Фрезерування плоских поверхностей

Фрезерування — дуже розповсюджений вид обробки металів різанням: у машинобудуванні фрезерування складає біля 15 % всіх видів обробки різанням. Фрезеруванням можна оброблювати площини, уступи, пази, канавки, фасонні поверхні, зубчасті колеса, різь, різати Для фрезерування застосовують фрезерні верстати. Інструментом для фрезерування є фрези — багатолезовий інструмент, кожен зуб якого являє собою різець. У фрезеруванні беруть участь водночас декілька зуб’їв, останні з яких під час роботи встигають трохи охолонути. Таким чином, процес різання при фрезеруванні відрізняється від безперервного різання при точінні та свердлінні тим, що зуб'я фрези працюють періодично. Це підвищує стійкість інструмента і забезпечує високу продуктивність обробки.

Останнє сприяло великому поширенню фрезерування в металообробній промисловості, бо цей процес обробки досить універсальний. Він забезпечує високу точність обробки виробів до восьмого — дев'ятого квалітетів і шорсткість четвертого-сьомого класів.

Фрезеруванням можна оброблювати різноманітні плоскі, фасонні та гвинтові поверхні, виконувати, наприклад, такі роботи, як ви­готовлення зуб’їв зубчастих коліс, розверток, зенкерів, нарізування шліцьових пазів на валах, шпонкових канавок різних багатогранників тощо. Найпоширенішими вадами фрезерування з застосуванням різних фрезерних інструментів є обробка площин горизонтальних і похилих скосів, уступів, пазів, різних гвинтових канавок і фасонних поверхонь, зубчастих коліс, рейок і секторів, а також розрізування та відрізування заготовок.

Багатолезовий фрезерний інструмент — фреза має на циліндричній поверхні зуб’я, які нагадують набір кількох різців.

Зуб’я можуть розміщуватися не лише на циліндричній поверхні, а й на торці фрези. Тому залежно від розміщення зуб’їв на поверхні фрези їх називають циліндричними та торцевими.

Для фрезерування треба обертати фрези навколо своєї осі, а заготовку або фрезу поступально переміщувати. Ці два рухи сприяють зрізуванню зуб’їв фрези в поверхню заготовки, а при переміщенні її знімають з ^!неї стружку. Обертальний рух фреза одержує завдяки обертанню шпинделя верстата, а шпинделю обертання надає електродвигун верстата. Поступальний рух поздовжній, поперечний і вертикальний при фрезеруванні надає механізм подачі верстата. Два рухи фрезерування: головний рух обертання фрези і рух подачі — поступальне переміщення, .показано на рис. 2.1.У процесі різання при фрезеруванні швидкість головного руху за величиною більша швидкості руху подачі.

При фрезеруванні процес різання супроводжується утворенням стружки із шару металу, що зрізується різальним інструментом. Залежно від

умов обробки металу та інших факторів стружка (шар зрізаного металу) може мати різний вигляд процес утворення стружки при фрезеруванні зуб’ями фрези — це наслідок зсування частинок металу однієї відносно інших з відокремленням від загальної маси у вигляді стружки. Зуб’я — це ті різці, які встановлені на циліндрі або торці (рис. 2.2) для циліндричного і торцевого фрезерування.

Рис. 2.1. Головний рух і рух подачі

РИС. 2.2. Схема процесу фрезерування:

а — циліндричного;б — торцевого: — оброблювана поверхня;2 — оброблена поверхня; 3 -поверхня різання

Геометрія різальної частини різця (зуба фрези), його поверхні і кути показані на рис. 2.3. Оброблюваною називається поверхня, яку треба обробити, а обробленою — поверхня, з якої вже знято стружку.Поверхнею різання називається поверхня від обробленої до оброблюваної, утворена головною різальною кромкою різця (зуба фрези).Передньою поверхнею називається поверхня, по якій сходить стружка.Задньою поверхнею називається поверхня, яка повернута до оброблюваного виробу.

Рис. 2.3. Площина різання та кути зуба фрези

Поняття про поверхню різання можна сформулювати так: поверхня різання — це поверхня, що утворюється на оброблюваній деталі безпосередньо різальним лезом інструмента і є перехідною між оброблюваною і обробленою поверхнями. Таке визначення поняття про поверхню різання полегшує визначення поняття про площину різання, бо вона уявна площина, яку ми будуємо, уявляючи, що вона дотична до поверхні різання в даній точці.

Площиною різання називають площину, що проходить по дотичній до кола, утвореного вершинами зуб’їв фрези, і (завжди) через головну різальну кромку (див. рис. 2.3). Різальна кромка утворюється перетином передньої та задньої поверхонь й виконує роботу різання.

Передній кут γ — кут між передньою поверхнею і площиною, перпендикулярною площині різання, яка проходить через різальну кромку.

Кут загострення β — кут між передньою та задньою поверхнями.

Задній кут α — кут між дотичною до задньої поверхні в даній точці різальної кромки і площиною різання. Сума кутів α, β і γ завжди 90^º, тобто

α + β + γ = 90°. (2.1)

Кут між передньою площиною і площиною різання називають кутом різання та позначають 8. Між кутами а, р, у і 8 існує така залежність:

δ = α + β = 90° - γ. (2.2)

При обробці різанням різальна кромка інструмента залежно від напряму руху характеризується кутом нахилу λ.

Кутом нахилу λ називають кут між різальною кромкою і перпендикуляром до напряму руху інструмента.Розрізнюють також кути в плані: головний кут у плані φ, допоміжнийкут у плані φ₁, та кут при вершині в плані ε.

Головним кутом у плані називають кут, який утворюється між проекцією головної різальної кромки та напрямом подачі.

Допоміжним кутом у плані називають кут між допоміжною різальною кромкою і напрямом подачі.

Кутом при вершині у плані називають кут, який утворюється перетином головної та допоміжної різальних кромок.

Елементи режиму різання при фрезеруванні

Процес обробки металів фрезеруванням здійснюють на фрезерних верстатах багатолезовим різальним інструментом — фрезою. Геометрія різальної частини фрезерного інструмента подібна до різця, але фрезерування має і свої особливості, наприклад, це змінність стружки, яку знімаємою за товщиною. В процесі фрезерування бере участь не один різець, а декілька зуб’їв фрези, кожне різальне лезо (зуб) фрези працює з перервами. Різальним інструментом можна також працювати за двома схемами різання: проти подачі та в напрямі подачі.Таким чином, при фрезеруванні за першою схемою зуб фрез знімає незначної товщини стружку, а при фрезеруванні за друго схемою, навпаки, спочатку знімається найтовща стружка.Колове розміщення зуб’їв фрези полегшує умови роботи, бо вони обертаються з переривами. Залежно від дуги контакту одночасно може працювати не один зуб фрези, а декілька.

Режим різання при фрезеруванні різними фрезерними інструментами характеризується глибиною й шириною фрезерування швидкістю різання і подачею.

На всіх заготовках, які обробляються фрезеруванням, розрізнюють глибину фрезерування t (глибина різання) і ширину фрезерування В.

Глибина фрезерування — це товщина шару металу, що зрізується за один прохід фрезою (рис. 2.4), або відстань між оброблюваною і обробленою поверхнями, виміряна перпендикулярно до обробленої поверхні. Величину глибини фрезерування вибирають залежно від-кількох факторів — величини припуску на обробку, класу шорсткості ті поверхні виробу та можливості фрезерного верстата і фрези.

Рис. 2.4. Глибина різання фрезами:

а — торцевою; б — кінцевою; в — дисковою

Обробляють заготовку за один прохід, якщо припуск можна зняти за один прохід. Шорсткість поверхні незначна, якщо потужність верстата та різальний інструмент дають змогу зняти стружку за один прохід. Якщо вимоги до поверхні, що фрезерується, підвищені, припуск знімають за кілька проходів. Найчастіше при чорновому фрезеруванні призначають глибину різання 4...5 мм, але вона може бути й 20...25 мм при застосуванні потужних верстатів і торцевих фрез з твердосплавними пластинками. Для чистового фрезерування призначають глибину різання 1...2 мм.

Ширина фрезерування — це ширина обробленої за один прохід поверхні заготовки. У випадках, коли заготовку фрезерують набором фрез, то ширина фрезерування визначається як сума ширини всіх поверхонь з'єднаних фрез.

Швидкість різання у — це довжина шляху (в метрах), який проходить за одну хвилину найбільш віддалена відносно осі обертання точка головної різальної кромки зуба фрези.

Частота обертання шпинделя верстата п завжди відома, тому швидкість різання може бути визначеною. Відомо, що за один оберт фрези різальне лезо зуба фрези діаметром О пройде шлях, що дорівнює довжині кола, тобто І = πD мм мм. Для визначення шляху, пройденого лезом зуба фрези за кілька обертів, треба помножити довжину шляху за один оберт на число обертів п, тоді

L = ln = πDn мм/хв,

а швидкість

ν = πDn мм/хв, (2.3)

де D — діаметр, мм.

Якщо швидкість різання визначати в метрах за хвилину, то формулу швидкості треба поділити на 1000 і одержати швидкість різання фрезерування

(2.4)

Число обертів фрези за хвилину

ОБ/ХВ (2.5)

При фрезеруванні на величину швидкості різання впливають такі фактори: матеріал заготовки, різальні властивості фрези, діаметр і стійкість фрези, подача, глибина різання, ширина фрезерування, число зуб’ів фрези, охолодження та ін. При призначенні режимів фрезерування, залежно від конкретних умов, слід використовувати довідкову літературу.При обробці фрезеруванням подача заготовки може бути за напрямомпереміщення

оброблюваного виробу або подача на один зуб, подача за один оберт чи за хвилину. Тому за напрямом переміщення стола фрезерного верстата подачі бувають поздовжні, поперечні та вертикальні. При фрезеруванні розрізнюють подачу на один зуб, на один оберт і хвилинну.Якщо стіл фрезерного верстата здійснює поздовжнє переміщення, то і подача — поздовжня, відповідно при поперечному переміщенні подача буде поперечна, а при вертикальному — вертикальна.

Подача — це відстань, на яку переміщується оброблювана деталь за один оберт фрези, або на один зуб фрези, або переміщення деталі за одиницю часу (за 1 хв).Таким чином, подача при фрезеруванні може бути на зуб фрези S_z (мм/z), на оберт фрези S_o (мм/об) або хвилинна подача S_хв (мм/хв).

Подана на зуб — це величина переміщення стола із заготовкою або фрези при повороті на один зуб.Подана на один оберт фрези — це величина переміщення стола із заготовкою або фрези за один оберт фрези.Зв'язок між подачами на зуб і на один оберт виражається шляхом множення величини подачі на зуб на число зуб'їв фрези:

S_o = S_zZ. (2.6)

Хвилинна подана — це величина відносного переміщення стола із заготовкою або фрези за одну хвилину.Хвилинну подачу визначають як добуток подачі на один оберт фрези та числа обертів фрези за хвилину:

S_ХВ = S_o n= S_zZn, мм/хв. (2.7)

Для визначення необхідного часу для фрезерування поверхні деталі треба довжину обробки L поділити на хвилинну подачу:

T_o = L/S_хв (2.8)

З формули робимо висновок, що хвилинна подача характеризує продуктивність обробки.На величину подачі при чорновому фрезеруванні впливають такі фактори: матеріал заготовки, матеріал різальної частини фрези, потужність верстата, кути заточки фрези тощо, а при чистовому — шорсткість оброблюваної поверхні. Чорнове фрезерування виконують з найбільшими подачами. Наприклад, для фрезерування конструкційної сталі циліндричною фрезою зі швидкорізальної сталі при глибині фрезерування t = 3...5 мм і ширині В до 50 мм подача може бути 0,2...0,3 мм/зуб, а для чавуну — 0,10...0,12 мм/зуб. При фрезеруванні товщина стружки змінюється від найменшого значення а_тіп до найбільшого a_max, тому переріз стружки й потужність фрезерування змінюються між мінімальним і максимальним значеннями.Швидкість різання, глибина різання і подача визначають режим різання.