книги из ГПНТБ / Некрасов С.С. Технология материалов. Обработка конструкционных материалов резанием учеб. пособие

взависимости от качества обрабатываемого материала принимают

впределах 5—30°. Для торцовых твердосплавных фрез у = (+10°) ч- -г- (— 20°). Главный задний угол а рассматривается в плоскости,

перпендикулярной к оси фрезы. Угол а образуется касательной к задней поверхности зуба фрезы в данной точке режущей кромки и касательной к траектории движения точки режущей кромки, принимаемой за окружность. Иногда главный задний угол рассмат­ ривается в плоскости, перпендикулярной к главной режущей кромке (сечение Г — Г). Тогда этот угол обозначается ап и называется нор­ мальным задним углом. Для цилиндрических фрез с винтовыми зубьями

tg а — tg ос,, cos и. Для главного лезвия торцовых фрез

Главный задний угол для различных фрез из быстрорежущей стали а = 12 ч- 30°, для торцовых твердосплавных фрез а ^

=10 -н 25°.

Главный угол ф в плане образуется проекцией главной режущей

кромки на осевую плоскость, проходящую через вершину зуба, и направлением подачи.■С уменьшением угла ф уменьшается тол­ щина срезаемого слоя. Торцовые фрезы с углом ф = 10 -s- 30° применяют лишь при жесткой системе СПИД и при глубине реза­ ния t — 3 -f- 4 мм; обычно ф = 60°. Вспомогательный угол фі

вплане у торцовых фрез уменьшает побочное трение, обычно фх —

“2 -г 10°. Угол к наклона главной режущей кромки — угол между

режущей кромкой и ее проекцией на осевую плоскость, проходя­ щую через вершину зуба, оказывает влияние на прочность зуба и стойкость фрезы. У торцовых твердосплавных фрез угол X выпол­ няется в пределах от 5 до 15° при обработке стали и от —5 до +15° при обработке чугуна. Угол наклона винтовых зубьев © обеспечи­ вает более равномерное фрезерование и уменьшает мгновенную ширину среза при врезании. Этот угол выбирается в пределах 10— 30°.

§ 2. ЭЛЕМЕНТЫ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ ПРИ ФРЕЗЕРОВАНИИ

Фрезерование цилиндрическими фрезами может производиться двумя способами: против подачи (рис. 118, а), когда фреза вращается против направления подачи («встречное фрезерование»), и по подаче (рис. 118, б), когда вращение фрезы и направление подачи совпа­ дают («попутное фрезерование»).

При встречном фрезеровании толщина снимаемого слоя мате­ риала и нагрузка на зуб фрезы возрастают постепенно. В первона­ чальный момент зуб фрезы вследствие наличия радиуса округле­ ния режущей кромки производит не резание, а смятие. Это приводит к повышенному износу зуба фрезы по задней поверхности и вызы­ вает дополнительный наклеп обработанной поверхности.

При попутном фрезеровании зуб фрезы начинает работать с максимальной толщины среза и поэтому в первый же момент вос­ принимает наибольшую нагрузку. Исследованиями установлено, что при попутном фрезеровании затрачиваемая мощность на 10— 15% меньше, а класс чистоты обработанной поверхности на 1—2 выше, чем при фрезеровании против подачи. Однако попутное фрезерование невозможно осуществить при наличии у заготовки

Рис. 118. Схемы фрезерования:

а — встречное; б — попутное

твердой корки (например, в отливке или поковке) и требует приме­ нения специальных механизмов для предохранения ходового винта продольной подачи и маточной гайки от поломок. В связи с этим попутное фрезерование возможно только на специально приспособ­ ленных станках.

Элементы режима резания при фрезеровании. Глубина фрезеро­ вания или глубина резания t определяется толщиной срезаемого слоя материала, измеренной по перпендикуляру к обработанной поверхности (рис. 119). Подача — перемещение обрабатываемой детали относительно фрезы при вращении последней. Различают три вида подач: минутную подачу s„, подачу на оборот s0 и подачу на зуб sz. Минутная подача есть перемещение обрабатываемой детали в мм/мин. Подача на оборот — перемещение обрабатываемой детали в миллиметрах за один оборот фрезы. Подача на зуб — по­ дача обрабатываемой детали в миллиметрах, приходящаяся на один зуб фрезы. При этом

sM= s0n —szzn мм/мин,

где п — частота вращения фрезы в об/мин; z — число зубьев фрезы. *

162

Скорость резания, т. е. окружная скорость вращения фрезы, подсчитывается по формуле

nDn

1000 м/мин,

где D — наружный диаметр фрезы в мм.

Г\

Площадь поперечного сечения среза при фрезеровании цилинд­ рической прямозубой фрезой для одного зуба фрезы (рис. 119, а, б)

f = Ва мм2,

где В — ширина фрезерования в мм; а — толщина среза в мм.

При этом толщиной среза а называют толщину срезаемого одним зубом слоя, измеренную по направлению радиуса фрезы. При

толщина среза достигает при выходе фрезы из обрабатываемой за­ готовки. Максимальная толщина среза

й max = 5г Sill ф ММ,

где ф — угол контакта фрезы с деталью — центральный угол, соответствующий дуге соприкосновения фрезы с заготовкой;

Площадь поперечного сечения среза для п одновременно рабо­ тающих зубьев фрезы

П

F = Bsz 2 ] s in ф к = Bsz (sin ф ! 4- Sin ф 2 + . . . + sin ф л) ММ2,

1

где фц ф2, Фл — текущие углы контактов зубьев фрезы с обра­ батываемой деталью.

Площадь поперечного сечения среза при фрезеровании цилинд­ рической прямозубой фрезой — величина переменная, периодически изменяющаяся в процессе фрезерования, так как в каждый отдель­ ный момент времени в работе находится неодинаковое число зубьев. Поэтому силы, момент и мощность резания периодически меняются. Чем большее количество зубьев находится одновременно в работе, тем более спокойно протекает процесс фрезерования. При работе фрезами с прямым зубом добиться полной равномерности фрезеро­ вания невозможно. Фрезерование фрезой с винтовыми зубьями происходит более спокойно, так как суммарная площадь среза F изменяется в меньших пределах (рис. 119, г).

Равномерное фрезерование (фрезерование с постоянной пло­ щадью поперечного среза F) можно получить лишь при работе цилиндрическими фрезами с винтовыми зубьями и при определенных условиях, а именно, когда ширина фрезерования В равна или кратна осевому шагу, т. е.

164

165

Ширина фрезерования В при обработке торцовыми фрезами (см. рис. 121) определяет ширину контакта фрезы с заготовкой в плане.

Машинное (основное) время при фрезеровании

Т наш = -г - мин>

где L — расчетная длина прохода фрезы в мм. Длина

L = I -f- /і -f- /2,

где I — длина фрезеруемой поверхности в мм;

— величина врезания фрезы в мм; /2 — величина перебега фрезы, равная 1—5 мм, в зависимости

от диаметра фрезы.

Рис. 123. Схемы к расчету величины врезания при фрезеро­ вании:

а — цилиндрической фрезой; б — торцовой фрезой

Величина врезания при фрезеровании цилиндрическими фре­

Силы, крутящий момент и мощность при фрезеровании. При фре­ зеровании прямозубой цилиндрической фрезой (рис. 124, а) на каж­ дый зуб фрезы действует сила, которая может быть разложена на тангенциальную силу, направленную по касательной к траектории движения режущей кромки зуба (силы Рл , Pz2, Ргя, ..., Pzn), и радиальную силу, направленную по радиусу к центру фрезы (силы Ру1 , РУ2 , Руз, •••, Руп)- Радиальные силы вызывают изгиб фрезерной оправки и действуют на подшипники шпинделя станка. Касатель­ ные силы (или окружные силы) создают крутящий момент резания, преодолеваемый крутящим моментом на шпинделе станка, и скру­ чивают оправку. Суммируя графически силы, получим суммарную силу Ру и суммарную силу Pz (рис. 124, б). Равнодействующую

166

сил Ру и Рг обозначим Р. Сила Р, кроме того, может быть разло­ жена на горизонтальную составляющую Рт и вертикальную Рв; при этом горизонтальная сила воспринимается механизмом подач станка, а вертикальная при встречном фрезеровании стремится оторвать обрабатываемую деталь от стола станка. Наоборот, при попутном фрезеровании вертикальная сила стремится прижать обрабатываемую деталь к столу станка.

При фрезеровании фрезой с винтовым зубом на каждый зуб фрезы будет действовать осевая сила Р01, Ро2, Ро3, ..., Роп, направ-

Рис. 124. Силы резания при фрезеровании цилиндрической фрезой:

а, б — с прямым зубом; в — с наклонным зубом

ленная вдоль оси фрезы (рис. 124, е). Суммарная осевая сила от всех зубьев (фрезы

f >o — P o i Jr P 02 Jr P o 3 Jr - - - Jr P on9

причем

Po = Pztg®,

где со — угол наклона винтовой канавки фрезы относительно оси. Вдоль каждого зуба фрезы возникает еще сила трения, уменьщающая величину силы Р0, и поэтому более точно ее определяют

по формуле

Р0= 0,28Рг tg со

Осевая сила оказывает давление на упорные подшипники шпин­ деля станка, стремится сдвинуть фрезу с оправки. Она восприни­ мается гайкой оправки и передается на приспособления для креп­ ления обрабатываемой детали и элементы механизма поперечной подачи.

167

Между отдельными составляющими сил резания имеют место следующие соотношения: Р х«=* 0,4Р/, при встречном цилиндрическом фрезеровании Рт— (1 -е 1,2) Рг, Рв = (0,2 -е 0,3) Р/, при попут­ ном цилиндрическом фрезеровании І\ = (0,8 -ь 0,9) Рг, Рк — = (0,75 -S- 0,80) Рг.

Среднюю окружную (тангенциальную) силу Рг рассчитывают

где М — крутящий момент на фрезе в кгс-мм; п — частота вращения фрезы в об/мин.

При расчете мощности, расходуемой на фрезерование по системе СИ, формула будет иметь вид

Мп

N 9554 кВт,

где М — крутящий момент на фрезе в Н-м.

Мощность резания должна быть меньше или равна мощности на шпинделе станка:

/V < /Ѵшп = N j\,

где N„ — мощность электродвигателя в кВт; 11 — к. п. д. станка.

168

Скорость резания и стойкость фрез. Допустимая скорость реза­ ния в зависимости от условий фрезерования и стойкости фрезы рас­ считывается по формуле

Значения коэффициентов и показателей степеней берут из спе­ циальных справочников. Например, при фрезеровании конструк­ ционной стали средней твердости цилиндрической фрезой, оснащен­ ной пластинкой из твердого сплава Т15К6, / > 2 мм, sz 5s

0,15 мм/зуб, В <; 35 мм, тогда

7 0 0 D 0 .1 7

y-0,33^0,38s O,2Hß 0,ü82 ü, 1 м/мин.

Фрезы изнашиваются преимущественно по задней поверхности зубьев. Допустимый износ для цилиндрических фрез из быстроре­ жущей стали при черновой обработке стали 0,4—0,6 мм, а при обра­ ботке чугуна 0,5—0,8 мм. Допустимый износ торцовых твердо­ сплавных фрез 1—1,2 мм при обработке стали и 1,5—2 мм при обработке чугуна. При чистовом фрезеровании за критерий износа принимается такой износ, при котором шероховатость обработан­ ной поверхности уже не удовлетворяет техническим требованиям. Стойкость цилиндрических фрез из быстрорежущих сталей состав­ ляет 30—320 мин и в некоторых случаях достигает 600 мин; стой­ кость твердосплавных фрез 90—500 мин.

§ 3. НАЗНАЧЕНИЕ РЕЖИМА РЕЗАНИЯ ПРИ ФРЕЗЕРОВАНИИ

Глубина резания выбирается в зависимости от припуска на обра­ ботку. Надо стремиться вести черновое и получистовое фрезеро­ вание за один проход, если это допускается мощностью станка и жесткостью системы СПИД. При припуске на обработку более 5 мм фрезерование ведут в два или более проходов, оставляя на последний проход припуск 1—1,5 мм. Подача выбирается макси­ мально возможной. Ее величина может быть ограничена следую­ щими основными факторами: шероховатостью обработанной поверх­ ности, прочностью зуба фрезы, прочностью механизма подачи станка, жесткостью системы СПИД, прочностью и жесткостью оправки

169

и др. При черновом фрезеровании стальных заготовок цилиндри­ ческими фрезами из быстрорежущей стали принимают подачу на зуб sz = 0,06 -г- 0,6 мм/зуб, при обработке чугуна == 0,1 -ь -г- 0,6 мм/зуб и при черновом торцовом фрезеровании фрезами из быстрорежущей стали sz = 0,04 н- 0,6 мм/зуб.

Скорость резания подсчитывают по ранее приведенной формуле с учетом принятой глубины резания, подачи, характеристики фрезы (диаметр фрезы, число зубьев, материал режущей части фрезы), физико-механических свойств обрабатываемого материала и других условий. По расчетной скорости резания определяют частоту вра­ щения фрезы и корректируют по паспорту станка, выбирая бли­ жайшую меньшую частоту вращения шпинделя. По фактической частоте вращения фрезы подсчитывают действительную скорость резания. Выбранный режим проверяют по мощности и крутящему моменту на шпинделе станка, а также по максимально допустимой силе подачи.

§ 4. ФРЕЗЕРНЫЕ СТАНКИ

Фрезерные станки разделяют на горизонтальные, вертикальные,

широкоуниверсальные, продольные, непрерывного действия, копи­ ровальные и др. (см. табл. 8).

Горизонтально-фрезерные станки характеризуются горизонталь­ ным расположением оси вращения фрезы; у вертикально-фрезерных станков ось вращения фрезы располагается вертикально.

Универсально-фрезерные станки имеют поворотный стол и допу­ скают подачу заготовки под углом ±45° к оси шпинделя станка. При наличии делительной головки на этих станках можно произво­ дить нарезание зубчатых колес со спиральным зубом, фрезеровать спиральные канавки.

Продольно-фрезерные станки предназначаются для обработки особенно крупных деталей, и поэтому длина их стола достигает 3—4 м и более. Такие станки часто имеют несколько шпинделей.

К фрезерным станкам непрерывного действия относятся кару­ сельно-фрезерные и барабанно-фрезерные станки. У таких станков круглый стол с обрабатываемыми деталями имеет непрерывное движение подачи. С одной стороны стола происходит фрезерование непрерывно движущихся к фрезе заготовок, с другой стороны рабо­ чий снимает готовые детали и устанавливает новые заготовки.

Копировально-фрезерные станки предназначены для фрезерова­ ния сложных контуров по копирам, шпоночно-фрезерные — для фрезерования шпоночных канавок в валах.

В ремонтных предприятиях сельскохозяйственного производства применяются преимущественно горизонтально-фрезерные, универ­ сально-фрезерные и вертикально-фрезерные станки.

Кинематическая схема универсально-фрезерного станка 6М82 показана на рис. 125 (станок имеет станину, на верхних направ­ ляющих которой размещен хобот, поддерживающий оправку для

170