Гл а в а 15. Фрезерование

Фрезерование является широко распространенным процессом резания материалов, применяемым для обработки плоских и фасонных поверхностей. Применяется фрезерование и для обработки резьбы. Этот способ обработки обеспечивает 8…10 квалитеты и шероховатость обработанной поверхности Ra = 1,6…6,4 мкм.

Режущий инструмент при фрезеровании – фреза. Фреза – многозубый режущий инструмент, выполненный в виде тела вращения, на образующей поверхности или на торце которого расположены режущие кромки. Основные виды фрезерования показаны на рис. 15.1.

а)                                         б)                                     в)

г) д) е)

Рис. 15.1. Основные виды фрезерования: а) фрезерование цилиндрическими фрезами; б) фрезерование дисковыми фрезами; в) фрезерование концевыми фрезами; г), д) торцовое фрезерование; е) фасонное фрезерование

15.1. Кинематика фрезерования и координатные плоскости

Образование обработанной поверхности при фрезеровании осуществляется за счет относительного перемещения фрезы и заготовки, включающего два совместных движения (рис. 15.2, 15.3): вращение фрезы вокруг своей оси (главное движение резанияD_r со скоростью V) и поступательное движение заготовки (движение подачи D_s со скоростью V_s).

а) б)

Рис. 15.2. Элементы движений в процессе резания при цилиндрическом фрезеровании: а) при встречном фрезеровании; б) при попутном фрезеровании; 1 – направление скорости результирующего движения резания; 2 – направление скорости главного движения резания; 3 – рабочая плоскость P_s; 4 – рассматриваемая точка режущей кромки; 5 – направление скорости движения подачи; 6 – обрабатываемая поверхность; 7 – обработанная поверхность

В результате относительного (результирующего) движения D_e со скоростью V_e с обрабатываемой поверхности 6 удаляется слой металла и образуется обработанная поверхность 7. Направления скоростей V и V_e для каждого зуба фрезы в каждый конкретный момент времени различны. Это наглядно видно на примере фрезерования концевой угловой фрезой (см. рис. 15.3).

Рис. 15.3. Элементы движений в процессе резания при фрезеровании концевой угловой фрезой:

1 – направление скорости результирующего движения резания; 2 – направление скорости главного движения резания; 3 – рабочая плоскость P_s; 4 – рассматриваемая точка режущей кромки; 5 – направление скорости движения подачи

Геометрические параметры зуба (лезвия) фрезы так же, как и лезвия резца, измеряются в статической системе координат, ориентированной относительно направления скоростиV главного движения ре-зания D_r, и кинематической системе, ориентированной относительно направления скорости V_e результирующего движения D_e. Статическая система координат состоит из основной плоскости P_vc, плоскости резания P_nc и главной секущей плоскости P_c (рис. 15.4,а), кинематическую систему образуют плоскости P_vк, P_nк и P_к (рис. 15.4,б).

Р

а)

б)

ис. 15.4. Координатные плоскости при цилиндрическом фрезеровании:а) статическая система координат; б) кинематическая система координат

15.2. Геометрические элементы режущей части фрезы

Статические углы. На рис. 15.5 показаны геометрические параметры лезвия торцовой фрезы со вставными зубьями, а на рис. 15.6 – цилиндрической фрезы (определения всех углов см. в гл. 3). Различают углы, определяющие форму режущего клина (лезвия)  и , углы в плане и _ и угол наклона главной режущей кромки .

Рис. 15.5. Углы торцовой фрезы со вставными зубьями

Рис. 15.6. Геометрические параметры режущей части цилиндрической фрезы:  – главный передний угол; _n – задний угол в нормальной плоскости; главный задний угол;  – поперечный передний угол; угол наклона зубьев

Основное назначение переднего угла  – уменьшение работы пластической деформации и работы трения по передней поверхности и обеспечение высокой стойкости фрезы. Передний угол выбирают в зависимости от механических свойств обрабатываемого материала, а также материала режущей части фрезы. Чем выше предел прочности обрабатываемого материала при растяжении, тем меньше должно быть значение переднего угла.

Для практических целей (удобства заточки и изготовления фрез) задаются поперечным передним углом  в рабочей плоскости P_sP_s и продольным углом  в плоскости, совпадающей с осью фрезы. Для торцовых фрез углы  и  связаны с углом  зависимостью

(15.1)

Для цилиндрических, концевых и дисковых фрез с винтовыми зубьями для перехода от угла  к углу  пользуются формулой

(15.2)

Задний угол обеспечивает условия беспрепятственного перемещения задней поверхности зуба фрезы относительно поверхности резания 1 и 2 (рис. 15.7) и уменьшения работы трения по задней поверхности зуба. Задний угол  удобно измерять в плоскости NN, перпендикулярной к оси фрезы (см. рис. 15.6). Между углом  и _п существуют следующие зависимости:

• для цилиндрических, дисковых и концевых фрез

• для торцовых фрез с угловой кромкой и угловых фрез

Кроме углов, рассматриваемых выше, геометрия торцовой фрезы характеризуется главным углом в планеи вспомогательным углом _ (см. рис. 15.5, 15.8).

Рис. 15.7. Поверхности резания при цилиндрическом фрезеровании

Главный угол в плане  – угол между проекцией главной режущей кромки на осевую плоскость и направлением подачи. С уменьшением главного угла в плане (при постоянной подаче на зуб и постоянной глубине резания) толщина среза уменьшается, а ширина увеличивается, вследствие чего стойкость фрезы повышается. Однако работа фрезы с малым углом  ( ≤ 30º) вызывает увеличение радиальной и осевой сил резания, что при недостаточной жесткости системы СПИД приводит к вибрациям. Поэтому для торцовых твердосплавных фрез при высокой жесткости системы СПИД угол  ≤ 30º, а при нормальной жесткости системы  = 45…60º.

Вспомогательный угол в плане _ у торцовых фрез равен 5…10º. Чем меньше этот угол, тем ниже шероховатость обработанной поверхности.

В настоящее время распространение получили торцовые фрезы с углом на переходной режущей кромкемм (см.рис. 15.8,в); такая кромка повышает прочность зуба и стойкость фрезы.

Для более плавного входа зубьев фрезы в срезаемый слой и выхода из него, а также для увеличения числа одновременно работающих зубьев фрезы имеют винтовую стружечную канавку. Таким образом, главные лезвия фрезы являются винтовыми линиями, навернутыми на цилиндр диаметром D, а угол их наклона к оси фрезы называют углом наклона винтовой канавки.

На чертежах фрез главные лезвия изображают прямыми линиями, наклоненными к оси фрезы. В зависимости от направления вращения на станке фрезы называют леворежущими и праворежущими. Если при взгляде на торец шпинделя станка фреза вращается по часовой стрелке, то ее называют леворежущей, а если против часовой стрелки – праворежущей. Желательно, чтобы в процессе резания сила, действующая на фрезу параллельно ее оси, была всегда направлена на шпиндель станка, обладающий значительно большей жесткостью, чем противоположная опора фрезерной оправки. Для этого у леворежущих фрез винтовая канавка по направлению должна быть правой, а у праворежущих фрез – левой.

У стандартных фрез угол наклона винтовой канавки назначают в пределах 25…35º; у специальных, предназначенных для фрезерования детали определенной ширины, угол  рассчитывают, чтобы получить так называемое равномерное фрезерование. Расчет угла  будет приведен ниже. Расстояние t_т между двумя зубьями по торцу называют торцовым шагом

t_т.

Расстояниеt_o между двумя зубьями вдоль оси фрезы называют осевым шагом. Связь между осевым и торцовым шагами выражается формулой

t_о = t_т.

а)

б) в)

Рис. 15.8. Углы в плане у торцовой фрезы: а), б) без переходной кромки; в) с переходной кромкой

Кинематические углы. В процессе резания углы лезвия фрезы не совпадают по своему значению с углами заточки. Это объясняется тем, что координатная система, в которой рассматриваются углы, меняет свое положение, так как она ориентирована относительно направления скорости V_e результирующего движения D_e. Углы лезвия торцовой фрезы в кинематической системе координат показаны на рис. 15.9.

Рис. 15.9. Углы торцовой фрезы со вставными квадратными пластинами в кинематической системе координат

Причину изменения углов в процессе резания можно объяснить несколько проще. В процессе резания в результате сложения двух движений (вращения фрезы D_r и поступательного перемещения заготовки D_s) поверхность резания 1 не совпадает с поверхностью главного движения 2 (см. рис. 15.7), при этом траекторией каждой точки режущей кромки зуба фрезы будет не окружность, а удлиненная циклоида ОС (рис. 15.10). В связи с этим действительный задний угол в процессе резания не равен углу , полученному во время заточки:

(15.3)

где – угол между касательной к циклоиде и касательной к окружности в точкеС.

Подсчеты показывают, что величина угла обычно не болееи ею можно пренебречь.

Рис. 15.10. Задний угол фрезы

в процессе резания