Технологии и возможности фрезерования

28 августа 2025

Фрезерование — один из самых технологически насыщенных и динамичных процессов в металлообработке. В отличие от точения, где заготовка вращается, здесь вращается инструмент — фреза, а деталь совершает поступательное движение. Это позволяет обрабатывать плоские, фасонные, пазовые и пространственные поверхности, недоступные для токарной обработки. Современное фрезерование — это не просто снятие слоя металла. Это высокоточная, многокоординатная операция, требующая понимания механики резания, динамики системы СПИД (станок — приспособление — инструмент — деталь), термодеформаций и цифровой интеграции.

Развитие фрезерных технологий идёт по нескольким направлениям: повышение скорости съёма металла, увеличение точности, переход к 5-осевой обработке, внедрение адаптивных систем и интеграция в гибкие производственные системы (ГПС). На переднем крае этих изменений — станки, способные работать с жаропрочными сплавами, титаном, композитами и обеспечивать квалитеты 5–6 при шероховатости Ra ≤ 0,8 мкм.

Основные виды фрезерования

Фрезерование классифицируется по направлению подачи относительно вращения фрезы и типу обработки.

Попутное и встречное фрезерование

• Попутное — направление подачи совпадает с направлением вращения фрезы. Начальный контакт — при минимальной толщине среза. Преимущества: меньшие вибрации, стабильность процесса, меньший износ инструмента. Применяется при чистовой обработке.
• Встречное — подача против вращения. Контакт начинается с максимальной толщиной среза. Повышенная нагрузка на зуб, риск «зарезания». Используется при черновом фрезеровании на станках с высокой жёсткостью.

Типы обработки

• Концевое фрезерование — обработка торцом фрезы. Формирование плоскостей, карманов, уступов.
• Периферийное фрезерование — обработка боковой поверхностью фрезы. Применяется для обработки пазов, шлицев, фасонных поверхностей.
• Глубокое фрезерование — обработка с глубиной резания более 2D диаметра фрезы. Требует высокой жёсткости и эффективного отвода стружки.
• Высокоскоростное фрезерование (HSM) — высокие обороты (до 42 000 об/мин), малая глубина резания, высокая подача. Уменьшает тепловложение, повышает чистоту поверхности.
• Адаптивное фрезерование — траектория корректируется в реальном времени для равномерной нагрузки на инструмент. Особенно эффективно при черновой обработке фасонных деталей.

Фрезерные станки: от консольных до 5-осевых обрабатывающих центров

Современные фрезерные станки делятся на несколько классов по конструкции и функциональности.

Горизонтально-фрезерные станки

Шпиндель расположен горизонтально. Применяются для обработки широких плоскостей, пазов, шлицев. Часто оснащаются поворотным столом и делительной головкой. Отличаются высокой жёсткостью и возможностью установки составных фрез.

Вертикально-фрезерные станки

Шпиндель вертикальный. Универсальны для обработки карманов, контуров, отверстий. Могут быть консольными (с выдвижной консолью) и бесконсольными (портальными). Последние — более жёсткие, применяются в тяжёлом машиностроении.

Обрабатывающие центры с ЧПУ

Современный стандарт. Могут быть 3-, 4- и 5-осевыми. Оснащены:

• Автоматической сменой инструмента (ATC)
• Системами измерения детали и инструмента (Renishaw, Blum)
• Термокомпенсацией
• Высокоскоростными шпинделями (до 42 000 об/мин)
• Системами удаления стружки и СОЖ

Позволяют выполнять комплекс операций: фрезерование, сверление, расточку, нарезание резьбы — без перебазирования.

5-осевые обрабатывающие центры

Представляют собой высший уровень фрезерной обработки. Все пять осей (X, Y, Z, A, B или C) участвуют в интерполяции, что позволяет обрабатывать сложные 3D-поверхности за одну установку.

Применяются в:

• Аэрокосмической промышленности — лопатки турбин, элементы шасси
• Медицине — имплантаты, хирургические инструменты
• Пресс-формах и матрицах — для литья под давлением
• Энергетике — детали паровых и газовых турбин

Ключевые требования: высокая динамика, точность позиционирования (±2–3 мкм), повторяемость, жёсткость станины, стабильность кинематики.

Оборудование Maschinenfabrik Berthold HERMLE AG: эталон высокоточной обработки

Немецкая компания Maschinenfabrik Berthold HERMLE AG — один из лидеров в производстве 5-осевых обрабатывающих центров. Её станки (серии C, U, G) используются в самых требовательных отраслях: авиастроение, медицина, приборостроение, штамповое производство.

Конструктивные особенности станков HERMLE

• Станина из полимербетона (Mineral Cast) — обеспечивает высокую демпфирующую способность, устойчивость к температурным деформациям, вибростойкость. Полимербетон имеет коэффициент теплового расширения в 5 раз ниже, чем чугун.
• Кинематика с наклонно-поворотным столом — позволяет обрабатывать детали под любым углом без потери доступа. Стол вращается вокруг осей A и C, что обеспечивает широкий угол обзора и минимизирует риск коллизий.
• Высокоскоростные шпиндели — с керамическими подшипниками, частотой вращения до 30 000 об/мин (в моделях HSC), крутящим моментом до 180 Нм. Возможна работа с твёрдосплавными и CBN-фрезами.
• Жёсткая конструкция шпиндельной бабки — с коротким вылетом, что снижает вибрации при глубоком фрезеровании.
• Система термокомпенсации — датчики температуры в узлах станка корректируют положение осей в реальном времени.

Модели, такие как HERMLE C 800 U, оснащаются ЧПУ Siemens Sinumerik 840D, поддерживающим 5-осевую непрерывную интерполяцию, NURBS, адаптивное фрезерование и интеграцию с CAD/CAM-системами (Siemens NX, CATIA, Mastercam).

Технологические возможности станков HERMLE

Станки HERMLE не просто фрезеруют — они обеспечивают прецизионную обработку в условиях, где другие станки дают брак.

Обработка жаропрочных сплавов

При фрезеровании сплавов типа ХН77ТЮР, Inconel 718, Waspaloy требуется высокая жёсткость и стабильность. Станки HERMLE справляются с этим за счёт:

• Мощного шпинделя с высоким крутящим моментом на низких оборотах
• Оптимизированной подачи СОЖ под давлением (до 70 бар)
• Использования твёрдосплавных фрез с покрытием TiAlN или AlCrN

На одном из предприятий по производству деталей ГТД внедрение HERMLE C 32 U позволило снизить время обработки лопатки компрессора с 14,5 до 6,8 часов при сохранении точности ±5 мкм.

Адаптивное и HSM-фрезерование

Система HERMLE HSC Technology оптимизирует траекторию для равномерной нагрузки на инструмент. Это позволяет:

• Снизить износ фрезы на 30–40%
• Увеличить скорость подачи
• Избежать вибраций при обработке тонкостенных деталей

Интеграция с CAM-системами позволяет генерировать адаптивные траектории непосредственно из 3D-модели.

Обработка тонкостенных деталей

При обработке лопаток, решёток, корпусов из титана или алюминиевых сплавов критична жёсткость СПИД. HERMLE решает это за счёт:

• Высокой демпфирующей способности полимербетона
• Точного баланса шпинделя и инструмента
• Использования коротких и жёстких державок
• Программного ограничения глубины резания

На станках HERMLE реализованы режимы Low Force Machining — с минимальной силой резания, что исключает деформацию заготовки.

Инструмент и режимы резания

Фрезерование на станках HERMLE требует соответствующего инструмента.

Типы фрез:

• Торцевые фрезы с МКП — для обработки плоскостей
• Концевые фрезы — цельные твёрдосплавные или сборные
• Фасонные и T-образные фрезы — для пазов и шлицев
• Борштанги с антивибрационными вставками — для глубокого фрезерования

Материалы режущих пластин: PVD- и CVD-покрытия (TiN, TiCN, Al₂O₃, TiAlN), CBN, алмаз — в зависимости от материала заготовки.

Режимы резания рассчитываются по формулам:

• Скорость резания: V = π × D × n / 1000 (м/мин)
• Подача на зуб: fz
• Подача на оборот: f = fz × z (z — число зубьев)
• Объём съёма металла: Q = ae × ap × f (ae — ширина, ap — глубина)

На станках HERMLE с ЧПУ режимы задаются в CAM-системе и передаются в УП без ручной коррекции.

Интеграция в цифровой контур производства

Станки HERMLE — не «островки», а узлы цифрового предприятия.

Поддерживаемые технологии:

• OPC UA — для обмена данными с MES и ERP
• MTConnect — стандарт агентного доступа к данным станка
• Digital Twin — виртуальная модель станка для симуляции обработки, проверки на коллизии
• Remote Maintenance — удалённая диагностика и поддержка инженерами HERMLE
• Shopfloor Integration — прямая загрузка УП из Siemens Teamcenter

На заводе по производству пресс-форм для автомобильной промышленности линия из трёх станков HERMLE C 500 G интегрирована в MES-систему. Все данные: время работы, простои, количество деталей, износ инструмента — поступают в реальном времени. Это позволяет планировать профилактическое обслуживание и оптимизировать загрузку.

Обслуживание и эксплуатация

Даже самый совершенный станок требует грамотного ухода.

Регламент для станков HERMLE включает:

• Ежедневную очистку стружки, фильтров СОЖ, направляющих
• Проверку натяжения ремней, состояния шпиндельного узла
• Контроль геометрической точности по ISO 230-2 раз в 6 месяцев
• Калибровку щупов, датчиков температуры, системы термокомпенсации
• Анализ вибраций и тока шпинделя — для предиктивного обслуживания

HERMLE предоставляет полный пакет сервиса: от выездных инженеров до онлайн-диагностики. Это критично для оборудования, где простои стоят десятки тысяч рублей в час.

Применение в различных отраслях

Отрасль	Тип деталей	Особенности обработки на HERMLE
Авиация	Лопатки, диски, элементы шасси	5-осевое HSM-фрезерование, обработка титана и Inconel
Медицина	Имплантаты, хирургические инструменты	Прецизионная обработка, шероховатость Ra ≤ 0,4
Пресс-формы	Матрицы, пуансоны	Фрезерование сложных контуров, полировка на станке
Энергетика	Детали турбин, корпуса насосов	Обработка крупногабаритных заготовок, высокая жёсткость
Автомобилестроение	Оснастка, прототипы	Быстрая переналадка, интеграция с CAD

Будущее фрезерования: интеллект и автономность

Тренды, реализуемые на станках HERMLE:

• AI в ЧПУ — самообучение, оптимизация режимов, прогнозирование износа инструмента
• Автономные ячейки — станок, робот, система контроля, MES — как единый узел
• Гибридные технологии — фрезерование + 3D-печать металлом
• Энергоэффективность — рекуперация энергии при торможении шпинделя

Станки HERMLE уже сейчас поддерживают многие из этих направлений, что делает их не просто оборудованием, а инвестициями в технологическое будущее.

Фрезерование — это не просто операция, а технологический фронт, где каждый микрон, каждый ватт и каждая секунда имеют значение. Оборудование, такое как станки от Maschinenfabrik Berthold HERMLE AG, демонстрирует, что высокая точность, производительность и надёжность достигаются не за счёт компромиссов, а за счёт системного подхода к конструкции, материалам и цифровой интеграции. Для предприятий, где качество и стабильность — приоритет, HERMLE становится не выбором, а стандартом.