Введение

Электроинструмент для деревообработки
Электроинструменты - фрезеры

Фрезер – это электроинструмент с плоской подошвой и вращающимся фрезой, выступающей за пределы подошвы. Шпиндель может приводиться в движение электродвигателем или пневмодвигателем. Фрезер вырезает (выдалбливает) углубления в твердых материалах, таких как дерево или пластик. Фрезеры чаще всего используются в деревообработке, особенно при изготовлении мебели. Они могут быть ручными или устанавливаться на фрезерные столы. Некоторые мастера считают фрезер одним из самых универсальных электроинструментов. Существует также традиционный ручной инструмент, известный как фуганок для фрезерования, разновидность рубанка с широкой подошвой и узким лезвием, сильно выступающим за подошвенную пластину. Фрезерные станки с ЧПУ (CNC) добавляют преимущества числового программного управления (ЧПУ). Ламинатный триммер – это уменьшенная и облегченная версия фрезера. Хотя он предназначен для обрезки ламината, его также можно использовать для небольших фрезерных работ общего назначения. Роторные инструменты также можно использовать аналогично фрезерам с подходящими фрезами и аксессуарами (например, пластиковыми подошвами для фрезеров).

История

До появления электрорутеров для тех же целей часто использовался ручной фрезерный станок. Постепенным шагом к современным электрорутерам стал ручной фрезер с ножным приводом, такой как Barnes Former/Shaper, появившийся в 1877 году. Барнс запатентовал обратимую вращающуюся режущую головку в 1889 году. Первый портативный электрорутер был запатентован в 1906 году Джорджем Келли и выпущен на рынок компанией Kelley Electric Machine Company. Ранние электрические ручные фрезеры были довольно тяжелыми и лишь номинально "портативными". В 1915 году Оскар и Руди Онсруд создали ручной фрезер, работающий на сжатом воздухе, который они назвали Jet Motor Hand Router. В 1930-х годах компания Stanley Works приобрела линейку портативных ручных фрезеров у Роя Л. Картера и выпустила на рынок электрический ручной фрезер с частотой вращения 18000 об/мин, аналогичный современным моделям. Дальнейшее усовершенствование привело к созданию погружного фрезера, изобретенного компанией ELU (ныне часть DeWalt) в Германии около 1949 года. Современные фрезеры часто используются вместо традиционных фуговальных станков или шпиндельных профилефрезеров для декоративной обработки кромок (профилирования) древесины.

Процесс

Фрезерование — это высокоскоростной процесс резки, обработки кромок и придания формы дереву, металлу, пластику и различным другим материалам.

Формирование чипов

Маршрутизация и фрезерование концептуально схожи, и концевые фрезы могут использоваться в маршрутизаторах, однако механика маршрутизации древесины отличается от механики фрезерования металла. Формирование стружки различно, следовательно, оптимальная геометрия инструмента также различна. Маршрутизация применяется к относительно слабым и хрупким материалам, обычно к древесине. Поскольку эти материалы непрочны даже в небольших сечениях, маршрутизаторы могут работать на очень высоких скоростях, поэтому даже небольшой маршрутизатор способен быстро резать. Из-за инерции при таких высоких скоростях нормальный механизм резания древесины с образованием стружки типа I невозможен. Угол режущей кромки затуплённый, приближающийся к 90°, поэтому формируется стружка типа III, а отходы производства образуются в виде мелкой пыли. Эта пыль представляет опасность для органов дыхания, даже при работе с безопасными материалами. Усилие на режущий инструмент невелико, поэтому маршрутизаторами можно работать вручную. При фрезеровании металлов материал относительно пластичен, хотя и остаётся прочным даже в малых масштабах. Формируется стружка типа II, а отходы могут образовываться в виде непрерывной стружки. Силы резания велики, поэтому фрезерные станки должны быть прочными и жесткими, как правило, представляя собой массивные конструкции из чугуна. Промежуточные материалы, такие как пластмассы и иногда мягкий алюминий, могут обрабатываться обоими способами, хотя маршрутизация алюминия обычно является скорее вынужденной мерой, чем производственным процессом, и сопровождается шумом и повышенным износом инструмента.

Характеристики процесса

Маршрутизация обычно применяется к мягким металлам (например, алюминию) и твёрдым неметаллическим материалам. Для выполнения различных узоров, резов и обработки кромок используются специальные фрезы. Сегодня широко распространены как ручные, так и станки с ЧПУ для маршрутизации.

Геометрия заготовки

Маршрутизация – это процесс обработки, позволяющий создавать готовые кромки и формы. Некоторые материалы, которые сложно обрабатывать другими способами, такие как стекловолокно, кевлар и графит, можно аккуратно формовать и отделывать с помощью различных методов маршрутизации. Помимо создания готовых кромок и формовки, маршрутизаторы также позволяют вырезать углубления, отверстия и создавать контуры.

Формование

Фрезерный станок с шпинделем занимает более тонкую позицию в спектре работ, выполняемых фрезерным шпинделем. Это означает, что он способен вырезать пазы, профилировать кромки, а также создавать фаски или скругления на краю деревянной заготовки. Его также можно использовать для вырезания некоторых соединений. Форма выреза определяется размером и формой фрезы (резака), установленной в цанге, а глубина – настройкой глубины подошвы.

Различные роутеры

Существует множество типов фрезеров, некоторые – погружные, некоторые – с D-образной ручкой, некоторые – с двойной ручкой. Различные производители выпускают фрезеры для разных видов работ по дереву, такие как погружные фрезеры, фрезеры с фиксированной базой, комбинированные фрезеры, фрезеры с регулируемой скоростью, ламинатные обрезные фрезеры и фрезерные станки с ЧПУ. В настоящее время большинство качественных фрезеров оснащены регулировкой скорости и имеют погружную базу, которую можно зафиксировать для использования в качестве фрезера с фиксированной базой. Некоторые модели имеют функцию плавного пуска, то есть разгоняются постепенно. Эта функция особенно полезна для фрезеров с большими фрезами. Удерживать 3-сильный фрезер и включать его без плавного пуска потенциально опасно из-за крутящего момента двигателя. Держать его двумя руками – обязательно. Для фрезеров с переключателем включения/выключения важно убедиться, что переключатель находится в положении «выключено» перед подключением к сети. В целях безопасности крупные фрезы обычно можно использовать только во фрезере, установленном на фрезерном столе. Это делает инструмент еще более универсальным и устойчивым. Назначение различных расположений ручек зависит от используемой фрезы. Управление инструментом облегчается разными конфигурациями. Например, при обработке края тонкой столешницы многие пользователи предпочитают D-образную ручку с регулируемой скоростью, так как это обеспечивает лучший контроль и позволяет минимизировать подгорание древесины. Фрезерами можно выполнять множество задач. С помощью различных шаблонов и фрез они способны изготавливать ласточкины хвосты, шиповые соединения, молдинги различных форм, пазы, четверти, филенчатые двери и рамы, вырезать окружности и многое другое.

Особенности современного шпиндельного маршрутизатора

Инструмент обычно состоит из основания, в котором размещен вертикально установленный универсальный электродвигатель с патроном на конце его вала. Фреза регулируется по высоте, чтобы обеспечить ее выступ через отверстие в плоской опорной пластине, обычно путем регулировки высоты установки двигателя (механизм регулировки широко варьируется у разных производителей). Управление фрезером осуществляется с помощью ручек с обеих сторон устройства или более современной "D-образной" ручки. Существует два стандартных типа фрезеров: погружные и фиксированные. При использовании фрезера с погружной базой опорная пластина устанавливается на поверхность заготовки, при этом режущая фреза поднята над заготовкой, затем включается двигатель и фреза опускается в заготовку. При использовании фрезера с фиксированной базой глубина резания устанавливается до включения инструмента. Затем опорную пластину либо прижимают к заготовке, выступая за край, чтобы режущая фреза не касалась заготовки (и затем входит в заготовку сбоку после включения двигателя), либо опорную пластину устанавливают под углом, с фрезой над заготовкой, и фреза "вводится" в заготовку после включения двигателя. В каждом случае фреза врезается в материал, но погружной фрезер делает это более плавно, хотя используемая фреза должна быть сформирована таким образом, чтобы она врезалась в древесину при опускании. Опорная пластина (подошва) обычно имеет круглую форму (хотя это также может варьироваться в зависимости от модели) и может использоваться в сочетании с направляющей, прикрепленной к основанию, которая прижимает фрезер к краю заготовки, или с помощью прямой кромки, закрепленной на заготовке для получения прямого реза. Другие способы управления машиной включают направляющую втулку, закрепленную в основании вокруг фрезы, или фрезы со встроенными направляющими подшипниками. Оба этих элемента скользят по прямой кромке или шаблону. Без этого, из-за различной реакции древесины на крутящий момент инструмента, невозможно обеспечить контроль с обычной требуемой точностью.

Настольный роутер

Маршрутизатор может быть установлен вверх ногами на фрезерном столе или верстаке. Базовая плита маршрутизатора крепится к нижней стороне стола, с отверстием, позволяющим фрезе выступать над поверхностью стола. Это позволяет перемещать заготовку над маршрутизатором, а не маршрутизатор над заготовкой. Это дает преимущества при работе с небольшими деталями и делает некоторые фрезерные операции более безопасными. Фрезерный стол может быть оснащен упором, защитными щитками и другими приспособлениями для направления заготовки, что повышает безопасность и точность работы. Простой фрезерный стол состоит из жесткой столешницы, к которой маршрутизатор прикреплен болтами или винтами непосредственно снизу. Могут быть разработаны более сложные конструкции, позволяющие легко снимать маршрутизатор со стола, а также облегчающие регулировку высоты фрезы с помощью подъемного механизма; существует широкий ассортимент коммерчески доступных систем. В этом режиме маршрутизатор может выполнять задачи, аналогичные шпиндельному станку. Для небольших и легких работ маршрутизатор, используемый таким образом, может быть более удобным, чем шпиндельный станок, а настройка занимает меньше времени. Также для маршрутизатора доступен гораздо более широкий выбор профилей фрез, хотя их размер ограничен. Фрезерный стол обычно ориентирован таким образом, чтобы фреза была вертикальной, а стол, над которым перемещается заготовка, – горизонтальным. Существуют и другие варианты, например, горизонтальный фрезерный стол, в котором столешница остается горизонтальной, но маршрутизатор установлен вертикально над столом, так что фреза режет сбоку. Этот вариант предназначен для обработки кромок, таких как профилирование кромок и фрезерование пазов.

Доступные резцы

Фрезы для маршрутизаторов выпускаются в широком разнообразии конструкций для создания как декоративных эффектов, так и вспомогательных элементов для соединений. Как правило, они классифицируются как быстрорежущая сталь (HSS) или с твердосплавной напайкой, однако некоторые недавние разработки, такие как цельнокарбидные фрезы, обеспечивают еще большее разнообразие для специализированных задач. Помимо материала изготовления, фрезы могут быть классифицированы как кромочные или некромочные, а также по наличию защиты от обратного удара. Кромочные фрезы имеют небольшой опорный подшипник, который служит упором при изготовлении кромочных профилей. Эти подшипники можно заменять, используя коммерчески доступные комплекты подшипников. Замена подшипника фактически изменяет диаметр режущей кромки. Это особенно важно при изготовлении четвертей/фальцев. Некромочные фрезы требуют использования упора, либо на фрезерном столе, либо прикрепленного к заготовке или маршрутизатору. Фрезы с защитой от обратного удара имеют дополнительный нережущий материал по окружности плеч фрезы, который ограничивает скорость подачи. Это снижает вероятность слишком глубокого погружения заготовки во фрезу (что приведет к значительному обратному удару из-за неспособности режущей кромки компенсировать это). Фрезы также различаются по диаметру хвостовика, наиболее распространенными являются хвостовики диаметром 1/2 дюйма, 12 мм, 10 мм, 3/8 дюйма, 8 мм и 1/4 дюйма и 6 мм (в порядке убывания толщины). Фрезы с хвостовиком 1/2 дюйма стоят дороже, но, будучи более жесткими, менее подвержены вибрации (обеспечивая более чистый рез) и менее склонны к поломке, чем фрезы меньшего размера. Необходимо убедиться, что размеры хвостовика фрезы и патрона маршрутизатора точно совпадают. Несоблюдение этого требования может привести к необратимому повреждению одного или обоих элементов и к опасной ситуации, когда фреза выскочит из патрона во время работы. Многие маршрутизаторы поставляются со сменными патронами для популярных размеров хвостовиков (в США 1/2 и 1/4 дюйма, в Великобритании 1/2 дюйма, 8 мм и 1/4 дюйма, а в Европе – метрические размеры), хотя в США размеры 3/8 дюйма и 8 мм часто доступны только за дополнительную плату. Многие современные маршрутизаторы позволяют изменять скорость вращения фрезы. Более медленное вращение позволяет безопасно использовать фрезы большего диаметра. Типичные скорости вращения составляют от 8000 до 30000 об/мин. Фрезы для маршрутизаторов могут быть изготовлены практически любого воображаемого профиля. Можно заказать изготовление фрез по индивидуальному заказу. Они особенно полезны при реставрации домов, когда производство оригинальной отделки и профилей прекращено. Иногда дополнительные фрезы поставляются в комплектах, предназначенных для облегчения изготовления соединений, используемых в конструкции рамочных панелей. Одна фреза предназначена для вырезания паза в деталях рамы и стойках, а другая формирует край панели для плотного прилегания к пазу.

Маршрутизатор с ЧПУ

CNC-рутер для дерева – это компьютерное управляемое оборудование, на которое крепится фрезер или шпиндель. Станок с ЧПУ может быть выполнен в виде подвижной портальной системы, где стол неподвижен, а шпиндель фрезера перемещается над ним, либо в конструкции с фиксированным мостом, где стол перемещается под шпинделем фрезера, либо в ручном исполнении, где оператор перемещает станок в зону реза, а машина контролирует точные настройки. Для создания детали на компьютере используется программирование в программном обеспечении CAD/CAM, а затем генерируется траектория движения инструмента, по которой станок будет вырезать деталь. Станок с ЧПУ перемещается по трем осям (X, Y, Z). Большинство CNC-рутеров оснащены системой привода с тремя двигателями, использующими серво- или шаговые двигатели. Более продвинутые рутеры используют четырехмоторную систему для увеличения скорости и точности.

Аналогичные инструменты

Ламинатный триммер – это инструмент, похожий на фрезер, но предназначенный для установки более мелких фрез, что облегчает его использование для небольших работ. Связанный инструмент, называемый шпиндельный станок (Великобритания) или шапер (Северная Америка), используется для установки более крупных режущих головок и может применяться для более глубоких или больших по диаметру прорезей. Другой похожий станок – пин-роутер, более крупная стационарная версия ручного фрезера, но обычно оснащенная гораздо более мощным двигателем и другими функциями, такими как автоматическое копирование по шаблону. Некоторые профильные фрезы используют режущую головку, напоминающую шпиндельный фрезер. Их не следует путать с профильными резаками для резки стальных листов, в которых для резки используется пламя.