Проектирование режущих инструментов

где к - коэффициент, зависящий от условий работы к —1,0...1 ,2 - фрезы для черновой обработки; к =1,8...2,0 - фрезы для чистовой обработки; к = 0,8 - для сборных фрез.

Принятое число зубьев должно обеспечивать равномерность фрезерова­ ния. Условие равномерности фрезерования заключается в том, что в процес­ се фрезерования на дуге контакта фрезы с поверхностью детали должно на­ ходиться не менее двух зубьев.

Для прямозубых фрез число зубьев

Вычисленные по формулам (1) или (3) числа зубьев следует округлить до целых, желательно четных значений. В ряде случаев при малых значениях t u b добиться равномерности фрезерования невозможно, так как для этого требуются чрезмерно большие числа зубьев, которые невозможно реализо­ вать в конструкции фрезы. Поэтому часто для снижения вибрации применя­ ются фрезы с большими углами со.

Угол наклона стружечных канавок со способствует удалению из них сре­ занной стружки, повышает плавность и равномерность фрезерования, а так­ же стойкость фрез. Направление винтовых зубьев фрез при правом вращении шпинделя должно быть правое, при левом вращении - левое. Для цилиндри­ ческих насадных фрез, предназначенных для обработки конструкционных материалов, со = 30...40°, а у предназначенных для обработки труднообраба­ тываемых материалов со = 45...60°.

Выбор формы и размеров зубьев и впадин канавки фрезы. Форма зубьев и впадин у фрез с острозаточенными зубьями определяется условиями обра­ ботки и имеет три вида профилей (рис.2): одноугловая, двухугловая и криво­ линейная (параболическая). Стружечная канавка должна обеспечивать дос-

таточный объем для размещения срезанной стружки (при достаточной проч­ ности зуба), большое количество переточек, технологичность изготовления и т.д.

Рис.2. Формы профиля зуба: а- одноугловая/б - двухугловая; в - параболическая

Одноугловая (трапециевидная) форма (см. рис. 2, а) предназначена для фрез с мелким зубом, в частности для фрез малого диаметра. Основное её достоинство - простота инструмента П порядка, который представляет собой обычную угловую фрезу. Канавки характеризуются следующими конструк­ тивными элементами: углом стружечной канавки 0 (он нормирован в диапа­ зоне 45...100° кратно 5°); углом зуба т| (для обеспечения прочности зуба угол должен быть в пределах 47...520); высотой зуба h; радиусом дна стружечной канавки г . Конструктивные элементы стружечной канавки следует рассмат­ ривать в такой последовательности:

1. Определить угловой шаг зубьев в . Для прямозубых фрез в = 360° !ZU.

Для фрез с винтовым зубом в = Zu /cos3со.

2.Задаться значением угла зуба ц = 45...50°.

3.По формуле

0 = 11+ 6 , определить угол стружечной канавки и округлить полученную величину кратно 5°.

4. Уточнить действительную величину угла зуба и убедиться, что уточненная величина укладывается в пределы 45...55°.

5.Рассчитать окружной шаг зубьев

6.Определить высоту зуба

Л= (0,5...0,65)Р.

7.Назначить радиус у дна канавки г= 0,5...2,0 мм.

Двухугловая форма (см. рис. 2, 6) рекомендуется для фрез с крупным зубом, предназначенных для предварительной обработки. Отличие расчета фрезы с зубом двухугловой формы от предыдущего заключается в том, что 0 = 6О...65°, h - (0,3...0,45)/>, г = (0,4^0,75) h (0,,F определяются графиче­ ски).

Криволинейная форма (см. рис. 2,в) рекомендуется для той же цели, что и предыдущая, но характеризуется большей прочностью. Спинка зуба очер­ чивается радиусом R = (0,3...0,45) D , при этом касательная должна прохо­ дить под углом а ’ = а + (10...15°).

Для всех профилей на задней поверхности зубьев назначается ленточка / наклон которой и определяет величину заднего угла, / = 1 ...2 мм для зубь­ ев с криволинейной спинкой и/= 0,1 мм для одно- и двухугловых зубьев.

Все размеры зубьев и канавок следует округлять кратно 0,5 мм.

Выбор геометрических параметров фрез. Геометрические параметры фрезы назначаются в соответствии с условиями обработки: физико­ механическими свойствами обрабатываемого материала, размерами сечения среза, требуемой шероховатостью поверхности и т.д. Выбор их производится по литературным источникам, отраслевым и заводским нормативам. В ряде случаев необходима экспериментальная проверка этих параметров.

Главный угол в плане <р определяется конструкцией фрезы. Для цилинд­ рических, концевых, и дисковых фрез <р = 90°. Вспомогательный угол в пла­ не <р ,= 0...10°.

Главный задний угол рассматривается в торцовом сечении Т-Т (см. рис.1). Он назначается в целях уменьшения трения задней поверхности зуба фрезы о поверхность резания детали. При его увеличении уменьшается пло­ щадь контакта между этими поверхностями и соответственно снижаются си­ лы трения. Однако увеличение этого угла сверх определенных значений при­ водит к уменьшению угла заострения р ослаблению режущего клина и, следовательно, к снижению его прочности. Уменьшение массивности режу­ щего клина также ухудшает теплоотвод от лезвия, в результате возрастает температура резания и снижается стойкость фрезы.

Таким образом, величина главного заднего угла должна одновременно удовлетворять двум противоречивым условиям. При этом необходимо иметь в виду, что при встречном фрезеровании зуб фрезы начинает срезать стружку при толщине сечения среза, близкой к нулю, и наличии так называемой "дуги скольжения", что отрицательно сказывается иа стойкости фрезы. Для умень­ шения дуги скольжения целесообразно увеличивать главные задние углы до величин, превышающих приблизительно в два раза величины аналогичных углов у токарных резцов. .Так, для фрез с мелким зубом угол а = 16°, для фрез с крупным зубом а = 12°. При попутном фрезеровании задний угол выбирается равным 8... 10°.

Задний угол в нормальном сечении a N необходим при профилировании

фрез П порядка для обработки стружечных канавок и для удобства измере­ ния углов а и у

tga N _“ tga

COSСО

Главный передний угол у предназначен для уменьшения нагрузки на режущую кромку в процессе резания и рассматривается в нормальном сече­ нии N -N , т.е. в направлении схода стружки. Он назначается исходя из усло­ вий, обеспечивающих срезание стружки в зависимости от физико­ механических свойств обрабатываемого материала и характеристики мате­ риала инструмента. Увеличение переднего угла способствует снижению пла­ стических деформаций срезаемого слоя и сил резания, облегчает перемеще­ ние сгружки по передней поверхности. С этой точки зрения величины пе­ редних углов желательно назначать предельно большими, близкими к 45°. Однако такое увеличение угла у вызывает уменьшение угла заострения Р , ослабление режущего клина и приводит к снижению его прочности.

Таким образом, большие величины передних углов допустимо назначать только при обработке конструкционных материалов с низкими прочностны­ ми свойствами (табл. 2).

Конструктивные особенности цилиндрических фрез с острозаточенными зубьями из твердых сплавов. Стандартные твердосплавные цилиндри­ ческие фрезы с острозаточенными зубьями бывают составные, как правило, оснащены призматическими или винтовыми режущими пластинами из твер­ дого сплава различной формы.

Размеры цилиндрических фрез с винтовыми твердосплавными пласти­ нами приведены в [4]. При постоянном шаге угол наклона ш зубьев на фрезе наружного диаметра Д отличного от наружного диаметра Д винтовой пла­

стины с углом наклона ш19 определяется по формуле ctg© = ctgm /% . Но-

менклатура винтовых твердосплавных пластин позволяет изготовлять ци­ линдрические фрезы диаметром до 300 мм и с углом наклона зубьев со = 20...60°.

При конструировании насадных фрез следует произвести проверку

Если эти условия не соблюдаются, следует изменить D и d и повторить расчет.

Сведения о других конструктивных элементах приведены в работах [ 1,2,3.4,14] и ГОСТ 8752-71, ГОСТ 3752-71, ГОСТ 8721-69 и др.

Торцовые фрезы. Торцовые фрезы предназначены для обработки плос­ костей открытых или с небольшими уступами. Торцовые фрезы по сравне­ нию с цилиндрическими имеют значительный угол контакта с обрабатывае­ мой поверхностью, что приводит к повышению равномерности процесса фрезерования. Современные торцовые фрезы оснащаются пластинками твердого сплава, выполняются цельными и сборными (последние предпоч­ тительнее). Пластины закрепляются либо непосредственно в корпусе фрезы, либо припаиваются к сменным резцам (ножам). В качестве режущих элемен­ тов могут быть использованы сменные многогранные пластины (СМП) а также вставки из сверхтвердых материалов (СТМ).

Различают основные виды торцовых фрез: цельные из быстрорежущей стали (рис.З); составные с припаянными пластинами твердого сплава; сбор­ ные насадные, оснащенные режущими ножами (рис. 4) или СМП, или встав­ ками из СТМ; хвостовые со вставными ножами или оснащенные пластинами из СМП (рис.5), или вставками из СТМ.

Определение наружного диаметра и диаметра посадочного отверстия фрезы. Наружный диаметр D фрезы должен быть на 4... 10 мм больше ширины фрезерования В и принимается равным D = (1,1..Л,2) В. Насадные фрезы изготовляются диаметром 100...630 мм. Иногда изготовляются диа­ метром до 1000 мм. Диаметр посадочного отверстия назначается d - D/2,25 и округляется до стандартного значения фрезерной оправки (см. разд. 3.1).

Число зубьев (ножей) сборной фрезы меньше, чем число зубьев у цель­ ной, и принимается в зависимости от диаметра фрезы и обрабатываемого ма-

Значения передних углов у торцовых фрез выбираются, как и для ци­ линдрических, по табл.2.

Фрезы с механическим креплением сменных многогранных пластин.

Прогрессивным направлением в проектировании сборных фрез является разработка конструкций с закреплением СМИ непосредственно в корпусе фрезы. Такие фрезы должны оснащаться пластинами высокого класса точно­ сти.

Эти фрезы выпускаются с четырехгранными (ГОСТ 22086-76), пяти­ гранными (ГОСТ 22087-76) и круглыми (ГОСТ 22088-76) пластинами диа­ метром 60, 63, 80 мм с коническим хвостовиком. Насадные фрезы с СМП (ГОСТ 26595-85) выпускаются диаметрами 80, 100, 125, 160, 200 и более. Широкое распространение в металлообработке получают торцовые фрезы, оснащенные СМП из минералокерамики и композитов.

Форма пластины влияет на силу резания, число режущих кромок, точ­ ность обрабатываемой поверхности и, до некоторой степени, на конфигура­ цию обрабатываемой детали.

Рекомендации по выбору конструктивных элементов фрез с СМП, их конструкции корпуса, способа закрепления пластин, размеров фрезы, типо­ размера пластины, формы режущей кромки и примеры конструкций приве­ дены в работах [1,2,3,4,].

Геометрия инструмента в значительной степени определяется типом

Значения углов в плане <р и <р ,и рабочая длина режущей кромки для круглых пластин зависят от глубины резания.

Передние углы у м выбираются в зависимости от марки обрабатываемо­ го материала по табл.2. Задние углы a N получаются за счет установки

режущей пластины в корпусе в пределах 8...100.

Кроме главного угла в плане различают дополнительные углы, которые определяют форму режущего зуба торцовой фрезы в пространстве. На рис. 7 представлены углы фрезы в различных плоскостях относительно оси вра­ щения инструмента: радиальный передний угол ур, определяется по форму­

ле

tgyp=tgrNsin<p,

осевой наклон пластины определится по формуле

tgaN+tgyNsin2<p siny0 = - -----— ------— ,

(1- tg a MtgyN)cos<p

угол наклона режущей кромки X, определится как

tgX = tg(4/-yp)cos<p,

где tg\|/ = tgcpsiny0.

При рассмотрении геометрии торцовых фрез возможны следующие конструкции: фрезы с положительными или отрицательными значениями передних углов как радиального, так и осевого; с отрицательными радиаль­