10.7.3. Особенности процесса и режимы резания при фрезеровании
Особенностями процесса фрезерования является прерывистый характер процесса резания каждым зубом фрезы и переменность толщины срезаемого слоя. Каждый зуб фрезы участвует в резании только на определенной части оборота фрезы, остальную часть проходит по воздуху, вхолостую, что обеспечивает охлаждение зуба и дробление стружки.
При цилиндрическом фрезеровании плоскостей работу резания осуществляют зубья, расположенные на цилиндрической поверхности фрезы. При торцевом фрезеровании плоскостей работу резания осуществляют зубья, расположенные на цилиндрической и торцевой поверхностях фрезы.
К режимам резания при фрезеровании относят скорость резания, подачу (минутную, на оборот и на зуб), глубину резания и ширину фрезерования В.
Скорость резания, мм/мин, рассчитывается как окружная скорость вращения фрезы:
V = πDфn / 1000,
где Dф – наружный диаметр фрезы, мм; n – частота вращения шпинделя станка, об/мин.
Влияние диаметра фрезы на производительность обработки неоднозначно. С увеличением диаметра фрезы повышается расчетная скорость резания при постоянной стойкости. Это объясняется тем, что уменьшается средняя толщина срезаемого слоя, улучшаются условия охлаждения зуба фрезы, так как удлиняется время нахождения зуба вне зоны резания.
С целью повышения производительности лучше выбирать фрезы большего диаметра, поскольку с увеличением скорости резания пропорционально увеличивается частота вращения фрезы и минутная подача (при пропорциональном увеличении числа зубьев фрезы). Возможности увеличения диаметра фрез ограничиваются мощностью и жесткостью станка, размерами инструментального отверстия в шпинделе станка.
10.7.4. Силы резания
В процессе работы фреза должна преодолеть суммарные силы резания, действующие на каждый зуб, находящийся в контакте с заготовкой. При фрезеровании цилиндрической прямозубой фрезой (рис. 10.45, а) равнодействующую силу резания Р можно разложить на окружную составляющую Рz, касательную к траектории движения зуба, и на радиальную составляющую Ру, направленную по радиусу. Силу Р можно также разложить на вертикальную Рв и горизонтальную Рг составляющие. При фрезеровании цилиндрическими косозубыми фрезами в осевом направлении действует осевая сила Ро (рис. 10.45, б), причем чем больше угол наклона винтовых канавок фрезы ω, тем она больше.
Осевая сила может сдвинуть фрезу вдоль оправки, поэтому часто применяют набор из двух фрез с разным направлением зубьев или одну шевронную фрезу. В этом случае осевые силы уравновешивают друг друга.
Окружная сила Pz производит основную работу резания, по ней определяют эффективную мощность N и рассчитывают детали и узлы механизма главного движения (коробки скоростей) на прочность.
Рис. 10.45. Силы резания при фрезеровании: а – разложение силы резания Р на составляющие; б – осевая сила Ро; Рх, Ру, Pz – составляющие силы резания на координатные оси; Рв, Рг – соответственно вертикальная и горизонтальная составляющие силы резания; ω – угол наклона зуба фрезы
Радиальная сила Ру = (0,6–0,8)Рг действует на подшипники шпинделя и изгибает оправку, на которой устанавливается фреза. Осевая сила Ро = (0,35– 0,55)Рz действует на подшипники шпинделя и механизм поперечной подачи станка. Горизонтальная Рг и вертикальная Рв силы действуют на механизмы продольной и вертикальной подач станка. Окружную силу, Н, рассчитывают по эмпирической формуле
где CP – коэффициент, характеризующий обрабатываемый материал и услоия обработки; Sz – подача на зуб, мм/зуб; t – глубина резания, мм; В – ширина резания, мм; Dф – диаметр фрезы, мм; ХР, YP, q – показатели степени (берутся из справочной литературы).
Крутящий момент М и эффективную мощность N рассчитывают по формулам
M = PzDф / 2000; N = Mn / (1000·60),
где n – число оборотов шпинделя станка, об/мин.