Как глубина резания (ap) связана с диаметром фрезы и количеством зубьев

При фрезеровании глубина резания (ap), диаметр фрезы и количество зубьев - три взаимосвязанных параметра, определяющих поведение инструмента в резе. От их сочетания зависит, насколько стабильно работает система «фреза + станок», какова будет нагрузка на шпиндель, чистота поверхности и срок службы пластин. Ошибка хотя бы в одном параметре приводит к вибрациям, преждевременному износу и неравномерной стружке.

1. Что такое глубина резания

ap (depth of cut) - это толщина слоя металла, снимаемого за один проход. При фрезеровании она измеряется по оси фрезы - от вершины зуба до дна обработанной поверхности. Увеличение ap напрямую повышает силу резания и изгибающий момент на шпинделе. Чтобы выдержать эти нагрузки, фреза должна иметь соответствующий диаметр, жёсткость корпуса и достаточное количество зубьев для распределения усилий.

2. Влияние диаметра фрезы

Чем больше диаметр, тем больше длина кромки, вступающей в контакт с материалом, и тем выше возможная глубина резания.

Малые фрезы (Ø16–40 мм) - рассчитаны на ap до 5 мм. Их применяют для точной и чистовой обработки.

Средние (Ø50–100 мм) - работают при ap ≈ 6–12 мм, обеспечивая баланс между производительностью и стабильностью.

Крупные фрезы (Ø125–250 мм) - допускают глубину до 25–30 мм, но требуют мощного шпинделя и жёсткой системы крепления.

Если глубина резания превышает допустимую для конкретного диаметра, фреза начинает «звенеть»: увеличивается радиальное биение, появляются вибрации, а кромки пластин быстро выкрашиваются.

3. Как влияет количество зубьев

Количество зубьев определяет частоту контакта с материалом. При одинаковой подаче на зуб (fz) суммарная подача фрезы (f = fz × z) растёт с числом кромок. Однако чем больше зубьев, тем меньше объём стружки, который приходится на каждую кромку, и тем выше вероятность «забивания» канавок при большой глубине.

2–3 зуба - оптимально для глубоких проходов, где важен стружкоотвод и устойчивость.

4–8 зубьев - универсальный диапазон для ap до 10 мм.

10 и более зубьев - применяются при малой глубине (ap ≤ 2 мм) и финишной обработке, где главное - чистота поверхности.

Если при глубоком фрезеровании использовать многозубый инструмент, стружка не успевает эвакуироваться, повышается температура и износ кромки идёт лавинообразно.

4. Связь параметров в реальных условиях

Глубина резания всегда подбирается в зависимости от диаметра и числа зубьев. Условно: чем больше диаметр - тем выше допустимое ap, но тем меньше оптимальное число зубьев для стабильного стружкоотвода. Например:

фреза Ø25 мм с 3 зубьями уверенно работает на ap = 3–4 мм;

• Ø63 мм с 6 зубьями - на ap = 10 мм
• Ø160 мм с 12 зубьями - на ap = 20–25 мм

фреза Ø100 мм с 30 зубьями при ap = 1 мм даёт идеальную чистоту Ra ≤ 1,6 мкм.

Оптимальный баланс - чтобы в каждый момент времени в резе находилось не более 1/3 зубьев, иначе нагрузка на шпиндель становится неравномерной.

5. Практические рекомендации

При глубине до 2 мм используйте многозубые фрезы с положительной геометрией.

При ap от 3 до 10 мм - средний диаметр (Ø50–100 мм) и 4–8 зубьев.

Для ap свыше 12 мм - крупные фрезы Ø125–250 мм с 6–10 зубьями и отрицательной геометрией.

Увеличение диаметра без учёта мощности станка приводит к падению оборотов и снижению чистоты.

При фрезеровании вязких сплавов контролируйте длину стружки - при малом числе зубьев она должна свободно выходить из зоны реза.

Практика для СПб и Ленинградской области

На предприятиях региона применяются в основном фрезы Ø40–160 мм с глубиной резания 2–20 мм. Для мелких деталей используются трёхзубые и четырёхзубые фрезы, а для крупных корпусных работ - восьмизубые и десятизубые, обеспечивающие стабильный съём без вибраций.

Компания ГРИФ поставляет корпусные фрезы диаметром от 16 до 250 мм, под пластины APKT, LNMU, SNGX, RO, с различным количеством зубьев и внутренней подачей СОЖ.

Доставка по Санкт-Петербургу и Ленинградской области, а также по всей России. Специалисты ГРИФ помогут подобрать фрезу по глубине резания, диаметру и числу зубьев - для максимальной производительности и чистоты поверхности без перегрева и вибраций.