1 Основи процесу фрезерування

Фрези - це багатозубі ріжучі інструменти, вживані для обробки площин|площини|, пазів, фасонних поверхонь, тіл обертання, а також для розрізання матеріалів.

В процесі фрезерування в контакті із заготовкою|заготовкою|, як правило, знаходиться|перебуває| декілька зубів, що знімають стружку змінної товщини. При цьому завдяки великій сумарній активній довжині ріжучих кромок забезпечується висока продуктивність процесу фрезерування. Підвищенню продуктивності також сприяє висока швидкість фрезерування, яка досягається за рахунок періодичного виходу зубів із|із| зони різання, що забезпечує охолоджування|охолодження| і зняття теплової напруженості в ріжучому клині.

Кінематика фрезерування проста: фреза отримує|одержує| обертання від головного приводу, а заготовка|заготовка|, закріплена на столі верстата, - рух подачі від окремого приводу верстата, кінематично не пов'язане з обертанням фрези. Рух подачі може бути прямолінійним, обертальним або гвинтовим, а ріжучі кромки фрези - прямолінійними, похилими до осі, гвинтовими або фасонними. Це зумовило появу величезної різноманітності конструкцій фрез і широку сферу їх застосування.

Фрези можна класифікувати по наступних|слідуючих| основних ознаках:

1. конструкція ріжучих зубів і спосіб їх заточування - фрези із|із| загостреними|гострокінцевими| зубами, що переточуються|переточують| по задній поверхні і із|із| затилованими зубами, що переточуються|переточують| по передній грані;

2. форма і розташування ріжучих кромок до|відносно| осі обертання інструменту - фрези циліндрові, дискові, торцеві, кінцеві|скінченні|, кутові, фасонні;

3. напрям|направлення| зубів до осі фрези - фрези прямозубі|, гвинтові, з|із| похилими зубами;

4. спосіб кріплення на верстаті - фрези насадні з|із| отвором під облямовування і кінцеві|скінченні| з|із| циліндровим або конічним хвостовиком;

5. конструкція фрези - цілісні|цільні| і збірні зі|із| вставними зубами, зокрема з|із| ріжучими пластинами, що напаяли або механічно закріплюваними, з|із| твердого сплаву або СТМ

Форма зуба фрези має бути такій, щоб|аби|: 1) забезпечувалася необхідна міцність зуба; 2)допускалось можлива більша кількість переточувань|переточень|; 3) об'єм|обсяг| канавок між зубами був достатнім для розміщення стружки.

Загострені|гострокінцеві| | фрези виготовляють із|із| зубами трьох типів: трапецеїдальною, криволінійною (параболічною), в) і двохкутовою (посиленою).

Трапецієвидна форма найбільш проста у виготовленні, але|та| при цьому зуб декілька ослаблений, має невелику висоту і об'єм|обсяг| стружкової канавки. Проте|однак| така форма зуба допускає невелике число переточувань|переточень| і застосовується на фрезах для чистової обробки.

Параболічна форма зуба володіє найбільшою міцністю на вигин|згин|, оскільки спинка зуба, оформлена по параболі, забезпечує равнопрочність| у всіх перетинах по висоті зуба. Недоліком|нестачею| цієї форми є|з'являється| необхідність для кожної висоти зуба мати свою фасонну канавкову| фрезу. Тому параболу часто замінюють дугою кола радіусу R. Переточування|переточення| допускається тільки|лише| по задній поверхні (фаска| h).

Посилена форма зуба застосовується для важких|тяжких| робіт замість параболічної форми. Такий зуб має ламану спинку, а також збільшену товщину і висоту. Такі зуби простіше у виготовленні, чим параболічні. Вони мають великий запас на переточування|переточення| і високу міцність. При переточуванні|переточенні| зуби заточуються по задній поверхні.|рогом|

Деякі з фрез стандартизовані|: напівкруглі, пазові, дискові, черв'ячні (для нарізування|нарізати| зубчатих|зубчастих| коліс), гребінчасті (для нарізування|нарізати| різьблення) і ін. Їх виготовляють найчастіше у вигляді насадних фрез - дискових або циліндрових, рідше - кінцевих фрез з|із| фасонними головними ріжучими кромками. В процесі експлуатації такі фрези переточуються|переточують| тільки|лише| по передній грані.

Для створення|створіння| задніх кутів|рогів| на фасонних ріжучих кромках фрези використовується процес затилування, здійснюваний на спеціальних верстатах.

Циліндрові і дискові фрези. Особливістю конструкцій цих фрез є розташування головних ріжучих кромок на циліндрі, вісь якого збігається з віссю обертання інструменту, паралельній оброблюваній поверхні. У циліндрових фрез немає допоміжних ріжучих кромок, і вони працюють в умовах вільного різання.

Зуби дискових фрез, навпаки, на одному або обох торцях забезпечені допоміжними ріжучими кромками. Причому, на відміну від циліндрових фрез, їх діаметр значно більше довжини фрези. Обидва типи фрез, як правило, насадні, з|із| отвором і пазами шпон для кріплення на облямовуваннях.

Для зниження коливань сил різання і вібрацій зуби циліндрових фрез часто роблять|чинять| гвинтовими. При цьому виникає небажана осьова складова сили різання. Проте|однак| умови відведення|відводу| стружки із|із| зони різання фрез з|із| гвинтовими зубами значно краще, ніж фрез з|із| прямими зубами.

Циліндричні фрези з крупним зубом призначені для зняття великих припусків і особливо ефективні при обробці плоскості великої площі. З метою економії швидкорізальної сталі фрези великих діаметрів роблять збірними зі вставними ріжучими зубами, а корпуси фрез виготовляють з конструкційної сталі.

Велике значення при конструюванні фрез будь-якого типу|типа| має правильне визначення її зовнішнього діаметру. Із|із| збільшенням цього діаметру можна збільшити число зубів, а отже, і продуктивність процесу фрезерування, підвищити жорсткість кріплення. Проте|однак| при цьому зростає момент, що крутить, і, отже, витрата потужності при тій же швидкості різання, збільшується час на урізування і перебігання фрези. Тому необхідно вибирати оптимальне значення діаметру фрези.

Дискові фрези, на відміну від циліндрових фрез, призначені для обробки вузьких поверхонь, прорізки пазів, підрізування уступів, відрізки заготовок і так далі Вони працюють у важчих умовах скованого різання, що часто супроводжується вібраціями із-за низької поперечної жорсткості корпусів фрез і несприятливих умов відведення стружки із зони різання.

Розрізняють наступні|слідуючі| види дискових фрез: двох-| і трибічного|трьохстороннього| різання, пазові, прорізні і відрізні (пили).

У дискових двосторонніх фрез ріжучі кромки зубів є на циліндровій і одній торцевій поверхнях, а у трибічних - на обох торцях. Ці фрези можуть обробляти відповідно дві або три взаємно перпендикулярні поверхні в пазах і уступах. Вони виготовляються з дрібними зубами для чистової обробки і з крупними зубами - для чорнової обробки. Останні характеризуються видаленням великих об'ємів металу з глибоких пазів, виїмок, тому вони мають великий об'єм стружкових канавок. Зуби у цих фрез при малій ширині ріжучих кромок або прямі, або похилі до осі. Причому останні забезпечують більш рівномірне фрезерування, мають сприятливу геометрію торцевих зубів і краще видалення стружки.

Трибічні фрези виготовляють з різноспрямованими зубами (фрези «зигзаг»), що дозволяє створити на торцевих ріжучих кромках позитивні передні кути. При переточуваннях ширина такої фрези зменшується, тому використовують також здвоєні фрези, що складаються з двох половинок, між якими закладають мірне кільце. Цілісні фрези виготовляють діаметром d = 63... 125 мм і шириною В = 6...28 мм, а збірні зі вставними ножами d = 75...200 мм і В = 12...60 мм. Такі ножі виготовляють з швидкорізальної сталі з кріпленням в клиновидних пазах за допомогою рифлень.

Пазові фрези призначені для фрезерування пазів, точних по ширині. Зовні вони подібні до дискових трибічних фрез, але мають меншу довжину головних ріжучих кромок з геометричними параметрами зубів:  = 10. ..15°, = 20°. Допоміжні ріжучі кромки на торцях отримують заточуванням з кутом в плані ₁=1...2°, стружкові канавки у них нарізують тільки на циліндровій частині. Пазові фрези виготовляють діаметром 50... 100 мм і шириною 3...16 мм. Іноді, щоб при переточуваннях зберегти постійність ширини паза, їх виготовляють із затилованими зубами.

Фрези прорізні і відрізні (пили) за формою зуба подібні до пазових фрез і використовуються для прорізки неглибоких і вузьких пазів, наприклад шліцьових, шириною В = 0,2...6,0 мм, а також для розрізання заготовок будь-якого профілю і товщини. Цілісні фрези діаметром 20...315 мм виготовляють з дрібними, середніми і крупними зубами. Збірні фрези діаметром 250...2000 мм оснащують вставними ножами, або сегментами з швидкорізальної сталі, що містять 4...8 зубів і закріплюваними заклепками на диску пили, виготовленому з конструкційної сталі. Для зменшення тертя і поліпшення проникнення ЗОР в зону різання у зубів з бічних сторін є виїмки завглибшки 0,5 мм. На відміну від інших конструкцій відрізних фрез у сегментних пил спинка зубів виконана по дузі кола, а переточування проводиться по передній поверхні на спеціальних верстатах, що працюють в напівавтоматичному режимі. При цьому передній кут залежно від твердості оброблюваного матеріалу береться рівним = 0...25^о. У міру зносу пил передбачається заміна зношених сегментів на нові.

У торцевих і кінцевих фрез вісь обертання розташована перпендикулярно до оброблюваної поверхні. При цьому, окрім головних ріжучих кромок, що знаходяться на циліндровій поверхні, на торці фрези є допоміжні ріжучі кромки, розташовані під кутом ₁. Торцеві фрези, як правило, виготовляють насадними, а коли їх діаметр стає значно менше довжини, то вони переходять в групу кінцевих фрез. Торцеві фрези широко використовують при обробці плоских поверхонь, зокрема ступінчастих, які неможливо обробити циліндровими фрезами. В порівнянні з останніми вони мають наступні переваги:

1. конструкція торцевих фрез дозволяє розмістити більше число зубів на довжині контакту із|із| заготовкою|заготовкою|, що забезпечує велику продуктивність і більш рівномірне фрезерування (при цьому кут|ріг| контакту не залежить від товщини шару, що зрізається);

2. торцеві фрези можна виготовляти з|із| жорсткими, масивними корпусами, з|із| надійним механічним кріпленням ріжучих елементів, наприклад у вигляді СМП з|із| твердого сплаву і СТМ;

3. при фрезеруванні плоскості можна отримувати нижчу шорсткість за рахунок великого числа допоміжних ріжучих кромок на торці фрези і за наявності зачисних зубів з ₁₌₀.

Завдяки цим перевагам торцеві фрези в порівнянні з іншими типами фрез знайшли найбільше застосування|вживання| в металообробці.

Головні ріжучі кромки торцевих і кінцевих фрез можуть бути прямолінійними, але|та| найчастіше вони похилі або гвинтові (( = 10... 15°| у|біля| торцевих фрез і ( =20...45° у|біля| кінцевих фрез). Завдяки цьому забезпечується краще відведення|відвід| стружки із|із| зони різання і більш рівномірна робота фрези. Крім того, із-за кута нахилу зубів до осі фрези створюються позитивні передні кути|роги| на торцевих ріжучих кромках.

Головний кут в плані  у торцевих фрез можна змінювати в широких межах - від 90° і нижче. Для підвищення стійкості і продуктивності обробки кут  зменшують до 45...60° і навіть до 10...20°. Такі фрези називають торцево-конічними, оскільки головні ріжучі кромки у них знаходяться на конічній поверхні. Стійкість і продуктивність таких фрез підвищується за рахунок зменшення товщини зрізу при заданій подачі на зуб. Проте при зменшенні кута  до 10° різко зростає осьова складова сили різання, відштовхуюча фрезу від заготовки, внаслідок чого фрезерування виявляється можливим тільки на дуже жорстких верстатах. Торцеві фрези великих діаметрів (d = 100... 1000 мм і більш) найчастіше виготовляють збірними, оснащеними СМП. Рідше застосовуються такі фрези зі вставними ножами з швидкорізальної сталі і зовсім рідко з ножами, оснащеними ельбором. Останні використовують для чистової обробки високоміцних чавунів і загартованих сталей.

Кінцеві фрези застосовуються для обробки пазів, уступів з взаємно перпендикулярними поверхнями і для контурної обробки заготовок. Головні ріжучі кромки, що виконують основну роботу по видаленню припуску, як і у торцевих фрез, розташовані на циліндровій поверхні, а допоміжні (що зачищають) - на торці. Зуби виготовляють зазвичай гвинтовими, з кутом нахилу до осі, що доходить до = 30...45°. Таке велике значення кута за наявності великих за об'ємом стружкових канавок забезпечує надійне відведення стружки із зони різання навіть за вельми обмежених умов різання. З цієї причини число ріжучих зубів у кінцевих фрез значно менше, ніж у торцевих фрез. Проте при цьому зниження продуктивності компенсується за рахунок збільшення подачі на зуб.

Хвостовики таких фрез або циліндрові (d = 3...20 мм), або конічні з конусом Морзе (d=14...63 мм). У фрез великих діаметрів використовуються хвостовики з конусом 7:24. Кріплення фрез в шпинделі верстата при циліндровому хвостовику проводиться за допомогою цангових патронів, а при конічному хвостовику, що має внутрішнє різьблення, - штревелем (натяжним болтом), що проходить через порожнистий шпиндель верстата.

Шпонкові фрези мають два зуби з глибокими прямими або похилими (=12... 15°) стружковими канавками і довжиною робочої частини, рівної приблизно трьом діаметрам фрези. При цьому діаметр серцевини фрези збільшений до 0,35d, завдяки чому забезпечується максимальна жорсткість інструменту.

Особливість умов роботи шпонкових фрез полягає в тому, що пази вони обробляють за декілька проходів. В кінці кожного проходу проводиться урізування на глибину паза шляхом вертикальної подачі уздовж осі фрези. Цю роботу виконують ріжучі кромки, розташовані на торці фрези, заточені з кутом піднутрення (₁₌5^° по конусу з вершиною, направленою у бік хвостовика і із заднім кутом ₁₌20^°).

Щоб|аби| уникнути при цьому значного збільшення осьової сили різання, у|біля| швидкорізальних фрез роблять|чинять| підгострювання поперекової кромки, як у|біля| свердел. У|біля| шпонкових фрез з|із| напайними| твердосплавними пластинами одна з пластин доходить до центру, а інша робиться|чинить| коротшою і стоїть| від центру на деякій відстані. Завдяки цьому значно спрощується технологія виготовлення фрези і поліпшується|покращується| процес різання.

Переточування|переточення| шпонкових фрез проводиться|виробляє| по задніх поверхнях торцевих кромок. При цьому діаметр фрези зберігається незмінним, що необхідне для забезпечення постійності|незмінності| розміру паза.

Фрези для обробки Т-подібних пазів працюють в тяжких умовах і часто ламаються із-за пакетування стружки. Для поліпшення її відведення такі фрези роблять з різноспрямованими зубами і з кутом піднутрення на торцях, рівним ₁₌1_…2°.

Кутові і фасонні фрези із загостреним зубом за способом обробки подібні до дискових фрез. Вони виготовляються, як правило, цілісними, насадними, а фрези невеликих діаметрів іноді мають хвостовики.

Головні ріжучі кромки у|біля| однокутових| фрез розташовані|схильні| на поверхні усіченого конуса, а у|біля| двохкутових - на поверхні двох суміжних конусів. Ці фрези використовуються в основному як інструменти другого порядку|ладу| для нарізування|нарізати| канавок у|біля| багатозубих інструментів, наприклад фрез, розгорток і ін., а також для обробки різних пазів, скосів і похилих поверхонь.

Фасонними фрезами є тіла обертання, на зовнішній поверхні яких розташовуються зуби з|із| різною формою ріжучих кромок. Вони працюють так само, як дискові і кутові фрези, і призначені для фрезерування опуклих|випуклих| або увігнутих|угнутих| фасонних зовнішніх поверхонь, а також прямих або гвинтових канавок.

При переточуванні|переточенні| по задній поверхні фасонних фрез із|із| загостреними|гострокінцевими| зубами важко забезпечити ідентичність форми ріжучих кромок, тому потрібні спеціальні копіювальні пристрої|устрої|, що забезпечують необхідну траєкторію шліфувального круга|кола|. Таке заточування дуже трудомістке, у зв'язку з цим фасонні фрези зазвичай|звично| виготовляють із|із| затилованими зубами.

У випадках, коли фасонні ріжучі кромки мають відносно просту конфігурацію, їх виготовляють із|із| загостреними|гострокінцевими| зубами, враховуючи високу продуктивність таких фрез. При цьому для переточування|переточення| фрез із|із| загостреними|гострокінцевими| зубами використовуються спеціальні пристосування.

Конструкції фрез і умови їх роботи дозволяють широко використовувати для їх оснащення високопродуктивні тверді сплави, мінералокераміку і СТМ, які, проте, володіють зниженою міцністю на вигин і крихкістю. Широкому застосуванню твердих сплавів сприяють наступні переваги процесу фрезерування:

1) сприятлива форма стружки, що має малу товщину і довжину, забезпечує її добру транспортабельність;

2) уривчастість процесу різання, що знижує теплову напругу|напруження| ріжучих елементів;

3) висока жорсткість і вібростійка.

Ці властивості зумовили сприятливі можливості|спроможності| для застосування|вживання| СМП, а великі розміри корпусів фрез дозволяють розміщувати на них елементи кріплення змінних пластин.

До недоліків|нестач| процесу фрезерування відносяться:

1) робота з|із| ударами;

2) висока вірогідність|ймовірність| роботи в умовах нерівномірного фрезерування, що викликає|спричиняє| коливання і вібрації;

3) урізування з|із| нульовою товщиною стружки (при циліндровому фрезеруванні);

4) складне стружковидалення| при роботі кінцевих, дискових і пазових фрез;

5) висока вартість виготовлення збірних фрез при жорстких вимогах до осьового і радіального биття ріжучих кромок.

Проте|однак|, як показала практика, приймаючи заходи до усунення або зниження впливу несприятливих чинників|факторів| на стійкість і продуктивність процесу фрезерування, вдалося добитися в більшості конструкцій фрез широкого застосування|вживання| нових марок ріжучих матеріалів і головним чином твердих сплавів. Особливо високі результати в цьому напрямі|направленні| отримані при розробці конструкцій торцевих фрез, оснащених СМП, які практично витіснили раніше широко вживані фрези з|із| напайними| твердосплавними пластинами.

Напайні пластини використовують тільки при виготовленні мілкорозмірних фрез, в яких не вдається розмістити елементи механічного кріплення пластин. Але навіть і в цих випадках при різанні важкооброблюваних матеріалів перевага віддається монолітним фрезам, виготовленим повністю з твердого сплаву і отриманим шляхом пресування в спеціальних прес-формах. В даний час в конструкціях фрез середніх і крупних розмірів спосіб паяння твердосплавних пластин на корпуси інструментів використовується у тому випадку, коли ріжучі пластини мають фасонну форму.

Циліндрові фрези через специфіку їх конструкцій і умов різання значно рідше використовують, в порівнянні з торцевими, та оснащуються твердосплавними СМП.

Торцеві фрези допускають більшу різноманітність способів кріплення багатогранних пластин, і тому в даний час|нині| освоєний випуск величезного числа різних типів таких фрез, найбільш складні з|із| яких дозволяють проводити|виробляти| регулювання положення|становища| пластин в корпусі з метою отримання|здобуття| мінімального радіального і торцевого биття ріжучих кромок.

Аналіз сучасних конструкцій торцевих фрез показує, що основними напрямами|направленнями| у використанні СМП є|з'являються|: 1) кріплення пластин безпосередньо на корпусі або його складових частинах; 2) використання вкладишів з|із| двома-трьома базами під пластини; 3) використання механізму регулювання положення|становища| ріжучих кромок пластин щодо|відносно| осі обертання фрези.

При цьому широко застосовуються пластини трьох-, чотиригранні, у формі|у формі| паралелограма, рідше круглі і п'ятигранні, негативні і позитивні по геометричних параметрах, з|із| отворами для кріплення або без них. Кріплення пластин здійснюється гвинтами або важелями через отвір, а також клинами, що притискують пластину до гнізда|кубла| в корпусі або у вкладиші.