Nový trend v 3D tvarovém frézování
Zhruba před 25 lety byly poprvé uvedeny na trh stopkové frézy, které využívají velký rádius na geometrii řezné hrany. Jelikož tvar břitů na těchto frézách připomíná sud, zavedl se pro ně pojem „barelové“ nebo také „soudečkové“ frézy.
Zpočátku bylo použití těchto barelových fréz více či méně omezeno pouze na několik specifických aplikací, jako je 3D tvarové obrábění složitých forem a komponentů pro turba. Nicméně pokroky v 5osém obrábění a v CAM systémech významně rozšířily použitelnost těchto nástrojů v různých aplikacích.
Současně byl princip konstrukce řezné hrany jako segmentu oblouku velkého průměru úspěšně realizován i na dalších typech fréz. Tyto nástroje pak mohly používat metodu HFM (High Feed Milling), obrábění s vysokými posuvy. U firmy ISCAR tak vzniká rodina nástrojů s FF geometrií, což jsou typy fréz využívající malou hloubku záběru a velmi vysoké posuvy (Fast Feed). Na rozdíl od nástrojů s FF geometrií, určených pro hrubování s vysokým odběrem materiálu, jsou barelové frézy vhodné pro polodokončovací a dokončovací operace s malým odběrem materiálu.
Barelová geometrie
Tento typ frézovací operace je možné provádět i s kulovými a toroidními frézami. Konstrukce řezné hrany využívající segmentu oblouku velkého průměru má za následek podstatné snížení výšky vrcholků generovaných na obrobku po jednotlivých průchodech nástroje, na rozdíl od ploch obrobených kulovými nebo toroidními typy fréz. Další výhodou tohoto typu geometrie řezné hrany oproti kulovým a toroidním frézám je výrazné zvýšení vzdálenosti mezi průchody (o krok nahoru nebo dolů, v závislosti na směru posunutí frézy po každém průchodu), a to nejméně pětkrát více bez výrazného zhoršení drsnosti obrobených ploch (viz obr. 1)! To znamená, že počet průchodů a následně i řezný čas lze výrazně snížit. Zvětšení vzdálenosti mezi průchody také prodlužuje životnost nástroje, a tím se snižují náklady na nástroj i na dílec.
Aby byly barelové frézy univerzálnější, prodělal jejich klasický tvar určité změny. Vznikl tak nástroj využívající kombinaci geometrie kulové frézy (na čele) a geometrii řezné hrany s velkým rádiem (barelová geometrie), který umožňuje použít barelové frézy jako kulovou frézu.
Soudečkové kuželové frézy
Standardní kuželové frézy prošly transformací profilu hlavní řezné hrany, kde vznikl opět segment oblouku velkého průměru generující další řezný ovál – soudečková kuželová fréza. Ve srovnání s běžnou kuželovou frézou umožňuje soudečková kuželová fréza teoreticky určit přesný kontakt hlavního břitu a obráběného povrchu, což snižuje nepřesnosti a zabraňuje opakovanému obrábění již hotového tvaru. Kuželový tvar také přispívá k redukci vyložení nástroje, což je důležitý faktor pro zlepšení výkonu nástroje.
Barelové a kuželové frézy jsou určeny zejména pro frézování bočních ploch. V případě potřeby obrobení složitého povrchu dna jsou ideálním řešením čočkové typy fréz. Tento nástroj je vybaven barelovým břitem na své čelní ploše, což umožňuje frézování s velkým krokem.
Barelové frézy
Klasické barelové, barelové kuželové a čočkové frézy jsou velmi efektivním nástrojem pro 3D tvarové frézování. Po dlouhou dobu byla bohužel složitost CNC programování při použití barelových fréz omezujícím faktorem pro jejich masivnější využití. Rostoucí popularita 5osých obráběcích strojů a nejnovější pokrok v CAM software dramaticky změnil situaci a dnes zažíváme vzrůstající poptávku a využití těchto nástrojů při obrábění různých dílů s geometricky složitými 3D povrchy. Hlavními spotřebiteli barelových fréz jsou zejména výrobci forem a zápustek, komponent pro letecký a medicínský průmysl a výrobci turbín a kompresorů.
Výrobci řezných nástrojů zvýšili své úsilí za účelem vyvinout a následně vyrobit vyspělejší konstrukce barelových fréz tak, aby splňovaly zvýšené požadavky zákazníků. Dobrým příkladem tohoto trendu jsou některé z nejnovějších produktů firmy ISCAR z řady nástrojů SOLIDMILL a MULTI-MASTER, které byly uvedeny na trh v nedávné době.
Výhody systému MULTI-MASTER
ISCAR také nabízí soudečkové a čočkové frézy v průměrech 8–16 mm (obr. 2). Kromě verze jako monolitního karbidového nástroje jsou dostupné v systému MULTI-MASTER. Tento systém od firmy ISCAR je již řadu let známý a využívaný díky nesporným ekonomickým výhodám a nulovým časům potřebným pro seřízení nástroje po výměně opotřebované hlavice. Tu je totiž možné vyjmout a opětovně namontovat bez potřeby vyjmutí nástroje z vřetena stroje.
Jelikož je tvar řezné hrany na těchto frézách komplikovaný, nevyplatí se jeho přeostřování, a tak je hlavice považována za čistě spotřební materiál. Dojde-li k jejímu opotřebení, je určena do odpadu. Tím se stává systém MULTI-MASTER velmi ekonomickou variantou v porovnání s monolitní karbidovou frézou. Nedochází tak ke zbytečnému plýtvání s velmi drahou surovinou, kterou dnes karbid nesporně je. A samozřejmě další velkou výhodou je dostupnost celé řady upínacích stopek, redukcí a prodloužení MULTI-MASTER umožňujících smontovat optimální nástrojovou sestavu pro danou aplikaci.
V současné době nejsou barelové frézy masivně využívaným nástrojem. Jsou určeny pro velmi specifické typy obrobků a jejich efektivní využití vyžaduje v ideálním případě 5osé centrum a také moderní CAM systém. Dnešní moderní technologie výroby obrobků (jako je vstřikování kovů, 3D tisk, lití a kování s přísnou tolerancí), inovativní obráběcí stroje a velký pokrok v digitalizaci výroby však zvýší potřebu dokončování tvarově složitých povrchů s minimálním přídavkem materiálu určenému k odebrání. A to je důvod, proč odborníci společnosti ISCAR odhadují, že spotřeba barelových fréz exponenciálně vzroste, a výrobci řezných nástrojů by se měli na produkci těchto nástrojů zaměřit. Jde nesporně o nový průmyslový trend.
174
.gif)
