Гравёры и конические фрезы: как читать артикул, почему ломаются кончики и когда точить

Что такое гравёр и чем он отличается от обычной фрезы

Коническая фреза-гравёр заточена в острие и режет вершиной и боковыми кромками. Её используют для рельефной гравировки по дереву, акрилу, ПВХ и латуни, для V-образных канавок под сгиб, для надписей и контуров на табличках. В отличие от концевой фрезы, у неё диаметр реза меняется с глубиной. Это и удобно, и опасно: оператор думает о толщине линии, а ломает инструмент, потому что кончик тоньше волоса.

Параметры, которые нужно знать до покупки.

• Угол при вершине (общий угол), обычно 10, 15, 20, 30, 45, 60, 90°. Именно полный угол между двумя кромками, а не половинный. Путаница полного и половинного угла даёт канавку не той ширины.
• Площадка (пятка) T, ширина плоскости на кончике: 0,05–0,1 мм у тонких, 0,2–0,3 мм у универсальных.
• Хвостовик: чаще всего 3,175 мм (1/8 дюйма), также 4 и 6 мм. Он должен совпадать с цангой.
• Длина режущей части определяет, какой глубины канавку можно вырезать, и влияет на вылет.

Как читать артикул

У каждого производителя своя система маркировки, универсального стандарта нет. На примере популярного у фрезеровщиков гравёра DJTOL с артикулом AJ3.3002 характеристики по описаниям розничных продавцов такие: серия A, хвостовик 3,175 мм, полный угол 30°, площадка 0,2 мм, общая длина 38 мм. Операторы в обсуждениях разбирали тот же артикул без точки, AJ33002, и сходились на таком чтении: «3» хвостовик 3,175 мм, «30» угол, «02» площадка 0,2 мм.

Это не правило, а наблюдение по одной линейке. У других производителей угол и площадка могут стоять в другом порядке, а цифры означать другое. Поэтому перед заказом:

1. Откройте таблицу характеристик в карточке товара, а не угадывайте по шифру.
2. Проверьте, что указан именно полный угол.
3. Сверьте диаметр хвостовика с цангами станка.
4. Сохраните артикул в записях к программе: при замене партии параметры инструмента в CAM придётся править.

Ширина линии по глубине

Ширину V-образной канавки считают по формуле:

w = T + 2·h·tan(A/2),

где T площадка, h глубина врезания, A полный угол. Обратная задача: глубина для нужной ширины h = (w − T) / (2·tan(A/2)).

Из таблицы видно, зачем нужны разные углы. Для тонкой гравировки глубиной 0,1–0,3 мм берут узкие углы: линия получается тонкой, а профиль глубоким. Для широких надписей и канавок под сгиб ПВХ выбирают 60–90°, чтобы не уходить в глубину. Подбор нужно проверять пробной вырезкой: фактическая ширина зависит от износа и биения.

В CAM-программе угол вводят по паспорту, но практики подбирают поправку опытным путём. В одном случае операторы советовали вводить в ArtCAM угол на 0,5–1° больше паспортного, в другом при подрезке углов рекомендовали на 1–1,5° меньше. Единого правила нет: эти поправки зависят от программы и от того, как она строит траекторию. Начинают с паспортного значения и меняют его после пробной вырезки на отходе.

Какой угол и площадку брать под материал

Для латуни операторы советуют ещё несколько условий: максимальные обороты шпинделя, минимальный вылет инструмента, заглубление не более 0,1 мм за проход и обязательную проверку биения. Для мелкого инструмента практики не ставят обороты в самый максимум: около 80 % от предельных, потому что на пределе страдают подшипники шпинделя.

Почему ломаются кончики

Причины по убыванию частоты, как их называют операторы, которые с этим сталкивались.

1. Биение. Если кончик бьёт на сотые доли миллиметра, нагрузку принимает одна сторона площадки шириной 0,1–0,2 мм. Бьёт чаще цанга, а не шпиндель: изношенная цанга, грязь в конусе, гайка, затянутая с перекосом.
2. Резкое врезание. Гравёр нельзя опускать в материал вертикально с рабочей подачей. Вертикальный заход делают на малой подаче, а лучше врезаются наклонно или по спирали.
3. Лишний вылет. Чем больше вылет, тем сильнее изгиб. От режущей части до гайки оставляют около полутора диаметров инструмента, а выступ берут не больше нужного для глубины. Подробнее о вылете и цангах написано в статье про фрезы по металлу.
4. Подача не по диаметру. Слишком быстрая подача ломает кончик, слишком медленная при высоких оборотах трёт и греет: инструмент чернеет, материал плавится.
5. Слишком узкий угол для твёрдого материала. Тонкий 10–20° в металле не живёт: стенка слишком тонка.
6. Дефект партии. Дешёвые гравёры нестабильны по заточке, у части пятка бьёт относительно хвостовика. Если от нового инструмента кончик ломается сразу, проверьте партию: возьмите гравёр из другой коробки.

Сначала проверьте биение: закрепите гравёр в цанге, подведите индикатор к конусной части и прокрутите шпиндель рукой при выключенном питании. Норму для мелких инструментов называют по сотым долям миллиметра, а для площадки 0,1–0,2 мм чем меньше, тем лучше. Если индикатор показывает больше, меняйте цангу и чистите конус; если биение осталось, виноват шпиндель.

Обороты, подача и глубина: исходные значения

Формула подачи общая для всех фрез: F = n × z × fz, где n обороты, z число кромок, fz подача на зуб. Подробный расчёт приведён в статье о режимах резания при фрезеровании. Для гравёра с одной-двумя кромками и мелким кончиком подачу на зуб берут малую.

Пример для ориентира: гравёр 30°, площадка 0,2 мм, две кромки, МДФ, 16 000 об/мин, подача на зуб 0,02 мм. F = 16 000 × 2 × 0,02 = 640 мм/мин. Это стартовое значение для пробной вырезки на отходе, а не режим из паспорта: ответы практиков по подаче расходятся в разы, и проверять нужно на своём станке. Двухкромочный гравёр при тех же оборотах и подаче на зуб идёт вдвое быстрее однокромочного: подача растёт с числом зубьев.

Признаки неверного режима: нагар и запах гари на дереве (подача мала или инструмент тупой), оплавление на акриле (то же), рваная кромка и пятна (затупление), чёрный цвет кончика (перегрев).

У станков настольного класса, например у Wattsan Mini 0404 и 0609 с водяным шпинделем 1,5 кВт, мощности для гравёра хватает с запасом, а решает биение: площадка 0,2 мм не прощает износа цанги. У шпинделя с заметным осевым и радиальным люфтом любая гравировка получается неровной.

Когда точить, а когда менять

Сначала признаки затупления: кромка начинает трясти, на торце появляется ворс, материал темнеет, подача, которая шла вчера, сегодня вызывает вибрацию. Ресурс гравёра по паспорту посчитать нельзя: он зависит от материала, оборотов и биения. Практики советуют вести собственную статистику: сколько метров или часов выдержал инструмент на конкретном материале, и менять его с запасом, не доводя до чернения.

Кустарная заточка легко сбивает геометрию конуса, и после неё гравёр режет неровно. Если кончик отломился, оставшаяся часть превращается в обычную фрезу с широкой площадкой: линия получается шире, чем рассчитано в CAM.

Короткий порядок проверки нового гравёра

Когда нужен инженер

Если после замены цанги и чистки конуса биение не уходит, дело в подшипниках шпинделя или перекосе посадочного гнезда. Диагностику лучше отдать сервису. У продавцов с собственной сервисной службой, вроде Lasercut, пусконаладку и ремонт делают и для станков, купленных у других поставщиков, по условиям сервиса. О выборе шпинделя с нужным биением написано в статье про шпиндели для фрезера.