Элементы режима резания при фрезеровании

Процесс фрезерования заготовок характеризуется следующими параметрами: скоростью резания, подачей, глубиной резания, шириной фрезерования, углом контакта фрезы с заготовкой, толщиной и шириной среза (рис. 57).

Рис. 57. Элементы режима резания при работе цилиндрической фрезы с прямыми зубьями

Скорость резания при фрезеровании (м/мин) определяется по формуле

,

где - наружный диаметр фрезы, мм; - частота вращения фрезы, об/мин.

При фрезеровании различают три вида подач: минутную (мм/мин); подачу на оборот (мм/об); подачу на один зуб фрезы (мм/зуб). Минутная подача определяет величину относительного перемещения фрезы и заготовки за одну минуту. Подача на один оборот фрезы – величина относительного перемещения фрезы и заготовки за один оборот . Подача на один зуб фрезы определяет величину относительного перемещения фрезы и заготовки при повороте фрезы на один угловой шаг .

На практике обычно пользуются всеми видами подач, причем подача на зуб характеризует интенсивность нагрузки зуба, а следовательно, и стойкость фрезы.

Глубина резания (мм) при фрезеровании определяется не так, как при точении, сверлении и других видах обработки. Здесь глубина резания – это величина слоя металла, срезаемого зубом фрезы на длине дуги резания, измеренная в направлении перпендикулярном к оси вращения фрезы [3].

Ширина фрезерования (мм) – ширина обрабатываемой поверхности в направлении параллельном оси вращения фрезы [3].

Угол контакта - центральный угол, соответствующий дуге соприкосновения фрезы с заготовкой. Для цилиндрических фрез (см. рис. 57)

, .

Это выражение справедливо также для дисковых и концевых фрез.

Толщина срезаемого слоя величина переменная. В момент входа зуба фрезы в контакт с обрабатываемой заготовкой , а при выходе зуба из контакта . Толщина среза для фрезы с винтовыми зубьями подсчитывается по той же формуле, что и для прямозубой фрезы, и не зависит от угла наклона зуба .

Ширина среза - длина соприкосновения режущей кромки зуба с обрабатываемой заготовкой. Для прямозубой фрезы ширина среза равна ширине фрезерования, т.е. (см. рис. 57); при работе цилиндрической фрезой с винтовыми зубьями ширина срезаемого слоя, снимаемого каждым зубом изменяется от до

(см. рис. 55).

При работе прямозубой цилиндрической фрезой число зубьев, находящихся в контакте с заготовкой можно определить по формуле

,

где - угловой шаг фрезы, град; - число зубьев фрезы.

При работе фрезой с винтовыми зубьями, число зубьев одновременно участвующих в работе составит

где ,

тогда

При обработке заготовок цилиндрическими, дисковыми, угловыми и фасонными фрезами применяются две схемы резания, а именно: встречное (рис. 58, а) и попутное (рис. 58, б) фрезерование.

а б Рис. 58. Схемы фрезерования: а – встречного, б – попутного

При встречном фрезеровании инструмент вращается в направлении, противоположном направлению движения подачи, вследствие чего толщина среза увеличивается от 0 до . К преимуществу данной схемы можно отнести то, что нагрузка, действующая на зуб фрезы, возрастает постепенно по мере увеличения площади поперечного сечения среза, а это благоприятно сказывается на стойкости режущего инструмента. Однако данный метод фрезерования имеет ряд недостатков:

- так как вертикальная составляющая результирующей силы резания направлена вверх от стола станка, то она стремится оторвать от него заготовку, что приводит к возникновению вибраций в процессе резания;

- каждый последующий зуб фрезы движется по упрочненной (наклепанной) поверхности заготовки вследствие некоторого скольжения предыдущего зуба по ней из-за наличия радиуса на режущей кромке зуба, что приводит к быстрому износу и снижению стойкости инструмента.

На основе анализа данной схемы обработки можно сделать вывод о том, что эффективной областью метода встречного фрезерования является обработка малопластичных и хрупких материалов, не склонных к наклепу.

При попутном фрезеровании инструмент вращается в направлении, совпадающим с направлением движения подачи, вследствие чего толщина среза уменьшается от до 0. Данный метод фрезерования, также как и предыдущий, обладает рядом достоинств и недостатков.

Достоинствами данного метода являются:

- вертикальная составляющая результирующей силы резания прижимает заготовку к столу фрезерного станка, что способствует снижению уровня вибраций;

- примерно, в 2…3 раза повышается стойкость режущего инструмента за счет уменьшения трения по задней поверхности зубьев фрезы, так как каждый зуб фрезы начинает работу с максимального сечения среза, что значительно снижает уровень наклепа (упрочнения) поверхностного слоя.

К недостатку данного метода следует отнести следующее:

- режущие зубья фрезы подвергаются воздействию ударной нагрузки, что может привести к их выкрашиванию и разрушению. Это обусловлено тем, что зубья фрезы начинают работать с максимального сечения среза;

- при работе по данной схеме возможно самопроизвольное

подхватывание инструментом заготовки в направлении движения подачи и если в механизме движения подачи фрезерного станка между ходовым винтом и гайкой имеется осевой зазор, превышающий допустимый, то это приводит к разрушению режущих зубьев фрезы.

На основании вышеизложенного данная схема фрезерования применяется при обработке пластичных и вязких материалов.

Дисковое фрезерование

Рис. 59. Схема дискового фрезерования трехсторонней фрезой

На операциях дискового фрезерования у обрабатываемых заготовок выполняют пазы, уступы, канавки. Этот вид фрезерования используется также для разрезки металла.

Схема дискового фрезерования представлена на рис. 59.

Обработка заготовок на данных операциях осуществляется на горизонтально-фрезерных станках дисковыми фрезами.

Различают следующие типы дисковых фрез: 1) односторонние – с режущими кромками только на цилиндрической части; 2) двухсторонние – с режущими кромками на одном из торцов и на цилиндрической части; 3) трехсторонние – с режущими кромками на обоих торцах и на цилиндрической части.

Односторонние дисковые фрезы являются прямозубыми (рис. 60) и по назначению подразделяются на пазовые (шпоночные), прорезные и отрезные. Основные параметры у этих фрез имеют следующие значения:

- пазовые фрезы: 50…100 мм; 3…6 мм; 10^о…15^о; 15^о…20^о,

- прорезные фрезы: 40…75 мм; 2…5 мм; 5^о…10^о;

25^о…40^о,

- отрезные фрезы: 60…200 мм; 1…5 мм;

= 10^о…15^о; 5^о…20^о.

Рис. 60. Односторонняя дисковая прямозубая фреза

Во избежание трения фрезы о стенки прорезаемой канавки боковые ее стороны (торцы) шлифуют с углом 0,5^о…1,5^о.

Двухсторонние дисковые фрезы (рис. 61) имеют на цилиндрической части винтовые зубья. Основные диаметральные, линейные и угловые размеры у этих фрез лежат в следующих диапазонах: 90…350 мм; 16…30 мм; -5^о…+5^о; 10…15^о.

Рис. 61. Двухсторонняя дисковая фреза

Трехсторонние дисковые фрезы могут выполняются как прямозубыми, то есть с зубьями расположенными параллельно оси (см. рис. 59), так и с зубьями расположенными наклонно к оси и направленными в разные стороны – разнонаправленными зубьями.

Изготавливаются вышеуказанные фрезы как из быстрорежущих сталей, так и с использованием твердых сплавов. В последнем случае корпус фрезы выполняется из конструкционной стали, а режущие зубья из твердого сплава.

Фасонное фрезерование

Фасонное фрезерование получило распространение на операциях, связанных с изготовлением поверхностей со сложным фасон-

Рис. 62. Схема фасонного фрезерования

ным профилем. Инструментом при данном виде фрезерования являются фасонные фрезы с различным профилем, обработка которыми ведется на горизонтально-фрезерных станках. Схема фасонного фрезерования приведена на рис. 62.

а б Рис. 63. Фасонные фрезы: а – с выпуклым профилем, б – с вогнутым профилем

Типовые фасонные фрезы – это полукруглая выпуклая (рис. 63, а) и полукруглая вогнутая (рис. 63, б). Основные конструктивные элементы фасонных фрез аналогичны конструктивным элементам дисковых фрез. Фасонные фрезы изготавливают всегда с крупным зубом. При этом число зубьев зависит от диаметра фрезы. Число зубьев у цельных и сборных фрез определяется соответственно по формулам и .

Для того чтобы не искажать профиль режущей кромки фасонной фрезы, ее зубья затачивают с передним углом 0^о. В ряде случаев при обработке труднообрабатываемых материалов передний угол делают положительным, равным 5^о…10^о, однако в этом случае происходит искажение профиля инструмента. Для того чтобы получить заданный профиль на заготовке используют либо комплект фасонных фрез (черновую – с углом 5^о…10^о и чистовую 0^о), либо производят коррекцию профиля инструмента.

Все фасонные фрезы имеют затылованную форму режущих зубьев.

Форма режущих зубьев фрез может быть как остроконечной, так и затылованной. Остроконечную форму зуба имеют практически все фрезы за исключением фасонных фрез. У фрез с остроконечной формой рабочие поверхности зуба затачиваются по плоскости. У фрез с затылованной формой зуба передняя поверхность затачивается по плоскости, а задняя поверхность имеет криволинейную форму и затачивается по спирали Архимеда.

Затылование задней поверхности инструмента по спирали Архимеда позволяет при его переточке, осуществляемой по передней поверхности, сохранить неизменным профиль инструмента и задний угол .

а б   Рис. 64. Зубья фасонных фрез: а – с одинарным затылованием, б – с двойным затылованием

Важной характеристикой у затылованных фрез является величина затылования , определяемая на передней поверхности последующего зуба фасонной фрезы по отношению к рассматриваемому зубу (рис. 64, а).

Величина затылования представляет собой расстояние между окружностью, проведенной через вершину зуба и точкой пересечения архимедовой спирали с передней поверхность последующего

зуба, и рассчитывается по формуле

,

где - задний угол на вершине зуба; - число зубьев фрезы.

У фрез со шлифованным профилем, используемых на чистовых операциях, для обеспечения выхода шлифовального круга делается двойное затылование, величина которого составляет (рис. 64, б).