Эта статья поможет разобраться, что такое фрезерование — ключевой процесс металлообработки и обработки резанием: виды и методы, инструмент и станки ЧПУ/обрабатывающий центр, расчёт режимов, качество поверхности, точность, производительность и безопасность.

• Понять фрезерование и фрезерную обработку
• Виды/методы и выбор инструмента
• Станки ЧПУ и обрабатывающий центр
• Расчёт режимов резания
• Качество поверхности, точность, производительность
• Безопасность, выбор подрядчика, стоимость

Определение и принцип работы. Коротко об истории

Фрезерование — вид механической обработки: за счёт вращения фреза на шпинделе выполняет съём материала при относительном перемещении по осям X Y Z; подача определяет траекторию и стабильность процесса. Истоки: Эли Уитни, патент 1818; затем переход от ручных станков к ЧПУ.

• Фреза — многолезвийный режущий инструмент.
• Шпиндель — вал станка, на котором закреплён инструмент.
• Подача — перемещение на зуб/оборот или за минуту.
• Скорость резания — линейная скорость кромки, м/мин.

Виды фрезерования и классификации

Фрезерование систематизируют по ряду признаков: по станку (вертикально‑фрезерный станок, горизонтально‑фрезерный, универсальный станок), по типу обработки (торцевое, концевое фрезерование, периферийное, фасонное фрезерование, профильное), по направлению (встречное фрезерование/попутное фрезерование), по точности (черновая обработка/чистовая обработка), по управлению (ручное/ЧПУ), по траектории (линейная, трохоидальная, плунжерная), включая 3D‑фрезерование сложных поверхностей.

• По расположению шпинделя: вертикально‑/горизонтально‑фрезерный; универсальный станок — плоскости, пазы, корпуса.
• По типу фрез/поверхностей: торцевое — плоскости; концевое — карманы/контуры; периферийное — кромки; фасонное — профиль.
• По направлению: встречное — стабильно при люфтах; попутное — лучше качество и ресурс.
• По точности: черновая — съём припуска; чистовая — низкая Ra.
• По управлению: ручное и ЧПУ — серийность, повторяемость.
• По траектории: линейная, трохоидальная (равномерная нагрузка), плунжерная (узкие глубокие зоны).

Режущий инструмент: типы фрез, материалы и геометрия

Основные типы: концевая фреза, шаровая фреза, дисковая фреза, угловые и фасонная фреза, а также червячная фреза для зубчатых колёс. По материалу: HSS и твердосплавные пластины; для абразивных и жаропрочных — керамика и алмазное покрытие. Конструкция — цельные и сборные. На выбор влияют число зубьев z, винтовые канавки и геометрия режущей кромки: они определяют эвакуацию стружки, нагрузку и стойкость инструмента.

• Торцевые — плоскости, выравнивание.
• Концевые — пазы, карманы, контуры.
• Дисковые — узкие пазы, отрезка.
• Шаровые — 3D‑поверхности, радиусы.
• Угловые — фаски и V‑канавки.
• Фасонные — профильные поверхности.
• Червячные — нарезание зубчатых колёс.

Оборудование и оснастка: станки, крепление заготовки, СОЖ и удаление стружки

Станок с ЧПУ — основа стабильной точности: применяют вертикальные и горизонтальные обрабатывающий центр, для сложных форм — 5‑осевая обработка и многоосевые центры. Жёсткость станка, качество направляющие, точность пары ходовой винт — маточная гайка и минимальный люфт определяют виброустойчивость. Заготовку фиксируют в тиски, на поворотный стол или в специальные приспособления. Для ресурса и чистоты обработки важны корректная подача СОЖ, система отвода стружки и аспирация.

• Станина/рама — база жёсткости и гашение вибраций.
• Направляющие — геометрия, плавность перемещений.
• Ходовой винт и маточная гайка — люфт, повторяемость.
• Шпиндель/подшипники — биение и качество поверхности.
• Крепёж (тиски, приспособления, поворотный стол) — базирование и удержание.
• СОЖ — охлаждение, смазка, стойкость инструмента.
• Система отвода стружки и аспирация — стабильность резания.

Режимы резания и расчёты: формулы, пример и рекомендации

Скорость резания V (м/мин) и подача определяют съём. Формулы: V = π·D·n/1000; оборотная подача So (мм/об) = z·Sz; минутная подача Sm (мм/мин) = Sz·z·n. Где диаметр фрезы D, скорость вращения n, подача на зуб Sz (мм/зуб), глубина резания t и ширина B задают нагрузку и качество. Для стали берут умеренные V и Sz, для алюминия — выше; HSS — меньшие режимы, твёрдосплав — большие.

• Определите материал и цель (черновая/чистовая).
• Выберите инструмент и D, z.
• Задайте V → рассчитайте n.
• Назначьте Sz → получите So и Sm.
• Подберите t и B под жёсткость системы.

Методы и траектории: линейная, трохоидальная, плунжерная

Линейная траектория — для простых плоскостей и контуров при стабильной ширине среза. Трохоидальная траектория (адаптивная траектория) даёт равномерное распределение нагрузки, хороша для твёрдых материалов и карманов. Плунжерная подача по оси Z — для узких глубоких выборок, улучшает охлаждение зоны резания и вынос стружки.

• Материал: сталь/титан — трохоидальная; алюминий — чаще линейная.
• Глубина: >1×D — трохоидальная или плунжерная по Z.
• Ширина среза: малая b — линейная; средняя/большая — трохоидальная.
• Жёсткость/вибрации: низкая — адаптивная траектория.
• Охлаждение: затруднён доступ СОЖ — плунжерная по Z.

Операции и применение: пазы, карманы, уступы, фаски, контуры, резьба

Типовые операции охватывают пазы, карманы и контуры для деталей разной точности. Ниже — краткие рекомендации по черновой/чистовой стратегии.

• Шпоночный паз, Т‑образные пазы — черновая прорезка; чистовая доводка по ширине.
• Карман, окно — черновая выборка объёма; чистовое контурное фрезерование стенок/дна.
• Уступы — черновая формовка; чистовая выведение размеров.
• Фаска — чистовая снятие кромки под угол.
• Контурное фрезерование — черновой обвод; чистовой проход по профилю.
• Резьбовое фрезерование — чистовое формирование шага/профиля.
• Зубчатые колёса — фрезерование впадин с контролем зацепления.

Качество и шероховатость. Этапы процесса и контроль

На шероховатость поверхности влияют инструмент, подача, вибрации и СОЖ. Для черновой характерны Ra 6,3–20, для чистовой — Ra 1,25–1,6. Этапы: подготовка и базирование, закрепление, настройка режимов, пробный проход, обработка, контроль качества, измерение профилометром, корректировка.

• Проверка размеров и допусков; повторяемость серией.
• Измерение Ra профилометром; визуальный контроль риски.
• Перпендикулярность и соосность баз; биение шпинделя.
• Калибровка осей и инструмента, компенсация износа.
• Контроль вибраций, СОЖ, заусенцев и стружкоудаления.
• Запись параметров режима и результатов контроля.

Типовые проблемы: износ, вибрации, налипание стружки. Причины и решения. Безопасность

Частые дефекты: износ инструмента (выкрашивание зубьев), термический удар, налипание стружки, вибрации и уход размеров. Их вызывают неверные режимы, низкая жёсткость системы, слабое охлаждение инструмента. Решения: корректировка V/Sz, геометрии и СОЖ, применение виброгаситель. Соблюдайте безопасность оператора и работайте при закрытых ограждениях.

• Рябь, шум — слабая жёсткость, вибрации — сократить вылет, жёстче зажим, виброгаситель, уменьшить ширину B.
• Пригар, потемнение — термический удар/недостаток СОЖ — повысить подачу СОЖ, снизить V, сделать прерывистый рез.
• Нагребание кромки — налипание стружки — увеличить Sz для разрыва стружки, полированные канавки/покрытие, больше подача СОЖ.
• Грубая поверхность — износ инструмента — заменить/переточить, оптимизировать геометрию.
• Стружка вылетает — открыты ограждения — остановка, закрыть кожух, возобновить при закрытых дверях.

Применение по материалам и отраслям

Фрезерование востребовано в машиностроении, авто, аэрокосмической промышленности, судостроении, электронике/ПКБ, ювелирке и архитектуре. Краткие ориентиры по материалам:

• Конструкционные стали — средние V, Sz; стабильная СОЖ.
• Нержавеющая сталь — V ниже; положительная геометрия; обильная СОЖ.
• Чугун — сухо/ММС; V средне‑высокие; прочная кромка.
• Алюминиевые сплавы — высокие V, большие Sz; полированные канавки.
• Титановые сплавы — низкие V, малые Sz; жёсткость и охлаждение.
• Медь — острые кромки, умеренные V; бороться с налипанием.
• Композиты — спецфрезы, сухо; аспирация пыли.
• Полимеры — острые кромки; низкие n, чтобы не плавить.
• Дерево — высокие V; эффективное пылеудаление.

Как выбрать подрядчика по фрезеровке. Стоимость и сроки

Выбор исполнителя (подрядчик) опирается на парк станков 3–5 осей, опыт в материале, допуски и контроль качества, сроки и стоимость. Сравните предложения через каталог предприятий, используйте калькулятор и оформите размещение заказа через форму «Отправить заявку» — для серийное и индивидуальное производство.

• Какие станки (3–5 осей), доступные станочные окна и сроки?
• Опыт в вашем материале, подтверждённые допуски и контроль качества?
• Требуемая шероховатость/Ra, термо‑ и постобработка?
• Формат данных: чертежи, 3D‑модель, ТЗ, партия и допуски.
• Логистика, упаковка, сертификаты, NDA, условия оплаты.

FAQ по фрезерованию

• Встречное или попутное? Попутное даёт лучшее качество и выше стойкость инструмента при достаточной жёсткости. Встречное подходит при люфтах и тонкой окалине.
• Чем трохоидальная стратегия лучше линейной? Обеспечивает равномерную нагрузку и лучшую виброустойчивость, снижает тепловложение. Линейная быстрее на простых плоскостях.
• Как избежать вибраций на тонкостенных деталях? Сократите вылет, усилите базирование, уменьшите ae/ap, поднимите частоту выше резонанса. Применяйте острый инструмент, СОЖ и при возможности трохоидальную траекторию.
• Какие Ra реально получить? Черновая: Ra 6,3–20. Чистовая обработка: Ra 1,25–1,6 при жёсткой системе и корректных режимах.
• Когда использовать СОЖ? Сталь/нержавейка/титан — обильная СОЖ для охлаждения и стружкоудаления. Чугун — часто сухо/ММС; алюминий — эмульсия и полированные канавки.
• Как считать подачу на зуб Sz? Задайте скорость резания V → n = 1000·V/(π·D). Затем Sz по таблице: So = z·Sz, Sm = Sz·z·n; контролируйте вибрации и мощность.