Качество выпускаемой продукции, производительность труда, эффективность использования оборудования, т.е. практически все факторы, влияющие на себестоимость производства, существенно зависят от правильного выбора инструмента. Для оказания помощи производителям деревянных окон ниже описан порядок выбора типа, основных параметров и рациональных режимов эксплуатации дереворежущих насадных фрез, используемых для профилирования брусков, зарезки шипов и проушин, обработки собранных створок по периметру. При этом мы стремились, исходя из многолетнего опыта общения с производителями окон, ответить на наиболее часто возникающие у них вопросы.

Прежде всего, следует сказать, что тип, параметры и номенклатура фрез зависят от конструкции окна, используемого технологического оборудования и применяемой фурнитуры.
  На рис.1 показано сечение одностворчатого окна со стеклопакетом.   Эта наиболее современная конструкция, получившая в обиходе наименования евро-окна, выгодно отличается от традиционных раздельной и спаренной конструкций как по технологичности, так и по эксплуатационным характеристикам. Данный конкретный типоразмер с брусками створки и коробки сечением 80х80 мм, двухкамерным стеклопакетом шириной 44 мм, качественными и доступными фурнитурой 18-12/9 (фирм Roto, Siegenia, Maco), двойным резиновым уплотнением Deventer, водоотводным профилем Guttman. Приведенное тепловое сопротивление не ниже 0.7 м²К/Вт, уровень звукоизоляции не менее 35 Дб. Конструкция исключает возможность примерзания уплотнителя к металлическому отливу.
Данная конструкция может быть реализована в самых различных модификациях (окна прямоугольные или арочные; с глухими, поворотными и поворотно-откидными створками; без импоста и с импостом, установленным на контрпрофиль или в долбленый паз; с установкой отлива, внутреннего и наружного подоконников или без них; с филенчатой балконной дверью и др.). Важным является возможность достижения единообразия зрительного восприятия всех видов створок и балконной двери, что позволяет снизить среднюю стоимость квадратного метра окна за счет увеличения количества глухих створок (фальшстворок).

Выбор номенклатуры фрез для обработки окон определяется имеющимся технологическим оборудованием, разнообразием изготавливаемых окон и, конечно, финансовыми возможностями потребителя. При ограниченных финансовых возможностях наиболее правильным нам представляется вариант приобретения минимального комплекта с последующим постепенным его наращиванием по мере усложнения решаемых задач и появления средств на приобретение дополнительных блоков фрез.
  В зависимости от имеющегося в наличии оборудования могут применяться различные варианты технологии изготовления окон. В таблице 1 рассмотрено семь наиболее типичных вариантов, базирующихся на применении универсальных дереворежущих станков (фрезерных, шипорезных, четырехсторонних продольно-фрезерных) или специализированных обрабатывающих центров (ОЦ).
Применяемое технологическое оборудование определяет не только номенклатуру необходимых фрез, но их количество и исполнение. Под исполнением мы понимаем направление вращения фрез при работе. Правое исполнение (R) - фрезa вращается против часовой стрелки, левое исполнение (L) - по часовой стрелке.
  В таблице 2 приведен практически полный перечень фрез для обработки деревянных окон. По таблице можно определить номенклатуру, исполнение и количество фрез в комплектах "Старт" (С), "Мастер" (М) и "Универсал" (У).
  Минимально возможный комплект "Старт", позволяет изготавливать полноценные прямоугольные оконные блоки с импостом, поворотными и поворотно-откидными створками. При использовании фрезерных станков (технология I) комплект включает 10 блоков фрез. Цена такого комплекта с НДС при числе зубьев фрез z=2 порядка 4450 УЕ. При этом импост крепится в предварительно выдолбленный паз бруска, брусок коробки без наружных пазов. В комплекте нет специальных фрез для обработки пазов под подоконник и отлив, филенки балконной двери.
Более полный комплект "Мастер" по той же технологии I включает 16 блоков для изготовления прямоугольных окон. Приобретя этот комплект (при z=2 стоимость порядка 7600 УЕ), можно изготовить любое прямоугольное окно, в том числе безимпостное, с подоконником и отливом, а также с глухими створками.
  Комплект "Универсал" позволяет изготавливать все без исключения виды окон с разнообразными фальшстворками, с внутренним и (или) наружным подоконником и отливом, филенчатую балконную дверь и т.д. Наиболее полный вариант этого комплекта включает 48 блоков фрез и при использовании двухсторонних обрабатывающих центров (технология IV) обеспечивает максимально возможную производительность. Стоимость этого комплекта порядка 22000 УЕ.
При использовании технологий IV,V,VI число фрез может отличаться от указанного в таблице, как в большую, так и в меньшую стороны в зависимости от конструктивных особенностей имеющегося обрабатывающего центра. При этом следует принимать во внимание, что варианты с большим количеством фрез хотя и дороже, но зато имеют более широкие технологические возможности, позволяют увеличить производительность обработки и срок службы инструмента.
Для профильной обработки брусков и створок могут применяться насадные фрезы различных конструкций: цельные (затылованные стальные или с напаянными пластинками твердого сплава) и сборные со сменными затачиваемыми (стальными или оснащенными твердым сплавом) ножами или с неперетачиваемыми поворотными пластинками твердого сплава. Применение фрез со стальными режущими элементами сегодня оправдано лишь при малых (не более 100 кв.м. в месяц) объемах производства окон, не требующих высокой точности обработки.
  Цельные напаянные пластинками твердого сплава фрезы, обладая достаточно высокой стойкостью, имеют существенный недостаток: по мере переточек уменьшается диаметр фрезы и искажается профиль режущей кромки. Поэтому при их эксплуатации приходится терять достаточно много времени для настройки станка на размер. Кроме того, при каждой заточке размеры профиля по ширине искажаются на 0,03-0,04 мм, что ограничивает число допустимых переточек до 10 при высоких требованиях к точности обработки.
  Сборные фрезы с перетачиваемыми твердосплавными ножами имеют практически те же недостатки; разница лишь в том, что трудоемкая операция настройки станка на размер заменяется не менее трудоемкой операцией точной регулировки ножей на требуемый диаметр резания фрезы.
  Перетачиваемые фрезы с напаянными пластинками твердого сплава могут быть рекомендованы для изготовления окон раздельной и спаренной конструкций на универсальных станках и специальных автоматических линиях типа ОК.

  Следует иметь в виду, что эксплуатационные достоинства одностворчатых окон со стеклопакетом могут быть реализованы только при высокой точности обработки. Раздельная и спаренная конструкции не предъявляют таких высоких требований к точности изготовления деталей и узлов окон.
 
  Применяя современные обрабатывающие центры, а также изготавливая одностворчатые окна на любом оборудовании, следует применять сборные фрезы с механическим креплением многогранных поворотных неперетачиваемых пластин твердого сплава. При затуплении режущей грани пластину поворачивают. Эту процедуру можно повторять 2-4 раза в зависимости от числа режущих граней пластины; полностью использованные пластины заменяют новыми.   При обработке сложных профилей инструмент является составным: несколько (обычно от 2 до 5) фрез закрепляются на единой соединительной втулке, служащей для посадки блока фрез на шпиндель станка. В современных обрабатывающих центрах для изготовления деталей и узлов столярно-строительных изделий рабочая длина шпинделя достигает 600 мм и позволяет закреплять на нем несколько блоков фрез.
  Фрезы с многогранными поворотными неперетачиваемыми пластинами, являясь наиболее современными, имеют следующие несомненные достоинства:
постоянство размеров фрез в процессе их эксплуатации позволяет существенно упростить настройку станка на размер при переходе на обработку новой детали и повысить точность обработки;
простота подготовки фрез к работе, сводящаяся к одной операции поворота и закрепления пластины;
высокая стойкость инструмента, связанная с отсутствием перегрева пластин при пайке их на корпус.
  Однако фрезам с поворотными пластинами твердого сплава присущи и недостатки:
корпуса и гнезда под пластины должны быть изготовлены с высокой точностью, что существенно удорожает инструмент;
высокая стоимость эксплуатации инструмента, что особенно важно для потребителей, т.к. за год обычно расходуется 3-4 комплекта пластин;
  Правильный выбор основных параметров и конструкции инструмента позволяет максимально использовать достоинства и снизить недостатки фрез.
  При выборе числа зубьев фрезы Z следует учитывать, что с увеличением числа зубьев возрастает не только допустимая по качеству обработки скорость подачи, но и стоимость фрезы, затраты на ее эксплуатацию и мощность резания. При постоянных скорости подачи заготовки и частоте вращения фрезы с увеличением числа зубьев до определенного предела улучшается качество обработанной поверхности. Однако чрезмерное увеличение Z может привести к обратному результату, т.к. при слишком тонких стружках зубья не срезают, а подминают (провальцовывают) материал. Применительно к обработке деталей и узлов оконных блоков оптимальное число зубьев фрез можно определить по частоте вращения инструмента и скорости подачи заготовки (таблица 3).

Диаметр фрезы D должен быть минимальным (меньше масса, неуравновешенность и стоимость инструмента), но достаточным для размещения требуемого количества режущих элементов. Возможный диапазон диаметров фрезы определяется по паспорту станка. Комплект инструмента для обработки окон обычно имеет одинаковый базовый диаметр фрез Dбаз, например 140 мм. Это позволяет при смене инструмента не перестраивать станок. Тогда наружный диаметр фрезы D = Dбаз + 2Нпр, гдеНпр - максимальная глубина обрабатываемого профиля.
  Диаметр посадочного отверстия фрезы d равен диаметру шпинделя при непосредственной посадке фрезы на шпиндель станка. При использовании переходных втулок диаметру шпинделя должен соответствовать внутренний, а диаметру отверстия в корпусах фрез - наружный диаметр этих втулок.
Важнейший показатель качества режущего инструмента - стойкость - зависит в первую очередь от свойств инструментального материала. Износ дереворежущего инструмента происходит путем истирания рабочей части режущего элемента и выкрашивания лезвия. Поэтому инструментальный материал должен сочетать высокую твердость с высокой прочностью на изгиб. В таблице 4 приведены химический состав и механические свойства наиболее применяемых в дереворежущем инструменте марок твердого сплава.

  Как видно из таблицы 4, твердый сплав марок H6N, H15N и особенно H10F при аналогичном химическом составе по механическим свойствам существенно превосходят марки типа ВК.
Сопоставление свойств различных марок твердых сплавов с ценами на них позволяет рекомендовать для насадных дереворежущих фрез (напайных и с механическим креплением поворотных пластин) марку H6N. При изготовлении концевых фрез, работающих в тяжелых условиях, например при обработке гнезд под замок и личинку, оправдано применение монолитных фрез из стержней твердого сплава марки H10F.
  Угол заточки зуба твердосплавной фрезы должен быть не менее 50°. Для предотвращения пригорания обрабатываемой поверхности задний угол устанавливают для основной режущей кромки 10-15°, для боковой режущей кромки порядка 5°.
Большая масса инструмента, особенно при установке одновременно нескольких блоков, создает значительные нагрузки на шпиндель станка, снижает его ресурс и предъявляет жесткие требования к снижению массы инструмента даже при динамической его балансировке. Радикальным решением является изготовление корпусов фрез из легких сплавов. Именно по этому пути пошел «Инфлекс», освоив изготовление сборных фрез с корпусами из термически обработанного алюминиевого сплава. Снижение массы фрез почти в 3 раза, решая указанные выше проблемы повышения долговечности оборудования, существенно упрощает процедуру ручной замены фрез на шпинделе станка.
  Периодичность поворота (замены) пластин зависят от периода стойкости и ресурса инструмента. Период стойкости режущей кромки характеризует максимально возможное время ее работы, в течение которого качество обработки, силы и мощность резания остаются в допустимом диапазоне. Во многих случаях более удобной характеристикой периода стойкости является полезная работа, которую режущая кромка может выполнить за этот промежуток времени. Полезная работа оценивается в единицах, принятых в том или ином конкретном технологическом процессе. В нашем случае это кв. метры
Расчеты стойкости выполнены при следующих условиях: длина каждого бруска 1 м, ширина 80 мм, подача на зуб при профилировании 0,5 мм, при зарезании шипов 0,3 мм, базовый диаметр фрез 140 мм, материал зуба - твердый сплав марки Н6N. Глубина профиля Н=0 соответствует плоскому цилиндрическому фрезерованию с припуском на обработку 2 мм.
  Для определения периода стойкости фрезы стойкость одной кромки, определенную по таблице 5, умножают на число зубьев фрезы.
Зубья фасонной фрезы, обрабатывая профиль разной глубины, изнашиваются с разной интенсивностью и, соответственно, имеют различные периоды стойкости. Напаянный зуб приходится целиком затачивать, когда предельного состояния достиг самый неблагоприятный участок режущей кромки, что снижает стойкость и ресурс инструмента. Неперетачиваемые пластины профильной фрезы также изнашиваются неравномерно, но есть возможность замены не всех, а только достигших предельного износа пластин.
  Стоимость комплекта пластин твердого сплава крайне важна для экономики изготовления окон. Стоимость неперетачиваемой пластины определяется ее массой и маркой твердого сплава. О выборе марки твердого сплава сказано выше. Использование массивных пластин зачастую несколько упрощает конструкцию фрезы, но существенно удорожает стоимость комплекта пластин. Здесь важно найти оптимальное решение.
  За счет оригинальных конструктивных решений один наиболее дешевый тип четырехгранной пластины используется для таких разных целей, как снятие фаски, подрезание волокон, обработка плоских поверхностей и закруглений. Дорогостоящие монолитные твердосплавные пластины для обработки узких ( от 3 до 8 мм) пазов заменены на стальные с напаянными пластинками твердого сплава. Все это позволило в 1,5-2 раза сократить стоимость комплекта пластин по сравнению с зарубежными аналогами.
  Сужение номенклатуры используемых во фрезах «Инфлекс» пластин до 7 типоразмеров не только облегчает их комплектацию, но и позволяет унифицировать конструкцию фрез. Унификация конструкций в свою очередь позволило разработать единую параметрическую программу обработки корпусов фрез на станках с ЧПУ. Фреза для обработки любого профиля на любом деревообрабатывающем оборудовании однозначно описывается 14 параметрами, которые заносятся в память станка и обеспечивают изготовление корпуса фрезы с высокой точностью и максимально возможной производительностью.
  Таким образом, для изготовления современных окон следует применять фрезы с механическим креплением неперетачиваемых пластин. При этом потребитель инструмента должен в первую очередь проверить соответствие основных параметров фрезы техническим характеристикам станка. Далее необходимо убедиться в том, что фреза изготовлены с достаточной точностью и размеры не меняются при замене пластин. Особое внимание следует уделить марке используемого твердого сплава и стоимости запасного комплекта пластин. При прочих равных условиях сопоставлять фрезы разных изготовителей следует не по их цене, а по суммарным эксплуатационным расходам за год (цена фрезы, поделенная на 5 плюс стоимость годового расхода неперетачиваемых пластин твердого сплава, отнесенные к годовому объему производства окон)

Пример: при обработке профиля из хвойной древесины глубиной Н=20 мм фрезой с неперетачиваемыми пластинками твердого сплава одной кромкой можно обработать 500 кв. м. окон, напайной фрезой - 358 кв. м. При Z=3 фрезами можно обработать соответственно 500х3=1500 кв. м. и 358х3=1074 кв. м. окон
Фреза с напаянными пластиками твердого сплава, отработавшая период стойкости, должна быть заточена. Если на зубе не образовалось глубоких сколов, за одну переточку снимают порядка 0,2 мм и фреза допускает порядка 10 переточек Ресурс фрезы - полезная работа за весь срок службы - в этом случае порядка 11000 кв. м. окон.
У фрезы с неперетачиваемыми пластинами, отработавшей период стойкости, необходимо развернуть пластину. У двухромочной пластины ресурс 500х2=1000 кв. м., у четырехкромочной - 2000 кв. м. Пластины, полностью отработавшие свой ресурс, заменяют новыми. Если за год предполагается изготовить 12000 кв. м. окон, то для выполнения программы потребуется либо 12 (четыре комплекта) двухкромочных, либо 6 (два комплекта) четырехкромочных пластин. Ресурс корпуса фрезы с механическим креплением пластин не менее 5 лет.