1.3.3. Обработка фрезерованием
Фрезерование применяется для обработки плоскостей, уступов, пазов, разрезки заготовок и др. В состав металлорежущей системы входят фрезерный станок, фреза, приспособление для удержания заготовки (например, тиски). В процессе работы вращается закрепленный в шпинделе инструмент и в любом из трех направлений перемещается заготовка, закрепленная на столе фрезерного станка. Технологические возможности фрезерования - достижение 7...12 квалитета точности и шероховатости обработанной поверхности Rа 1.6 мкм.
Фреза - многолезвийный инструмент для обработки с вращательным главным движением резания без возможности изменения радиуса траектории этого движения и хотя бы с одним движением подачи, направление которого не совпадает с осью вращения (ГОСТ 25751-83).
Фрезы - один из наиболее широко применяемых инструментов в металлообработке, фрезы отличаются большим разнообразием типов и конструкций. На рис.17 приведены примеры обработки цилиндрической а), торцевой б), концевой в), дисковой трехсторонней г), дисковой одноугловой д), дисковой двусторонней е), дисковой фасонной ж), для обработки Т-образных пазов фрезами. Для всех эскизов направление движение подачи перпендикулярно плоскости чертежа [3, c.255-256].
Цилиндрическое фрезерование применяется для обработки плоскостей. Технологические возможности - достижение 12 квалитета точности и шероховатости обработанной поверхности Rа 6.3-12.5 мкм. Цилиндрическая фреза (рис. 18) может изготавливаться с прямыми или винтовыми зубьями. Винтовые зубья повышают равномерность процесса фрезерования, снижая ударные нагрузки. Каждый зуб фрезы несет на себе одну режущую кромку К, сформированную в результате пересечения задней А и передней А поверхностей. Цилиндрическая фреза является насадным инструментом, ее присоединительной частью служит отверстие со шпоночным пазом для передачи крутящего момента от шпинделя станка.
В процессе работы (рисунок 19) фреза располагается на оправке, закрепляемой на станке с двух сторон. Фреза совершает главное вращательное движение резания, перпендикулярно оси вращения перемещается заготовка (движением подачи), закрепленная на столе станка. В технологических картах обработки задаются частота вращения шпинделя n, подача на зуб SZ, минутная подача SМ, глубина резания t, и ширина фрезерования В. Физические параметры режима резания определяются следующим образом [3, c.259-264]:
С
корость
резания V
рассчитывается так же, как при обработке
осевым инструментом. Фигура, образуемая
контуром зубьев за один цикл главного
движения (1 / Z
число оборотов) имеет сложную форму
сегмента. В расчетах сечения среза
ширина b
для одного зуба принимается равной
ширине фрезерования В (t =B). Толщина среза
a не является постоянной величиной,
максимальная толщина
В расчетах средняя толщина среза аСР определяется на половине угла контакта .
В зависимости от направления перемещения заготовки различают встречное и попутное фрезерование. В случае совпадения направлений векторов скорости резания V и подачи S фрезерование называется попутным, при противоположных направлениях (рис. 15) – встречным [3, c.264-267].
В настоящее время цилиндрическое фрезерование практически не используется в производстве для получения плоскостей ввиду низкой производительности и чистоты поверхности. Однако, цилиндрические фрезы часто применяются в наборах (несколько фрез разного диаметра на одной оправке) для одновременной обработки ступенчатых поверхностей.
Торцевое фрезерование является основным способом обработки плоскостей. Технологические возможности - достижение 7 квалитета точности и шероховатости обработанной поверхности Rа 6.3-1.6 мкм. Торцевая фреза (рис. 20) представляет собой корпус, несущий на себе режущие элементы (зубья, ножи), расположенные на торце. Такая конструкция позволяет использовать фрезы большого диаметра со значительным числом зубьев, что увеличивает производительность обработки по сравнению с цилиндрическим фрезерованием, так как в каждый момент в контакте с заготовкой находится большое число работающих режущих элементов. Торцевая фреза является насадным инструментом, в процессе работы закрепляется на оправке, консольно зажатой в шпинделе станка. Базирование на оправке производится по цилиндрическому отверстию и верхнему торцу корпуса. Для передачи крутящего момента предусматривается осевая или торцевая шпонка.
Каждый зуб фрезы по конструкции может рассматриваться как резец для наружного продольного точения (рис. 6). Отличие заключается лишь в конструкции крепежно-присоединительной части, обеспечивающей жесткую связь с корпусом фрезы.
В процессе фрезерования (рис. 21) инструмент совершает главное вращательное движение резания, заготовка, закрепленная на столе станка, совершает прямолинейное движение подачи в плоскости, перпендикулярной оси вращения. В технологических картах обработки задаются частота вращения шпинделя n, подача на зуб SZ, минутная подача SМ, глубина резания t, и ширина фрезерования В.
Параметры режима резания определяются следующим образом:
Скорость резания V рассчитывается так же, как при обработке осевым инструментом. Фигура, образуемая контуром зубьев за один цикл главного движения (1 / Z число оборотов) имеет форму сегмента. В расчетах сечения среза ширина b = t / sin . Толщина а является переменной величиной, максимальное значение aMAX = SZ sin .
Концевая фреза (рис. 22) предназначена для обработки уступов, пазов и контурных участков детали. Рабочая часть фрезы образована винтовыми зубьями, разделенными стружечными канавками. Каждый зуб образуется передней главной А задней поверхностью А на периферии и вспомогательной задней поверхностью А1 на торце. Главная режущая кромка К - винтовая, вспомогательная К1 - прямая. Присоединительной частью концевых фрез является конический или цилиндрический хвостовик.
Технологический режим и режим резания определяется по аналогии с торцевой фрезой. Исключение - ширина фрезерования В определяется как размер фрезеруемой поверхности вдоль оси фрезы. Разновидностью концевой фрезы является шпоночная (пальцевая) фреза, предназначенная для обработки закрытых пазов (например, шпоночные пазы на валах). Отличие этой фрезы в том, что она содержит два зуба, а на торцевом участке каждого зуба сформированы дополнительные передние поверхности А1, образующие пересекающиеся вспомогательные режущие кромки. Данная конструкция позволяет шпоночным фрезам перемещаться и с осевым движением подачи (как сверло).
1.3.4. Обработка зубьев зубчатых колес
Зубчатые колеса могут изготавливаться двумя методами - копирования и обкатки. В первом случае режущие кромки инструмента копируют форму боковой поверхности зуба колеса. Методом копирования работают концевые (пальцевые) модульные (рис.23 а) и дисковые модульные (рис.23 б) фрезы. В состав технологической металлорежущей системы входят фрезерный станок, модульная фреза и делительная головка, в которой закрепляется нарезаемое зубчатое колесо. В процессе работы инструмент совершает главное вращательное движение резания, движение подачи перпендикулярно плоскости чертежа. После обработки одной впадины колеса заготовка совершает движение деления, производится обработка следующей впадины. Количество движений деления соответствует числу зубьев колеса. Данный метод непроизводителен, используется при обработке крупномодульных зубчатых колес.
Использование метода обкатки при нарезании зубчатых колес предполагает имитацию зубчатого зацепления колеса и режущего инструмента. При этом инструменту придается движение, обеспечивающее процесс резания при зацеплении. Такое взаимодействие колеса и режущего инструмента называется станочным зацеплением. Производящая поверхность инструмента обкатывается по заготовке, формируя профиль зубчатого колеса путем вырезания впадин на заготовке. Примеры реализации метода обкатки - зубофрезерование червячной фрезой и зубодолбление (рис. 23 в и г соответственно).
В состав технологической металлорежущей системы для зубофрезерования входят зубофрезерный станок и червячная фреза. В процессе работы заготовка и фреза совершают взаимосвязанное вращательное движение (имитация червячного зацепления), осуществляется движение подачи фрезы перпендикулярно плоскости чертежа.
В состав технологической металлорежущей системы для зубодолбления входят зубодолбежный станок и долбяк. В процессе работы заготовка и долбякимеют вращательное движение (имитация цилиндрического зацепления), осуществляется возвратно-поступательное главное движение резания долбяка.
1.3.5. Обработка шлифованием
Сущность процесса абразивной обработки - резание-царапание обрабатываемой поверхности большим количеством абразивных зерен с неуправляемой геометрией хаотически расположенных лезвий. Процесс формообразования можно рассматривать как формообразование прерывистой режущей кромкой [3, c.482-485].
Технологические возможности обработки шлифованием: достигаемая точность 1-5 мкм, шероховатость Ra 0,2...0,08 мкм.
В состав технологической металлорежущей системы входят шлифовальный станок, шлифовальный круг, приспособление для базирования и закрепления заготовки.
Шлифовальным кругам придается различная форма в соответствии с их технологическим назначением [3, c.501-505]. Примеры схем шлифования приведены на рис.25.
В состав металлорежущей системы для круглого шлифования (рис. 25 а) входят круглошлифовальный станок, шлифовальный круг, заготовка базируется и закрепляется в центрах. Круг совершает главное вращательное движение резания Dг, заготовка осуществляет вспомогательное вращательное движение (Dв), заготовка (или круг) совершает поступательное движение подачи Ds, называемое продольной подачей. Глубина резания t при шлифовании задается поперечной подачей на станке, регламентирующей величину врезания шлифовального круга в заготовку.
В состав металлорежущей системы для плоского шлифования (рис. 25 б) входят плоскошлифовальный станок, шлифовальный круг, приспособление для базирования и закрепления заготовки (например, магнитный стол). Круг совершает главное вращательное движение резания Dг, заготовка совершает возвратно-поступательное движение подачи Ds.
При шлифовании скорость резания может быть на порядок выше, чем при лезвийной обработке, что связано с высокой теплостойкостью инструментальных материалов, применяемых при изготовлении шлифовальных кругов. Глубина резания, задаваемая поперечной подачей Sп, устанавливается значительно меньше, чем при лезвийной обработке. Это вызвано высокой температурой резания, возникающей при шлифовании на высоких скоростях.