Глава XI. Обработка на фрезерных станках

§ 1. Общие сведения

Фрезерование применяют для обработки плоских и фасонных поверхностей, прорезки пазов и шпоночных канавок, разрезки заготовок.

Процесс фрезерования осуществляется в результате сложения двух движений: главного движения — вращательное (фреза) и движения подачи — обычно прямолинейное (обрабатываемая за­готовка или фреза).

Фрезерование разделяют на черновое, получистовое, чистовое и тонкое.

Черновое фрезерование применяют для предварительной обра­ботки заготовок. Черновое фрезерование плоскостей обеспечивает качество поверхности R_z =160…40 мкм и отклонение от прямолинейности 0,15…0,3 мм на 1 м длины.

Получистовое фрезерование применяют с целью уменьшения погрешностей геометрических форм и пространственных отклоне­ний. Оно обеспечивает шероховатость поверхности R_z = 80…20 мкм и от­клонение от плоскостности 0,1…0,2 мм на 1 м длины.

Чистовое фрезерование применяют для окончательной обработки или перед отделочной обработкой. Оно обеспечивает шероховатость поверхности R_z =40…6,3 мкм и отклонение от плоскостности 0,04…0,08 мм на 1 м длины.

Тонкое фрезерование применяют для отделочной обработки. Тонкое фрезерование обеспечивает шероховатость поверх­ности R_z =10…1,6 мкм и отклонение от плоскостности 0,02…0,04 мм на 1 м длины.

Применение скоростных режимов при фрезеровании позволяет получить повышенную чистоту поверхности ( на один параметр).

Для обработки плоских и фасонных поверхностей, прорезки пазов и канавок применяют универсальные и специальные фре­зерные станки тяжелого и легкого типов. По характеру выполняе­мой работы фрезерные станки делятся на следующие типы: кон­сольные вертикально-фрезерные; фрезерные непрерывного дей­ствия; копировальные и гравировальные; вертикальные бескон­сольные; продольно-фрезерные; консольно-фрезерные операцион­ные станки; консольные горизонтально-фрезерные; разные.

Работы на фрезерных станках выполняются фрезами, разли­чаемыми по технологическим и конструктивным признакам: цилиндрическими (рис. 7.58, а), торцовыми (рис. 7.58, б), диско­выми, прорезными, отрезными, концевыми, угловыми и фасонными.

Тонкое фрезерование обычно производят летучими фрезами, которые состоят из корпуса с закрепленными в нем двумя-тремя резцами. Летучие фрезы работают по методу деления глубины фрезерования. Резцы летучей фрезы установлены на различных расстояниях от оси вращения фрезы и от обрабатываемой поверх-

Рис. 7.58. Виды фрезерования: а — цилиндрическое фрезерование; б — торцовое фрезерование

ности. Ближайший к оси вращения фрезы резец является чисто­вым, а все последующие — черновыми. Для тонкого декоратив­ного фрезерования плоских поверхностей деталей из цветных ме­таллов и сплавов до Ra=0,16…0,0 2 мкм при­меняют летучие фрезы, оснащенные алмазными резцами.

Элементы резания и срезаемого слоя при фрезеровании. Осо­бенности процесса фрезерования. Элементами резания при фре­зеровании являются ширина фрезерования, глубина фрезерова­ния и подача.

Шириной фрезерования В называют ширину обрабатываемой поверхности в мм.

Глубиной фрезерования t называют толщину слоя металла, снимаемого с поверхности заготовки за один проход, в мм.

Ширина В и глубина t фрезерования при обработке основными видами фрез показаны на рис. 7.58. Скорость резания при фрезе­ровании

где D — диаметр фрезы в мм;

п — число оборотов фрезы в минуту.

При фрезеровании различают три размерности подачи: подача на один зуб фрезы s_z в мм/зуб; подача на один оборот фрезы s₀ в мм/об; подача за 1 мин s_M в мм/мин.

На практике пользуются всеми тремя значениями. Между ними существуют следующие зависимости:

а

Рис. 7.59. Схема цилиндрического и торцевого фрезерования: — схема встречного; а – схема встречного фрезерования; б—схема попутного фрезерования; в—схема для опре­деления толщины срезаемого слоя при торцовом фрезеровании

минимума до максимума; 2) одновременно в работе находится несколько режущих лезвий; 3) режущие лезвия работают с пере­рывами.

Если главное движение, или вращение фрезы, и движение по­дачи направлены навстречу друг другу, то имеет место встречное фрезерование, называемое обычно фрезерованием против подачи. Если главное движение и движение подачи происходят в одном направлении, имеет место попутное фрезерование, называемое обычно фрезерованием по подаче (рис. 7.59).

Встречное фрезерование характеризуется тем, что процесс резания начинается в точке 1 с нулевой толщины сре­заемого слоя и заканчивается в точке 2 с максимальной толщи­ной а_мах.

Фреза отрывает заготовку от стола, приводя к увеличению зазора между столом и направляющими станины, вызывая вибра­ции и увеличение шероховатости обработанной поверхности. Работа зубьев фрезы связана с затруднительными условиями вре­зания зуба в металл.

Попутное фрезерование приводит к срезанию слоя наибольшей толщины в момент входа зуба фрезы в металл в точке 1 и нулевой толщины в момент выхода зуба в точке 2.Фреза прижимает заготовку к столу, а стол — к направляю­щим станины. Работа по второй схеме протекает более спокойно и обеспечивает более высокое качество обработанной поверхности, чем при работе по первой схеме.

Толщина срезаемого слоя а переменна на протяжении всей дуги контакта зуба фрезы с заготовкой. Она измеряется в радиаль­ном направлении от центра фрезы.

У цилиндрических, дисковых, фасонные и концевых фрез с прямым зубом толщина срезаемого слоя

Рис. 7.60. Схема расположения зубьев при равномерном фрезеро­вании:

1, 2, 3 — развертка на плоскость вин­товых зубьев фрезы

постоянна вдоль всей длины режущего лезвия и опреде­ляется по формуле

a = s_z sinΨ

где Ψ— текущий угол контакта, соответствующий данному поло­жению зуба фрезы.

При Ψ, равном полному углу контакта δ, толщина срезаемого слоя будет максимальной:

Для торцовых фрез при симмет­ричном резании угол контакта δ зависит от диаметра фрезы D и ширины фрезерования В и определяется по формуле

Для торцовых фрез с главным углом в плане главного режу­щего лезвия φ наибольшая толщина срезаемого слоя

а в произвольно выбранной точке х на режущем лезвии при симме­тричном резании (рис. 7.59, в)

Равномерность процесса фрезерования. Процесс фрезерования считается равномерным, когда суммарная длина режущих лезвий, находящихся в работе, остается постоянной, что приводит к плав­ному изменению суммарной площади поперечного сечения срезае­мого слоя, а следовательно, к незначительному колебанию силы резания.

Это достигается только для фрез с винтовым зубом при усло­вии кратности ширины фрезерования В осевому шагу t₀ фрезы (рис. 7.60), т. е.

где к — целое число зубьев, работающих одновременно.

Зависимость между осевым t/₀ и торцовым t_T шагами опреде­ляется из треугольника abc

Угол наклона зубьев фрезы при равномерном фрезеровании определяют по формуле

Рекомендуется брать к = 2…3. В этом случае наибольшее колебание силы резания достигает порядка 20%, что обеспечивает получение высокого качества обработанной поверхности.

Геометрические параметры режущей части фрез. Геометри­ческие параметры режущей части цилиндрической и торцовой фрез показаны на рис. 7.61.

Рис. 7.61. Геометрические параметры режущей части цилиндрической (а) и тор­цовой (б) фрез

Передний угол γ измеряется в плоскости схода стружки, условно принимаемой в направлении, нормальном к главному режущему лезвию 1—2 и передней поверхности зуба.

Главный угол в плане ω влияет на толщину срезаемого слоя при одной и той же подаче, на соотношение составляющих сил, действующий на фрезу, на стойкость фрезы и качество обработан­ной поверхности. Чем меньше угол ω, тем меньше толщина сре­заемого слоя, тем выше стойкость фрезы и чище обработан­ная поверхность, но тем больше осевая составляющая силы ре­зания.

Главный задний угол а измеряется в плоскости траектории движения точки лезвия, т. е. в плоскости, перпендикулярной оси фрезы. Задний угол а — угол между касательной к задней поверх­ности зуба фрезы и линией, касательной к траектории движения точки режущего лезвия, принимаемой за окружность.

Угол наклона зубьев ω винтового режущего лезвия служит для обеспечения более спокойных условий резания и создания направления сходящей стружки. При работе фрезами с винто­выми зубьями надо обращать внимание на соответствие направле­ний вращения шпинделя и винтовых канавок фрезы.

Скорость резания, сила и мощность при фрезеровании. Ско­рость резания, допускаемую режущими свойствами фрезы, под­считывают по экспериментальной формуле

I

где С_о — коэффициент, характеризующий материал и условия обработки; D — диаметр фрезы в мм; Т — стойкость фрезы в мин; s_z — подача на один зуб в мм/зуб; t — глубина резания в мм; В — ширина фрезерования в мм; z — число зубьев фрезы; ω — угол наклона винтовой канавки фрезы в град (для тор­цовых фрез угол  не учитывается); q, р, m, x, у, г, п — показатели степеней; K_v — общий поправочный коэффициент, учитывающий изме­нение условия обработки.

Величину окружной силы резания Р_о при фрезеровании под­считывают по формуле

P₀=C_p.t^x.s^y_z.B^z.D-^g кГ.

Мощность при фрезеровании подсчитывают по формуле

N_e = C_Nnt^xs^y_zB^zD^g квт.

где п — число оборотов фрезы в минуту.

При работе фрезами, оснащенными твердым сплавом, с боль­шими скоростями резания инструмент должен надежно и жестко крепиться в шпинделе. Для повышения класса чистоты обработанной поверхности и стойкости торцовой фрезы шпиндельная го­ловка поворачивается на угол β ≈ 20' -30' (погрешность формы обработанной поверхности Δ≈ 0,01 мм), чтобы исключить цара­пание обработанной поверхности зубом.