Druhy a rozdělení fréz

Frézy jsou vícebřité rotační nástroje. Břity jsou vytvořeny na povrchu základního tělesa, kterým bývá nejčastěji válec nebo kužel.

Frézy se vyrábí různými technologiemi, v mnoha druzích a velikostech. Vzájemně se liší tvarem, počtem břitů, způsobem upnutí, materiálem břitů a konstrukcí. Tvary a velikosti nejpoužívanějších fréz jsou normalizované.

Obr. 1: Frézovací nástroje

Rozdělení fréz

Frézy rozdělujeme podle následujících hledisek:

Podle ploch, na nichž jsou vytvořeny břity, je dělíme na:

• válcové
• čelní válcové
• kotoučové
• kuželové
• úhlové
  • jednostranné
  • oboustranné:
    • symetrické (souměrné)
    • nesymetrické (nesouměrné)
• pilové kotouče
• tvarové
• speciální. (1)

Příklady druhů nástrojů - fréz

Obr. 2: Válcová fréza (se šikmými zuby)

Obr. 3: Čelní válcová (drážkovací) fréza

Obr. 4: Kotoučová fréza

Obr. 5: Kuželové frézy

Obr. 6: Úhlové frézy

Obr. 7: Pilový kotouč

Obr. 8: Tvarová fréza

Obr. 9: Tvarové frézy

Obr. 10: Speciální (např. frézovací hlava)

Obr. 11: Odvalovací frézy

Obr. 12: Kopírovací fréza

Obr. 13: Závitová fréza

Podle uspořádání a tvaru břitu:

• hrubovací
• dokončovací.

Podle způsobu upínání:

• nástrčné

Obr. 14: Nástrčná fréza

• stopkové:
  • s válcovou stopkou
  • s kuželovou stopkou (nejčastěji MORSE 3 a 4).

Obr. 15: Frézy s válcovou a kuželovou stopkou

Podle způsobu výroby břitů: ( podle provedení a tvaru zubů)

• frézované
• podbrušované
• podsoustružené.

Podle počtu břitů:

• jemnozubé
• polohrubozubé
• hrubozubé.

Podle průběhu ostří:

• s ostřím přímým
• s ostřím šikmým
• s ostřím šroubovitým
• se střídavým šroubovitým ostřím.

Podle směru otáčení:

• pravořezné
• levořezné.

Podle materiálu břitu:

• z rychlořezné oceli (RO)
• s břity ze slinutých karbidů (SK)
• z cermetových karbidů (Ti + TiN)
• z nitridové keramiky
• z polykrystalického diamantu
• z kubického nitridu boru.

Obr. 16: Fréza s vyměnitelnými břitovými destičkami ze slinutých karbidů

Podle počtu dílů, z nichž jsou vytvořeny: (podle konstrukce)

• celistvé
• dělené
• složené
• se vsazenými, nebo připájenými destičkami z SK
• se vsazenými segmenty břitů.

Podle technologie výroby:

• odlévané
• svařované
• tvářené
• broušené.

Druhy fréz:

• válcová fréza
• úhlová fréza nástrčná
• fréza půlkruhová vydutá
• fréza půlkruhová vypouklá
• fréza čtvrtkruhová vydutá
• fréza korunková s válcovou stopkou
• fréza úhlová jednostranná nástrčná
• fréza úhlová na rybinová vedení.

Upínání nástrojů

Frézy musí být upnuty vždy pevně a spolehlivě. Při špatném upnutí frézy házejí, jsou jednostranně namáhány, špatně řežou a obrobené plochy nejsou kvalitní. Na upínací systém nástrojů jsou kladeny také tyto požadavky:

• souosost frézy a vřetena stroje,
• musí být zaručena opakovaná přesnost upnutí při výměně nástrojů,
• pevnost proti axiálním silám i proti pootočení,
• vhodnost pro vysoké otáčky.

Upínání nástrčných fréz

Nástrčné frézy (válcové, kotoučové, tvarové apod.) se upínají na frézovací trny.

Malé frézovací hlavy a čelní válcové frézy nástrčné se upínají na letmé upínací trny. Přenášení krouticího momentu z trnu na nástroj zabezpečuje nejčastěji pero, proti axiálnímu posuvu je zajišťováno křížovým šroubem.

Obr. 17: Upínání nástrčné frézy

Upínání fréz s kuželovou stopkou

Frézy s kuželovou upínací stopkou se upínají přímo do kuželové dutiny vřetena frézky v případě, je-li kužel upínací stopky frézy a dutiny vřetena shodný. Je-li kužel upínací stopky menší než kužel dutiny vřetena, je nutno k upínání použít redukční pouzdra.

Obr. 18: Upínání fréz s kuželovou stopkou

Upínání fréz s válcovou stopkou

Válcové stopky fréz mohou mít tyto normalizované průměry: 4; 5; 6; 8; 10; 12; 16; 20. Nástroje s válcovou stopkou se upínají pomocí upínacích pouzder a kleštin. Tato upínací pouzdra umožňují rychlé a spolehlivé upínání fréz s válcovou stopkou. Kleština je vyrobena z pérové oceli, po obvodu je 8x rozřezána (4x z pravé strany a 4x z levé). Vtlačováním kleštiny do kuželové části pouzdra se zmenšuje její vnitřní průměr a tím dojde k upevnění válcové stopky nástroje.

Průměry děr v kleštinách jsou totožné s výše uvedenými průměry stopek nástrojů.

Obr. 19: Upínání fréz s válcovou stopkou

Obr. 20: Upnutí frézy s válcovou stopkou do hlavičky

Pravidla pro správné upínání fréz

• Upínací části fréz, redukčních pouzder, jakož i kuželová dutina vřetena se musí před upínáním řádně očistit.
• Upínací plochy, kuželové a válcové plochy stopek a trnů musí pevně dosedat po celé délce stykové plochy.
• Nástroje, pouzdra i trny se musí v kuželové dutině vřetene zajistit šroubem.
• Na dlouhých frézovacích trnech se mají frézy upínat co nejblíže vřetena nebo opěrného ložiska, aby se zmenšilo prohýbání trnu při frézování.
• Při vkládání fréz do vřetena nebo na trny musíme použít tkaninu nebo kůži, abychom chránili ruce před pořezáním břity zubů.
• Všechny pracovní úkony při upínání fréz musíme vykonávat pečlivě a s citem, aby se nástroj nebo upínací prostředek nepoškodily. (1)

Rotační nástrojové upínače

Volba správného upínače ovlivní budoucí výsledky celého obráběcího procesu. Nejdůležitější požadavky na upínače nástrojů jsou:

• dostatečná upínací síla,
• přesnost upnutí,
• jednoduchá obsluha,
• vyvážení upínače,
• schopnost tlumení vibrací.

Obr. 21: Rozdělení upínacích prvků nástrojů

Upnutí držáku do vřetene stroje

V současné době se vlivem automatizace strojů přechází na tužší upínání nástrojů a obrobků. Vznikají nové koncepce upínacích systémů. Velkou roli hraje pořizovací cena a ekologičnost výroby.

Nejrozšířenější upínací systémy:

• ISO
• HSM

ISO – jedná se o metrický strmý kužel na upínacím trnu s určitým poměrem kuželovitosti.

Výhody:

• symetrická konstrukce,
• jednoduchá výroba,
• snadné nasazování a uvolňování z dutiny vřetena (kužel není samosvorný jako Morse kužel),
• nízké pořizovací náklady.

Nevýhody:

• nutnost používání stejné velikosti kužele jako je v dutině vřetene (tento problém se dá odstranit použitím redukčního pouzdra),
• malá tuhost upnutí,
• nejistá axiální síla.

Obr. 22: Nedostatky upínání strmým ISO kuželem

HSK - princip upínání funguje na principu kombinace axiální upínací síly a kuželové stopky.

Výhody:

• tužší a spolehlivější upnutí než systém ISO,
• menší rozměry držáku, na držáku mohou být vnitřní vybrání,
• nižší hmotnost a tím pádem snazší manipulace s nástrojem.(2)

Obr. 23: Princip upnutí HSK

Upnutí nástroje do držáku

V praxi se využívá mnoha možností upínání nástrojů do držáků. V současnosti se do popředí dostávají i nové moderní trendy upínání při zachování bezpečnosti a spolehlivosti upnutí.

Obr. 24: Rozdělení upínání nástrojů do držáku

Silově deformační upínání

Upnutí nástroje musí odpovídat určitá síla, která zabezpečí uložení nástroje vzhledem k obrobku a nedopustí jeho samovolné uvolnění. Silové deformační upnutí nástroje probíhá v oblasti pružné (elastické deformace). Upínací postup je tedy možné opakovat bez počtu omezení.

V současné době se využívají tyto systémy:

Tribos

Pracuje na principu polygonálního upínání. Upínací dutina má tvar podobný zaoblenému trojúhelníku. Vlivem působení hydraulického zařízení dostane dutina válcový tvar. Poté se do dutiny vloží nástroj a následně dojde k uvolnění tlaku hydraulického zařízení. Tím se dutina snaží vrátit zpátky do původního tvaru a je upnuta stopka nástroje.

Výhody:

• vysoká bezpečnost upnutí,
• dlouhá životnost nástrojů,
• možnost použití vysokých otáček vřetene,
• nevzniká potřeba externího zdroje energie,
• malé obvodové házení nástroje.

Obr. 25: Princip upnutí systému Tribos

Obr. 26: Upínač Tribos

Pro upnutí nástroje do držáku je potřeba přídavné hydraulické zařízení. Dochází zde k deformaci deformovatelné části upínače.

Obr. 27 Hydraulické zařízení pro upínání systému Tribos

Univerzální upínač SINO

Systém vyvinut jako náhrada klasických mechanických upínačů typu Weldon a kleštinových upínačů. Pracuje na podobném principu jako hydraulické upínače, ale tlakové médium zde není kapalina, ale tvrdý elastomer. Tlak vzniká dotahováním upínacího pouzdra hákovým klíčem a přenáší se prostřednictvím elastického tlakového média na rozpínací pouzdro. Tím se pouzdro rovnoměrně stahuje k ose rotace.

Použití:

• pro hrubovací operace,
• pro dokončovací frézování a další operace.

Výhody:

• vysoká upínací síla,
• výborné tlumení vibrací,
• rychlá a jednoduchá výměna nástrojů,
• schopnost přenosu velkých krouticích momentů,
• malé obvodové házení.

Obr. 28: Univerzální upínač SINO

Coromant Capto

Jedná se o první modulární rychlovýměnný nástrojový systém, který je efektivně využitelný pro všechny varianty obrábění řeznými nástroji. Systém je rozpoznatelný dle kuželové polygonální stopky s čelní dosedací plochou. Kuželový polygon je do upínací jednotky vtahován pod přepětím, a tím vytváří z hlediska namáhání ohybem a krutem stabilní spojení. Standardně je konstruován pro vnitřní přívod chladicí kapaliny.

Použití:

• pro všechny typy obráběcích strojů (i pro univerzální stroje) a způsoby obrábění,
• pro ruční i automatickou výměnu nástrojů.

Výhody:

• ve srovnání se systémy ISO a HSK menší rozměry a tedy i hmotnost a jednodušší manipulace,
• možnost plného využití výkonu stroje,
• možnost využití rozšiřujícího sortimentu nástrojů pro víceúčelové obrábění.(2)

Obr. 29: Coromant Capto

Trendové upínání

Jedná se o použití principu plastické deformace materiálu jako u silově-deformačního upínání. Rozdíl je v principu vyvolání zmíněné deformace.

Hydraulické upínání

Otáčením upínacího šroubu se vytváří rovnoměrný tlak hydraulické kapaliny uvnitř upínače. Tento tlak působí na upínací pouzdro, které pevně a přesně upne vložený nástroj. Pro upnutí menších nástrojů lze použít redukční pouzdra.

Použití:

• pro upínání nástrojů i obrobků u širokého spektra obráběcích operací.

Výhody:

• nejuniverzálnější upínače,
• vysoká přesnost upnutí,
• dobré tlumení vibrací. (2)

Obr. 30: Princip hydraulického upnutí

Tepelné upínání

Další možností upínání nástrojů je využití systému tepelného upínání nástrojů. Tato nová koncepce umožňuje upínání nástrojů zejména pro vysokorychlostní obrábění. Princip upínání spočívá v teplotní roztažnosti materiálů. Nástrojové držáky jsou vyrobeny ze speciálního materiálu, jehož ohřevem dojde ke zvětšení otvoru pro upnutí nástroje. Obsluha pouze vloží nástroj do držáku. Ochlazením dojde ke smrštění držáku, a tím k upnutí nástroje. K ohřátí nástrojového držáku je nutné zařízení, které v krátkém čase dokáže upnout nástroj (nejrychlejší ohřev se dosáhne využitím principu elektrické indukce – doba ohřevu se pohybuje přibližně kolem 5 sekund). Důležitá je také velká rychlost ochlazení nástrojového držáku. Upínací přístroje bývají konstruovány univerzálně, tzn., že lze upínat a chladit držáky různých velikostí od různých dodavatelů. Lze upínat tvrdokovové i HSS nástroje od průměru 3 mm. Pro malé průměry se využívají velice přesné kleštiny. (3)

Obr. 31: Zařízení s indukčními cívkami pro ohřev nástrojových držáků

Použití:

• pro vysokootáčkové obrábění.

Výhody:

• přesné, komfortní, rychlé, jednoduché a tuhé upnutí.
• lze přenášet velké krouticí momenty (díky velké upínací síle),
• možnost použití maximálních otáček vřetene. (2)

Obr. 32: Tepelné upínání fréz

Ostření fréz

Frézy celistvé a frézy s pájenými břity se po otupení dají přeostřit. Pro ostření fréz z RO se používají klasické brusné kotouče vyrobené z oxidu hlinitého o zrnitosti 32 až 25, popř. kotouče z kubického nitridu boru. Na frézy z SK se pro ostření používají kotouče z karbidu křemíku o zrnitosti 40 až 25, nebo moderní diamantové kotouče.

Frézy s frézovanými zuby se ostří miskovým nebo hrncovým brousicím kotoučem na hřbetu zubu, kdy se zub při tom opírá o opěrku. Ta má osu níž, než je osa frézy, výškou opěrky se nastavuje velikost úhlu hřbetu. Při ostření se fréza posunuje ve směru osy podél opěrky a zub se k ní přitlačuje. Tímto způsobem se dají ostřit i zuby ve šroubovici.

Frézy s podsoustruženými zuby se ostří na čele zubu – z důvodu zachování profilu frézy. Ostření se provádí talířovými brousicími kotouči, u přímých zubů plochou stranou a u zubů ve šroubovici kuželovou stranou kotouče.

U moderních ostřících CNC strojů je ostření ploch řízeno programem. Zde se používají kotouče PKBN nebo DIA, protože mají velkou trvanlivost a také vysoký výkon.

Zdroje

1. STAVINOHA, Zdeněk. Druhy a rozdělení fréz. [online]. Digitální učební materiály - Technologie frézování. Internetový portál COPTEL, 2009-2014 [cit. 2014-12-09]. Dostupné z: http://coptel.coptkm.cz/?action=2&doc=39657&docGroup=-1&cmd=0&instance=22
2. KOMÁREK, Miroslav. Rotační upínací elementy nástrojů jako příslušenství obráběcích strojů. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2011. 44s., 6 příloh
3. NEZNÁMÝ. Nová koncepce tepelného upínání nástrojů. [online]. MM Průmyslové spektrum, 2004 [cit. 2014-12-09]. Dostupné z: http://www.mmspektrum.com/clanek/nova-koncepce-tepelneho-upinani-nastroju.html

Obrázky:

• Obr. 21 až 30: KOMÁREK, Miroslav. Rotační upínací elementy nástrojů jako příslušenství obráběcích strojů. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2011. 44s., 6 příloh

Prezentace:

• Frezovani-nastroje pro frezovani – Projekt: EU - peníze středním školám pro Olomoucký kraj, registrační číslo CZ.1.07/1.5.00/34.0916.
• Upinani nastroju a obrobku – Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj, registrační číslo CZ.1.07/1.1.08/03.0009.
• Nastroje, upinani nastroju a obrobku, zakladni práce – Projekt: EU - peníze středním školám pro Ústecký kraj, registrační číslo CZ.1.07/1.5.00/34.0771.
• Prakticky postup pri upinani nastroju na frezkach – odborny vycvik – Projekt: EU - peníze středním školám pro Zlínský kraj, CZ.1.07./1.5.00/34.0727.
• Pokud není uvedeno jinak, autorkou obrázků a videí je Ing. Hana Sochová. Obrázky mohou být také součástí citovaných digitálních materiálů.