4. Режущий инструмент для работы на фрезерных станках

4.1. Основные положения

Фрезерование является одним из высокопроизводительных и распространенных методов обработки металлов резанием. Оно осуществляется с помощью фрезы. Фреза - многозубый инструмент, представляющий собой тело вращения, на образующей поверхности которого, а иногда и на торце, имеются режущие зубья. Движение резания (главное движение) при фрезеровании вращательное и его совершает фреза; движение подачи (обычно прямолинейное) может иметь заготовка или фреза.

Различают черновое, получистовое и чистовое фрезерование.

Черновое фрезерование применяют как метод предварительной обработки заготовок, припуск на предварительную обработку которых превышает 3 мм. Черновое фрезерование обеспечивает шероховатость Rа = 10 - 20 мкм.

Получистовое фрезерование применяют для уменьшения погрешностей геометрических форм и пространственных отклонений.

Чистовое фрезерование применяют либо как метод окончательной обработки после чернового и получистового фрезерования, либо как метод промежуточной обработки после чернового фрезерования перед последующей отделочной обработкой. Чистовое фрезерование обеспечивает шероховатость Rа = 1,25 мкм.

Тонкое фрезерование применяют как метод окончательной обработки плоскостей торцовыми фрезами. Припуск под тонкое фрезерование составляет 0,2 - 0,5 мм. Тонкое фрезерование обеспечивает шероховатость Rа = 0,63 - 1,25 мкм.

Однократное фрезерование применяют в тех случаях, когда припуск на обработку не превышает 2 мм. Однократное фрезерование обеспечивает шероховатость Rа = 2,5 - 5 мкм.

4.2. Типы фрез

Фрезами обрабатывают наружные поверхности (рис. 4.1, а - в, с), пазы (рис. 4.1, г, д, ж) и фасонные поверхности (рис.4.2).

Фрезы специальной конструкции применяют также для обра­ботки тел вращения, для разрезки металлов (пилы), для изготов­ления зубчатых колес (зуборезные фрезы) и др.

Фрезы делают цельными, составными, сборными с режущей частью из быстрорежущих сталей или с пластинками твердых сплавов. Вследствие преимуществ фрез, оснащенных пластинками из твердых сплавов (высокая производительность, высокое качествo обработанной поверхности, исключающее иногда применение шлифования; возможность обработки закаленных сталей; снижение себестоимости обработки и др.), их успешно применяют в металлообрабатывающей промышленности.

Рис. 4.1. Виды фрезерования и основные типы фрез:

а – цилиндрические; б – торцовые; в и г – дисковые;

д – прорезные и отрезные; е и ж – концевые

Рис. 4.2. Фасонные фрезы:

а - с выпуклым профилем; б - с вогнутым профилем;

в-угловые

Наряду с широко распространенными торцовыми фрезами с пластинками из твердых сплавов в промышленности применяют твердосплавные дисковые, концевые, шпоночные и фасонные

4.3. Геометрические параметры фрез

На рис. 4.3 и 4.4 показаны геометрические элементы режущей части фрезы. Главный передний угол γ рассматривается в плоскости нормальной к главной режущей кромке и проходящей через данную точку (сечение ББ). У торцовой фрезы (рис. 4.4) главная режущая кромка направлена под некоторым углом φ; у цилиндрической фрезы с винтовым зубом (рис. 4.3) направление главной режущей кромки совпадает с направлением винтовой линии.

Для фрез из быстрорежущих сталей величина главного переднего угла колеблется в пределах 10 - 20°. У торцовых и дисковых фрез, оснащенных пластинками из твердых сплавов, угол γ = + 5 - -10°. Отрицательный угол γ делается на фаске шириной 1 - 1,5 мм и используется при фрезеровании заготовок из конструкционных и легированных сталей. Иногда передние углы задают плоскости, нормальные к оси фрезы (угол γ' в сечении ГГ).

Главный задний угол α рассматривается в плоскости, нормальной к оси фрезы (сечение /Т). Он заключен между касательной к задней поверхности зуба фрезы в рассматриваемой точке главной режущей кромки и касательной к окружности вращения дат и точки. Иногда задний угол задается в нормальном сечении к главной режущей кромке (угол α_n в сечении ВВ).

Рис. 4.3. Геометрические элементы Рис. 4.4. Геометрические

режущей части цилиндрической элементы режущей части

фрезы торцевой фрезы

У фрез из быстрорежущих сталей величина главного заднего угла колеблется в пределах 12 - 30° (в зависимости от типа фрезы). У торцовых фрез с твердосплавными пластинками α_n=6 - 15°; у дисковых фрез α_n = 20 - 25° при обработке сталей и α_n = 10 - 15° при обработке чугунов.

При торцовом фрезеровании ось фрезы располагается перпен­дикулярно обработанной поверхности. Основную работу при торцовом фрезеровании производят боковые (главные) режущие кромки, торцовые кромки лишь зачищают обработанную поверх­ность. На рис. 4.5, а показано неполное симметричное торцовое фрезерование фрезой, у которой главный угол в плане φ = 90°.

Торцовое фрезерование называется полным, когда ширина фрезеруемой (обработанной) поверхности В будет равна диамет­ру фрезы D; полный угол контакта δ в этом случае будет равен 180°.

Торцовая фреза с φ = 90° (рис. 4.5, а) применяется для обра­ботки поверхности, имеющей со смежной вертикальной поверхно­стью угол 90°. При фрезеровании на проход применяются фрезы с φ < 90° как более производительные.

Фрезы с остроконечными зубьями затачивают в основном по задней поверхности. Преимущество остроконечных зубьев: высокая стойкость (стойкость фрез с остроконечным зубом в 1,5 - 3 раза больше стойкости фрез с затылованным зубом); простота изготов­ления (кроме фасонных фрез); повышенный класс шероховатости обработанной поверхности детали.

а)

Рис. 4.5. Торцевое фрезерование:

а – симметрично; б - несимметрично

Остроконечная форма зуба используется в основном для фрез общего назначения. Известны три типа остроконечных зубьев. При трапецеидальной форме (рис. 4.6, а) зуб определяется углом η, канавка — углом υ. Зубья такой формы просты в изготовлении, но зуб несколько ослаблен. Особенностью остроконечного зуба, показанного на рис. 4.6, б, является параболическая форма его задней поверхно­сти. Эта форма определяется из условия равнопрочности всех сече­ний зуба на изгиб. Если передний угол γ не равен нулю, то профиль зуба описывается дугой окружности.

Рис. 4.6. Типы остроконечных зубьев:

а - трапецеидальная; б - параболическая форма

зу­ба; в - двухугловая форма зуба

Наибольшее распространение получил зуб третьего типа двухугловой (рис. 4.6, в), спинка которого образуется путем двойного фрезе­рования, что обеспечивает получение формы зуба, близкой к рав­нопрочной параболической. Определение угла υ производится так же, как и для зуба первой формы; затем строится второй угол γ₁, обычно равный 60-65°, и радиус закругления r.

Фрезы диаметром 60 - 90 мм применяются в основном при глубине резания до 5 мм, диаметром 90 - 110 мм - при глубине резания до 8 мм, диаметром 110 - 150 мм - при глубине резания до 12 мм. Ширина фрезы должна быть несколько больше (на 2-5 мм) ширины обрабатываемой поверхности.

От диаметра фрезы зависит отвод теплоты, толщина стружки, число зубьев, форма зубьев и диаметр отверстия. Больший диаметр фрезы позволяет применить более жесткую оправку, лучше разме­стить зубья и канавки фрезы и увеличить число зубьев, улучшить отвод теплоты и повысить минутную подачу, хотя и вызывает повышенный расход металла и энергии на фрезерование.

В зависимости от назначения фрезы разделяются на крупнозубые, т. е. фрезы с окружным шагом Рт > 10 мм и небольшим числом зубьев, и мелкозубые, т. е. фрезы с Рт ≤ 10 мм и большим числом зубьев.

У фрез с большим шагом зуб получается более прочным. Крупный зуб лучше отводит теплоту от режущей кромки, допу­скает большее число переточек, и впади­ны между зубьями имеют большую вме­стимость для стружки. Но к недостаткам фрез с крупным прямым зубом следует отнести менее плавную работу. По этим соображениям применяют фрезы с круп­ными зубьями при черновом фрезерова­нии, а фрезы с мелкими зубьями - толь­ко при чистовом. Число зубьев фрез

,

где m — коэффициент, зависящий от условий работы и конструк­ции фрезы. Значения коэффициента m приведены ниже.

Фрезы цилиндрические

m

Цельные:

крупнозубые с ω до 30° ....................…………. 1,05

мелкозубые с ω = 15-20° ..................………….. 2

Сборные:

мелкозубые с ω = 20° .....................…………… 0,9

крупнозубые с ω = 45° .....................………….. 0,8

Цилиндрические фрезы с мелкими зубьями (рис. 4.7) приме­няются для чистовых и получистовых работ. Они не пригодны для обдирочных работ, так как имеют небольшой шаг зубьев и, следовательно, небольшой объем канавки для помещения стружки. Угол ω = 30 - 35°. Число зубьев 10 - 18.

Цилиндрические фрезы с крупным зубом имеют меньшее число зубьев (6 - 12) и угол ω = 40°. Диаметр, длина и диаметр отверстий такие же, как у фрез с мелким зубом.

У фрез с углом ω = 20° возникает сравнительно небольшая осевая сила, поэтому при эксплуатации можно устанавливать одну фрезу. У фрез с углом наклона ω = 45° возникают значительные осевые силы. Для уравновешивания осевых сил используется ком­плект фрез.

Рис. 4.7. Цилиндрические фрезы с винтовыми мелкими зубьями

Для фрез как с углом ω = 20°, так и с углом ω = 45°, предна­значенных для обработки заготовок из стали средней твердости, передний угол γ_n в сечении нормальном режущей кромке зуба при­нимается 14 - 16°; задний угол α_n в том же сечении принимается равным 9 - 11°. При заточке фрезы допускается ленточка по ци­линдру до 0,1 мм. Корпуса фрез изготовляют из стали 40Х, ножи - из быстрорежущей стали.

Цилиндрические фрезы, оснащенные твердыми сплавами, до последнего времени не получили широкого применения из-за труд­ностей изготовления. Однако применение их показало хорошие результаты, особенно на специальных горизонтально-фрезерных станках, а также при обработке заготовок из жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов.

Существует конструкция и технология производства винтовых твердосплавных пластинок. По сравнению с быстрорежущими фрезами применение цилиндрических фрез, оснащенных винтовыми пластинками из твердых сплавов Т5К10, Т15К6, ВК8 и др., обеспечивает повышение производительности в 3-5 раз с одновре­менным повышением стойкости от 2 до 5 раз. Пластинки должны быть припаяны так, чтобы на стыке они были расположены в шах­матном порядке, т. е. перекрывали друг друга при работе фрезы. Фрезы изготовляют диаметром 63, 80, 100 и 125 мм с углом ω = 24 -30°.

Большинство работ по фрезерованию поверхностей выполняется торцовыми фрезами. Фреза (см. рис. 4.4) предназначена для обработки поверхностей, а также пазов, и имеет, кроме торцовых кромок, длинные режущие кромки, расположенные на цилиндри­ческой части. Фрезы с мелким зубом (тип I) дают чистую поверх­ность и служат для чистовых и получистовых работ. Число зубьев фрез с мелкими зубьями принято по формуле z = 1,2 . Диаметр фрезы D, диаметр отверстия d и ширина фрезы определены стан­дартом.

Геометрические параметры рекомендуются следующие: передний угол γ = 12°, задний угол α = 14°; у торцовых фрез с мелким зубом ω = 25 - 30°, у фрез с крупным зубом ω = 35 - 40°.

Для грубых обдирочных работ могут быть применены торцовые фрезы с крупным зубом. Число зубьев фрезы рекомендуется прини­мать по формуле z = 1,2 . Изготовлять подобные фрезы боль­шого диаметра целиком из быстрорежущей стали нецелесообразно из-за большого расхода материала; их следует изготовлять сборными.