для охлаждения.

B. ISO P – Углеродистые и легированные стали

• Основная задача: Термическое растрескивание и износ кратера.
• Парадокс охлаждающей жидкости:
  • Грубость: Настоятельно рекомендую ВОЗДУШНЫЙ УДАР (сухой). Фрезерование является прерывистым резанием. Охлаждающая жидкость вызывает “термический шок” (быстрые циклы нагрева/охлаждения), что приводит к появлению микротрещин в карбиде.
  • Отделка: Используйте охлаждающую жидкость (эмульсию) для удаления стружки и улучшения качества поверхности, так как при этом выделяется меньше тепла.
• Инструменты:
  • Покрытие: AlTiN или AlCrN. Они образуют защитный слой оксида алюминия при высоких температурах.
  • Дизайн: Переменная спираль/шаг для гашения гармонических колебаний в более твердых сталях.

C. ISO M – нержавеющая сталь (304/316)

• Основная задача: Упрочнение при деформации, плохая теплопроводность и прочность.
• Золотое правило: “Срезайте, не трите”.”
• Стратегия:
  • Скорость подачи (fz): Сохраняйте большую подачу на зуб (обычно >0,05 мм), чтобы обеспечить проникновение кромки под упрочненную поверхность. НИКОГДА не обрабатывайте инструментом с небольшой подачей (например, 0,01 мм), иначе поверхность станет гладкой.
  • Без задержки: Не останавливайте инструмент. Задержка в углах приводит к мгновенному локальному затвердеванию.
  • Охлаждающая жидкость: Для обеспечения смазывающей и охлаждающей способности обязательно использование эмульсии с высокой концентрацией (>8%).
• Режим фрезерования: Подъемное фрезерование является обязательным. При традиционном фрезеровании на начальном этапе трения сразу образуется твердая кожица.

D. ISO S – Титан и суперсплавы

• Основная задача: Концентрация тепла. Титан не передает тепло в стружку; тепло остается в режущей кромке инструмента.
• Кинетическая стратегия:
  • Радиальная глубина (Ae): Ограничить до <30% диаметра. Используйте утоньшение микросхемы, чтобы увеличить длину контакта для отвода тепла.
  • Arc-In: Всегда ведите режущий инструмент по дуге. Прямой вход в рез заставляет хрупкую карбидную кромку вибрировать.
  • Регулировка скорости: Чрезвычайно чувствителен к скорости поверхности (Vc). Обычно ограничен 60–100 м/мин. Превышение этого значения мгновенно приводит к выходу инструмента из строя.
• Особенности инструмента: Высокие углы резания, большое количество канавок (для увеличения подачи стола при низких оборотах) и большие радиусы углов (re) для прочности.

E. ISO K – Чугун

• Основная задача: Абразивный износ и пыль.
• Стратегия:
  • Сухая обработка: Настоятельно рекомендуется использовать мощную вакуумную систему удаления. Железная пыль + охлаждающая жидкость = абразивная шлифовальная паста (шлам), которая разрушает направляющие и инструменты.
  • Покрытие: Толстый CVD-покрытия (TiCN/Al2O3) или твердые PVD-покрытия для защиты от истирания.
  • Вход: Чугун часто имеет твердую “корочку” или окалину. Для первого прохода используйте обычное фрезерование, чтобы срезать окалину снизу, или уменьшите подачу на 20%.

Основные формулы

Держите их под рукой для настройки параметров:

1. Расчет оборотов в минуту (Vc = скорость поверхности, м/мин, Dc = диаметр инструмента, мм)

1. Подача стола (MMPM / IPM)(z = количество канавок, fz = подача на зуб)

1. Скорость удаления материала (MRR)(ap = глубина реза, ae = ширина реза)

Заключение

Фрезерование плеча обманчиво. Кажется, что это простая геометрическая операция, но на самом деле это одна из самых сложных операций балансировки в ЧПУ-обработке. Как мы уже выяснили, успех заключается не в слепом следовании таблице скоростей из каталога, а в понимании физики радиальной силы (Fr).), механика образования стружки и управление тепловым режимом.

Чтобы постоянно превосходить конкурентов и достигать “небоскребных” результатов, помните об этих трех принципах:

1. Уважайте силы: Поймите, что угол наклона 90° создает значительное радиальное отклонение. Противодействуйте этому с помощью правильной геометрии инструмента (переменная спираль), правильного направления фрезерования (подъем) и жесткой закрепки заготовки.
2. Примите динамику: Традиционные статические траектории резания устарели для глубоких плеч. Динамическое фрезерование (HEM) позволяет использовать весь потенциал твердосплавных инструментов, продлевая срок их службы на 300% и более, при этом значительно сокращая время цикла.
3. Материальная интеллигентность: Относитесь к каждому материалу как к уникальному противнику. То, что подходит для алюминия (высокая скорость, обильное охлаждение), может иметь катастрофические последствия для углеродистой стали (риск термического шока) или нержавеющей стали (риск упрочнения).

Применяя стратегии, формулы и протоколы устранения неисправностей, описанные в этом руководстве, вы не просто режете металл — вы создаете предсказуемый, высокоэффективный процесс.

Готовы оптимизировать производство? Перестаньте гадать параметры. Просмотрите наш Серия высокопроизводительных концевых фрез разработанные специально для обеспечения стабильности плеча, или свяжитесь с нашими инженерами-технологами для консультации по индивидуальной траектории инструмента.

Вопросы и ответы