Фрезы по металлу для ЧПУ: как выбрать концевую фрезу по материалу, числу зубьев, покрытию и вылету

Твёрдый сплав или быстрорез

Быстрорежущая сталь после закалки имеет твёрдость выше 60 HRC, у молибденовых марок 63–65 HRC. Она вязкая, прощает биение и редко откалывается. Твёрдый сплав, то есть карбид вольфрама на кобальтовой связке, держит более высокую температуру на кромке, и поэтому резать им можно быстрее, но он хрупкий и от вибрации выкрашивается. Разница в скоростях видна по тем же таблицам, на которых построен калькулятор режимов резания.

Данные: Ragotzky + Gätje (быстрорез), SmiCut (твёрдый сплав), сведены в калькуляторе; это стартовые значения для жёсткого станка с охлаждением.

Возьмём фрезу Ø10 мм с четырьмя зубьями и боковое фрезерование стали 45. Для быстрореза берём середину диапазона, 40 м/мин: n = 1000 × 40 / (π × 10) ≈ 1270 об/мин. Подача на зуб в середине диапазона калькулятора 0,035 мм, значит Vf = 1270 × 4 × 0,035 ≈ 177 мм/мин. Для твёрдого сплава Vc = 145 м/мин даёт 4615 об/мин, подача на зуб 0,059 мм, Vf = 4615 × 4 × 0,059 ≈ 1089 мм/мин. Разница в 6,2 раза: деталь, на которую твёрдый сплав тратит десять минут, быстрорез будет делать час.

Для станка по дереву у быстрореза есть и вторая беда: 1270 об/мин лежит там, где шпиндель на 24 000 об/мин почти не развивает мощности, об этом подробно в статье про выбор шпинделя. Поэтому быстрорежущие концевые фрезы на таких станках остаются для пластика и разовых работ по мягкому алюминию.

Число зубьев и угол спирали

Чем больше зубьев, тем выше минутная подача при той же толщине стружки и тем прочнее инструмент, потому что растёт сердечник фрезы. Платить приходится местом для стружки: канавки становятся мельче. Harvey Tool описывает это как прямую зависимость, чем крупнее сердечник, тем прочнее фреза и тем меньше места остаётся под стружку.

Алюминий даёт крупную стружку, поэтому классика для него две канавки, а сейчас чаще три: по Harvey, трёхзубые фрезы поднимают производительность и всё ещё справляются с выводом стружки. Для стали традиционно берут четыре зуба, современные каталоги дают пять–семь и больше. Для нержавейки Harvey советует 4–5 зубьев на черновых проходах, четыре на прорезании паза, где стружке нужно больше места, и пять и больше на чистовых.

Угол спирали делит фрезы на пологие (меньше 40°) и крутые (40° и больше). У крутой меньше радиальная сила и лучше выводится стружка, но зуб слабее и фреза сильнее прогибается. Для алюминия стандартные углы 35, 40 и 45°: 35–40° подходят для чернового и пазов, 45° берут на чистовых и при высокоэффективной траектории.

Добавленный зуб не даёт пропорционального выигрыша. Переход с четырёх зубьев на пять теоретически даёт на 25% больше снятого металла за оборот, но подачу так поднять нельзя: фреза перегрузится, и шпинделю тоже понадобится запас по мощности. Формула та же, что в статье про режимы резания: Vf = n × z × fz.

Покрытия: что работает на алюминии, а что на стали

Данные Harvey Tool по их линейке покрытий (3 октября 2026 года); температуры пересчитаны из градусов Фаренгейта. У разных производителей покрытия с одинаковой формулой по составу различаются, а TiAlN и AlTiN в каталогах нередко называют по-разному, поэтому за конкретной маркой смотрите паспорт покрытия.

Про AlTiN и алюминий Harvey Tool пишет прямо: из-за высокого сродства к алюминию такие покрытия для него не рекомендуются. Для алюминия покрытие вторично: Harvey замечает, что фреза без покрытия тоже работает хорошо, а число зубьев и угол спирали важнее. TiB₂ он называет лучшим вариантом, потому что покрытие химически не реагирует с алюминием и магнием и стружка к инструменту не липнет. Для сплавов с большим содержанием кремния, например литейных силуминов, берут алмазоподобное покрытие. Если нужна чистая поверхность и очень острая кромка, фреза без покрытия иногда даже лучше: покрытие немного скругляет кромку.

Вылет, хвостовик, цанга

Фреза работает как консольная балка: прогиб растёт как куб вылета и обратно пропорционален диаметру в четвёртой степени. Для оценки берут сплошной цилиндр, а у реальной фрезы сердечник тоньше из-за канавок, так что прогиб ещё больше.

Практические выводы. Берите самую короткую фрезу, которой хватает на глубину реза, и самый большой диаметр, который позволяет контур: переход с Ø6 на Ø8 уменьшает прогиб примерно в 3,2 раза. Вылет считают от торца гайки до кончика фрезы, поэтому хвостовик сажают в цангу как можно глубже. Режущая часть при этом в цангу не заходит. Для широкой пазовой фрезы берут хвостовик 12 мм или 1/2 дюйма. Так же советует Harvey Tool: брать наименьший вылет и наибольший диаметр из возможных.

Хвостовик подбирают под цангу станка. По таблице Rego-Fix ER-11 зажимает 1–7 мм, ER-16 — 1–10, ER-20 — 1–13, ER-25 — 1–17, ER-32 — 2–22. Каждая цанга берёт диаметр от номинала до номинал минус 1 мм (минус 0,5 мм у мелких), поэтому хвостовик 6 мм кладут в цангу 6 мм, а не 7. На станках с полем от 600×900 до 1300×2500 мм встречается цанга ER-20: она, например, указана у Wattsan M1 6090, M1 1313 и M1 1325 по данным производителя. Значит фреза Ø16 мм сюда не встанет, и для неё нужен ER-25 или другой шпиндель.

Таблица выбора

Если на алюминии стружка всё же налипает, ставьте TiB₂ или ZrN и добавьте подачу воздуха или тумана, как в статье про СОЖ и охлаждение. Режимы под конкретные сплавы разобраны в статьях про фрезерование алюминия и нержавейки.

Пример: контур кронштейна из Д16Т 6 мм

Станок класса 1325 с ER-20 и шпинделем до 18 000 об/мин, твёрдосплавная фреза Ø6 мм, глубина 6 мм за один проход. На 18 000 об/мин скорость резания π × 6 × 18 000 / 1000 ≈ 339 м/мин, это в диапазоне 250–600. Подача на зуб по калькулятору для Ø6 по алюминию 0,033–0,046 мм, берём 0,04.

• Две канавки: Vf = 18 000 × 2 × 0,04 = 1440 мм/мин, контур 600 мм проходится за 25 с.
• Три канавки: Vf = 18 000 × 3 × 0,04 = 2160 мм/мин, те же 600 мм за 17 с.

Выигрыш в восемь секунд на каждой детали хорош, пока стружка успевает выходить. В узком пазу во всю ширину фрезы канавки трёхзубой забиваются, и тогда подачу снижают примерно до 60% (так делает калькулятор) или берут две канавки. Первый пробный рез делают на 70–80% расчётной подачи.

Что ломает фрезы чаще всего

• Большой вылет без нужды. Фрезу выдвигают на «запас», а прогиб растёт кубом.
• Малая подача на зуб. Зуб трёт, а не режет: на алюминии нарастает налипший металл, на нержавейке идёт наклёп.
• Покрытие не по материалу. На алюминии с AlTiN металл налипает, а TiB₂ и ZrN создавались именно под цветные металлы.
• Врезание торцом вниз. Центр фрезы режет хуже боковой кромки, поэтому глубокие карманы начинают со спиральной врезки.
• Тонкие конические граверы. Они ломаются от биения и резкого врезания. На латуни берут угол не меньше 30° и полку не меньше 0,2 мм, вылет делают минимальным, обороты максимальными, а заглубление не больше 0,1 мм за проход. Если на разных шпинделях бьёт один и тот же гравёр, виновата заточка партии.
• Грязная цанга и гайка. Стружка под цангой даёт биение, а твёрдый сплав от биения выкрашивается.