170

Глава 6. Исследование конструкций фрез

Фрезы – наиболее разнообразная по конструкциям группа режущего инструмента. Например, в отличие от резцов, фрезы – многолезвийный инструмент, что требует определенного, весьма точного взаимного расположения лезвий в корпусе фрезы, а в сборных фрезах – достаточно жесткого крепления режущих элементов при ограниченном пространстве корпуса.

Кромки фрез расположены на производящей поверхности вращения,

что, наряду с распространенным использованием их при обработке на станках с ЧПУ сложных поверхностей (винтовых, двойной кривизны), порождает множество сложных задач формообразования.

Обработка фрезерованием – прерывистое резание, в котором важную роль играют физические процессы, происходящие в момент входа и выхода лезвий фрезы из зоны резания. Поэтому существенное значение имеют схемы фрезерования, например, торцовое и цилиндрическое, встречное или попутное.

Изготовление и затачивание фрез со все возрастающими требованиями к точности также приводит к сложным технологическим задачам.

Совершенствование конструкций фрез происходит в нескольких направлениях: использование новых марок инструментальных материалов и покрытий; повышение точности изготовления и жесткости крепления;

оптимизация конструктивных элементов и геометрии; совершенствование технологии изготовления и восстановления, в том числе, использование многокоординатных станков с ЧПУ; выбор рациональных схем и режимов обработки.

Например, использование для фрез композита и некоторых марок твердого сплава с покрытиями делает возможным фрезерование закаленных сталей с твердостью до 60 - 62 НRC.

Лабораторные работы по фрезам ставят целью практическое изучение некоторых, в основном, стандартных конструкций фрез, схем их работы,

171

технологических приемов восстановления работоспособности. По данной теме имеется обширная литература, небольшая часть которой приводится ниже

[1] - [11].

Принятые обозначения

D – диаметр фрезы, мм z – число зубьев фрезы

d – диаметр отверстия под оправку, мм; (или диаметр хвостовика) { , , , , , 1, , rв, 1, 1, } - геометрические параметры фрез

- угол наклона винтовой линии зуба фрезы к оси фрезы

n, os - задние углы в нормальном (к винтовой линии кромки) и в осевом сечениях, соответственно СМП – сменная многогранная пластина

Dr - главное движение; Ds (Dsx, Dsy …) – движения подачи

Рф – ресурс фрезы

hз – величина износа по задней поверхности, мм

k – число перетачиваний (или восстановлений) работоспособности фрезы

M – размер слоя, который можно снять на зубе фрезы за все переточки, мм q – размер слоя, снимаемого за одну переточку фрезы, мм

t – глубина резания, мм

- скорость резания, м/мин (при шлифовании –м/с) S– подача:

Sz – подача на зуб, мм/зуб

Sо – подача на оборот, мм/об

Sм - подача минутная, мм/мин В – ширина фрезерования, мм

P- сила резания, Н

a – толщина срезаемого слоя b – ширина срезаемого слоя

СТМ – сверхтвердые материалы (алмаз, кубический нитрид бора)

172

6.1 Назначение, типы и конструктивные особенности

Фрезы – лезвийный режущий инструмент для обработки с вращательным главным движением резания Dr и с одним или более движением Ds подачи

(рис.6.1 и 6.2).

Число зубьев z зависит от типа фрез, наружного диаметра D, характера обработки и колеблется в диапазоне z=2-30. Для фрез малого диаметра возможно z=1, а для некоторых типов фрез большого диаметра (например,

отрезных), z увеличивают до 100 и более.

Рис. 6.1 Элементы конструкции цилиндрической фрезы и схема фрезерования: 1-заготовка; 2-обработанная поверхность; 3-зуб фрезы; 4-режущие кромки; 5- обрабатываемая поверхность; D – наружный диаметр фрезы; d – диаметр отверстия под оправку; П – цилиндрическая производящая поверхность; - задний угол; - передний угол; Dr – главное движение резания; Ds – движение подачи; B – ширина фрезерования; t – глубина резания; Рz, Рr, Ро –тангенциальная, радиальная и осевая составляющие силы резания соответственно.

Классификация фрез осуществляется по разным признакам, в том числе: - по форме производящей поверхности или по форме кромок; по их

расположению относительно оси фрезы (цилиндрические, торцовые и др.); - по способу соединения основных элементов (цельные, составные,

сборные);

-по способу крепления режущей части (сварные; напайные; с

механическим креплением режущих пластин);

-по способу крепления на станке (насадные; концевые; пальцевые);

173

- по материалу режущей части (быстрорежущая сталь, твердый сплав,

СТМ, режущая керамика);

-по форме зубьев (острозаточенные; затылованные);

-по форме передней поверхности (плоская; винтовая и др.);

-по конструктивно-целевым признакам (дисковые, шпоночные, угловые,

отрезные, Т-образные); в

отдельную группу составляют зуборезные фрезы (например, пальцевые,

рис.6.8, д);

-по характеру обработки (черновые, чистовые, общего назначения);

-по геометрическим параметрам;

-по числу и размеру зубьев (с крупными, мелкими, средними зубьями).

Режущие кромки фрез разного типа расположены на поверхностях вращения: цилиндрической поверхности П (рис.6.1 и 6.4), либо на конической поверхности (например, кромки АВ, рис.6.2 и рис.6.3), либо на плоскости, либо на фасонной поверхности вращения (рис.6.7). Соответственно, фрезы делятся на цилиндрические (рис.6.1), торцово-цилиндрические (рис.6.2), торцовые

(рис.6.3; рис.6.6), фасонные (рис.6.7: рис.6.8, е).

В зависимости от режимов резания, точности и шероховатости обработанной поверхности фрезерование подразделяют на:

-тяжелое (обработка по корке, окалине; резание при глубине t = 10 -

20мм);

-черновое (14 квалитет точности размеров, шероховатость Ra более 20

мкм);

-получистовое (12 -13 квалитет, Ra 5 -20 мкм):

-чистовое (11квалитет и менее, Ra около 5 мкм);

-отделочное (тонкое) (7-9 квалитет, Ra 3,5 мкм и менее).

Перечисленные выше признаки - ориентировочные и могут уточняться.

Производительность при фрезеровании определяется минутной подачей

Sм, а также числом проходов. Минутная подача рассчитывается: Sм = Sz · z ·n, где n – частота вращения фрезы (об/мин);

174

n = 1000 / D, -м/мин , D –мм.

Рис. 6.2 Элементы конструкции торцово-цилиндрической фрезы и схема торцового фрезерования:

1-заготовка; 2- обработанная поверхность; 3- фреза; 4 – режущие кромки; 5- обрабатываемая поверхность;

D – наружный диаметр фрезы; d – диаметр отверстия под оправку; L – длина фрезы; - задний угол; -передний угол; - главный угол в плане;1- вспомогательный угол в плане; - угол наклона главной кромки АВ;т, т - задний и передний углы на торцовой кромке АС;

Dr – главное движение резания; Ds – движение подачи;

k1, k2– перекрытия диаметром D фрезы ширины B заготовки, - соответственно на входе и выходе зубьев фрезы из зоны резания; - угол контакта фрезы с заготовкой;

B – ширина фрезерования; t – глубина фрезерования; Sz – подача на зуб; a, b- толщина и ширина срезаемого слоя.

175

[Заметим, что при шлифовании, в отличие от фрезерования и лезвийной обработки, скорость резания принято измерять в м/c; это связано с тем, что при шлифовании используют более высокие скорости резания, около 2040 м/c ( до

100 и более); поэтому при затачивании фрез шлифовальным кругом с диаметром Dкр частоту вращения круга рассчитывают: nкр = 60·1000 / Dкр ,

-м/с , Dкр –мм ].

Рис. 6.3 Элементы конструкции и геометрия сборной торцовой фрезы: 1- сменная многогранная пластина (СМП) с главной кромкой АВ; 2 – державка (кассета); 3- корпус фрезы.

176

При черновом фрезеровании подача на зуб Sz может составлять до 0,5- 1мм ( в отдельных случаях – до 3мм), что делает возможным использование большой минутной подачи Sм.

При чистовом и получистовом высокоскоростном фрезеровании,

например, при фрезеровании чугуна торцовыми фрезами, оснащенными композитом, скорость резания может достигать 3000м/мин, что, даже при малых подачах на зуб, (например, Sz=0,05мм) обеспечивает большую минутную подачу и высокую производительность.

Для обработки той или иной поверхности можно использовать разные типы, конструкции и размеры фрез и разные схемы фрезерования. Их выбор играет важную роль, влияя на все технико-экономические показатели процесса обработки (стойкость, точность, шероховатость, производительность,

себестоимость). По схемам обработки выделяют фрезерование цилиндрическое

(рис. 6.1,) и торцовое (рис.6.2); попутное (рис.6.1; рис.6.8,г) и встречное