6 .8.7. Конструкции и геометрия фрез

Рис. 6.76. Некоторые типы стандартных фрез

Фрезы, как и другие РИ, бывают стандартными и специальными. Первые подразделяются на фрезы общего назначения, например ци­линдрические (рис. 6.76, а) для обработки плоскостей; торцовые (рис. 6.76, б) и концевые (рис. 6.76, е) для обработки плоскостей и ус­тупов; дисковые и пазовые (рис. 6.76, д, и); шпоночные (рис. 6.76, ж,

216

з); угловые (рис. 6.76, в); фасонные (рис. 6.76, г, к). Стандартными яв­ляются фрезы для Т-образных пазов; червячные шлицевые; дисковые и червячные зуборезные; резьбовые гребенчатые и др. К специаль­ным в основном относятся фрезы, предназначенные для обработки нестандартных фасонных профилей.

По конструкции фрезы бывают цельными, изготовленными из быстрорежущей стали, или монолитные твердосплавные; со встав­ными ножами (зубьями) из быстрорежущей стали, а также оснащен­ными твердым сплавом, режущей керамикой или СТМ; составными. Они могут иметь прямые, наклонные, винтовые и разнонаправлен­ные острозаточенные (рис. 6.76, и) или затылованные (рис. 6.76, к) зу­бья; могут быть насадными и концевыми. К конструктивным элемен­там фрез относится прежде всего наружный диаметр, который по воз­можности должен быть меньшим, поскольку в этом случае меньше крутящий момент и выше производительность обработки из-за со­кращения времени врезания. Однако это не всегда возможно, так как выбор диаметра зависит также от конструкции и размеров детали, особенностей конструкции сборных фрез, плавности фрезерования и других факторов.

Количество зубьев фрез должно быть по возможности максималь­ным, что позволяет работать на повышенных скоростях резания с со­ответствующим увеличением производительности обработки. Одна­ко с увеличением количества зубьев объем стружечной канавки уменьшается, что может иметь негативные последствия (согласно ГОСТ 3752-71, 8721-81, 1092-81, 9473-71, 9304-81 цилиндриче­ские и торцовые фрезы выпускают с мелким и крупным зубом).

Диаметр посадочного отверстия у торцовых фрез желательно иметь большим с целью увеличения жесткости оправки. В центре от­верстия делается выточка (карман) диаметром, превышающим диа­метр отверстия на 0,5... 1 мм, длиной примерно равной половине дли­ны фрезы; в этом случае обеспечивается лучшее базирование фрезы на оправке. Размеры хвостовиков концевых фрез определяются вели­чиной крутящего момента, зависящего от параметров режима реза­ния и других факторов. Толщину тела фрезы выбирают минимальной исходя из соображений прочности.

При оценке геометрических параметров фрез зуб фрезы представ­ляют как резец, закрепленный в теле фрезы. В связи с этим назначе­ние и определение геометрических параметров фрез такие же, как и у токарных резцов. Соотношения между углами в разных секущих плоскостях для резцов и фрез одинаковы. Основной плоскостью при фрезеровании, как и при других видах обработки вращающимися РИ, является осевая плоскость, проходящая через рассматриваемую точ-

217

к у режущей кромки; плоскость резания, соответственно, перпенди­кулярна основной плоскости.

Цилиндрические (непрямозубые) и торцовые фрезы характеризу­ются углом наклона зуба ω, передним и задним углами. Цилиндриче­ские фрезы работают только периферией, поскольку не имеют оформленных режущих кромок на торцах. Торцовые фрезы имеют их на торцах и периферии, поэтому характеризуются в отличие от ци­линдрических главным φ и вспомогательным φ₁ углами в плане. По­скольку передний и задний углы задают в главной секущей плоско­сти, а измеряют в торцовой плоскости, для пересчета используют за­висимости:

(6.129) (6.130)

Важным в конструктивном плане является форма задней поверх­ности зубьев; в связи с этим акцент сделан на них.

Фрезы с острозаточенными зубьями. На рис. 6.77 показаны формы острозаточенных зубьев. То или иное оформление зуба зависит от ма­териала фрезы и обрабатываемого материала, режимов резания, от­ношения диаметра фрезы к числу зубьев. Первый тип — наиболее простой в изготовлении, но наименее прочный; фрезы с такими зубь­ями применяют для легких отделочных работ. Второй и третий типы — зубья более прочные, но более сложные в изготовлении. Для второго типа необходима дополнительная обработка по второй пря­мой затылка; для третьего типа требуется фасонная фреза. Четвертый тип зубьев применяется для фрез больших диаметров.

Высота зуба h определяется из следующих условий [52]. Чем боль­ше h, тем больше допускается переточек, т. е. тем больше долговеч­ность фрезы; но с увеличением h уменьшается прочность зуба. Опре­деляют h так:

(6.131)

где К— коэффициент высоты зуба, зависящий от конструкции фре­зы; в частности, для концевых фрез К= 0,9... 1,2; для цилиндрических с мелким зубом К= 0,8...0,9; для цилиндрических и торцовых с круп­ным зубом К = 1,2...1,5.

218

Рис. 6.77. Формы острозаточенных зубьев фрез

Р адиус закругления у основания зуба

(6.132)

где S_z — подача на зуб; / — шаг между зубьями; К_с — коэффициент за­полнения, учитывающий, что стружка не монолитно заполняет ка­навку между зубьями:

(6.133)

Принимают К_с = 2,0...4,5. Этот коэффициент зависит от обраба­тываемого материала и толщины стружки (для пластичных материа­лов он больше, для хрупких — меньше; для толстых стружек больше, для тонких — меньше).

Затачивается острозаточенный зуб по задней поверхности. Вели­чина стачивания определяется из условия

(6.134) 219

Рис. 6.79. Следы переточек за-тылованного зуба

Из соответствующих соотношений, рекомендаций, а также расче­тов (например, расчета оправки на прочность и прогиб) определяют D, d,z,coH геометрию зубьев фрезы. В большинстве случаев основны­ми элементами, определяющими диаметр фрезы, являются диаметр отверстия и глубина фрезерования. Диаметр окружности, касающий­ся дна впадины между зубьями,

(6.135)

где d — диаметр отверстия.

В табл. 6.4 даны соотношения диаметров фрез и оправок (отвер­стий).

т	а б л и ц а		6.4. Диаметры фрез и оправок [52]
D	16	22	27	32	40	50	60	60 с вы­точками
Диаметр фрезы	40	50...62	62.,.80	80...100	100...125	125...160	160.,,200	250,..630

При выборе Z необходимо соблюсти условие равномерности фре­зерования. Для фрез с прямыми зубьями она обеспечивается при ус­ловии, если в работе одновременно участвует не менее двух зубьев.

Острозаточенный зуб применяется не только для обычных цилиндрических торцо­вых, концевых и т. д. фрез; он применяется также и для фасонных фрез. Заточка по зад­ней фасонной поверхности у этих фрез мо­жет производиться следующими способами.

Рис. 6.78. Заточка в при­способлении по копиру:

1 — фреза; 2 — шлифовальный круг; 3 — поворотный диск с оправкой для затачивания ин­струмента; 4 — рукоятка; 5 — пружина; 6— корпус; 7—суп­порт

220

1. Если профиль выполнен по радиусу, то ось поворота в приспособлении соответству­ ет оси радиуса профиля фрезы.

2. Заточка в приспособлении по копиру (рис. 6.78). В корпусе приспособления по на­ правляющим перемещается суппорт с пово­ ротным диском, на котором установлена оп­ равка с фрезой. Снизу на диске закреплен ко­ пир, который прижимается пружиной к не­ подвижному упору, закрепленному в корпусе. Одновременно фреза прижимается к шли­ фовальному кругу. С помощью рукоятки диск поворачивается и осуществляется за­ точка по кривой профиля фрезы.

Рис. 6.80. Изменение заднего угла при за­тыловании по:

] — логарифмической спирали; 2— спирали Архиме­да; 3 — дуге окружности; 4— прямой

В этом случае профиль должен быть таким, чтобы касательные к нему составляли с осью профиля углы не менее 20.. .30°, иначе заточка по копиру невозможна.

3. Заточка профильными шлифовальными кругами методом вре­зания.

Фрезы с затылованными зубьями. Затылованные зубья применяют обычно у фасонных фрез, также у таких многозубых фрез, как червячные зуборезные и шлицевые, резьбовые гребенчатые, заточка кото­рых по задним поверхностям является очень трудоемким процессом. Затылованный зуб обеспечивает постоянство профиля при переточке РИ, которая ведется по передней поверхности. На рис. 6.79 а —зад­ний угол в крайней наиболее удаленной от оси точке зуба. Обычно а = 10... 12°. Задний угол имеет место и на любой другой боковой точ­ке профиля зуба. Минимально допустимое его значение 2°. Опреде­ляют его так:

(6.136)

где d_x — диаметр фрезы в рассматриваемой точке; <р — угол профиля фрезы.

Затылование можно проводить по различным кривым: логариф­мической спирали, спирали Архимеда и дуге окружности, а также по прямой. На рис. 6.80 показано изменение заднего угла по угловой ши­рине зуба. Видно, что при затыловании по логарифмической спирали

221

задний угол не изменяется, при затыловании по спирали Архимеда возрастает, а при заты­ловании по дуге окружности уменьшается примерно на 1°; при затыловании по прямой он разко падает. Обычно применяют затыло-вание по спирали Архимеда, так как это тех­нологически выполняется проще, чем при других кривых (прямую практически не при­меняют).

Архимедова спираль получается в резуль­тате двух равномерных движений — поступа­тельного и вращательного, т. е. имеет место Рис. 6.81. Параметры простота при изготовлении кулачков к токар-спирали Архимеда но-затыловочным станкам, на которых про­изводится затылование. На рис. 6.81 показано

образование задней наружной поверхности зуба в виде спирали Архи­меда. Здесь радиус-вектор

(6.137)

где 0 — полярный угол; b — постоянный коэффициент, характери­зующий размеры спирали.

При 0 = 2я -> р = а; тогда b = —; р = — 0.

2л 2п

Здесь а — шаг спирали Архимеда. Применительно к зубу фрезы уравнение Архимедовой спирали

(6.138)

где R — наружный радиус фрезы.

Задний угол заключен между касательной к спирали и касатель­ной к окружности, проведенной в рассматриваемой точке:

(6.139)

222

Рис. 6.82. К определению величины затылования

Рис. 6.83. Зуб фрезы с двойным за-тылованием

Величину затылования ^определяют, используя схему (рис. 6.82).

Как видно из рис. 6.82, величина затылования отнесена к перед­ней поверхности следующего зуба. Ее находят, выравнивая криволи­нейный треугольник:

(6.140)

Большинство затылованных фрез абразивным кругом по задней поверхности не обрабатывают. В тех случаях, когда профиль зуба фрезы шлифуется, производится двойное затылование. Оно делается затыловочным резцом для обеспечения выхода шлифовального кру­га. На рис. 6.83 показан зуб фрезы, имеюший двойное затылование. Величина втооого затылования

Согласно рис. 6.83 Д = D + 2а. Если шлифованная часть состав­ляет половину шага зубьев, то

Величина заднего угла по наружному диаметру у вершины зуба за­тылованных фрез а = 10... 12°.

Недостатки затылованных фрез по сравнению с острозаточенными.

1. Ниже стойкость, поскольку на боковых сторонах профиля a_б мал, а при нешлифованном профиле зуба — также и из-за большей шероховатости режущих кромок.

2. Ниже скорость резания и, соответственно, производитель­ ность, так как они имеют меньшее число зубьев (зубья широкие — для переточек).

223

Конструктивное оформление затылованных фрез [52].

Наружный диаметр фрезы (рис. 6.84)

(6.141)

где — глубина канавки (здесь h — высота профиля;

r= 1...3 мм — радиус у основания зуба); t- (0,3-..0,5)^_опр — толщина тела фрезы; d_onr. — диаметр оправки.

"опр

Между диаметрами фрез и оправок существует зависимость (табл. 6.5).

Согласно рис. 6.84 С— ширина зуба у основания; С=(0,8...1)Я.

Таблица 6.5. Зависимости диаметров фрез и оправок

рекционный расчет сводится к нахождению величины Ah (рис. 6.85), на которую высота профиля фрезы становится меньше высоты про­филя детали из-за наличия переднего угла. Ниже приведена последо­вательность расчета [52]:

(6.143)

_где /| _ высота профиля зуба фрезы; Л_д — высота профиля изделия; е — угловой шаг; у — угловая ширина точки профиля фрезы.

Air	До 50	55,.,65	70.,.85	90,.. 120	135...170
"опр	16	22	27	32	40

(6.144)

Число зубьев фрезы

определяется из АОАВ:

(6.142)

5_окр = (1,3...1,8)#—для чистовых фрез; 5_0кр = (1,8...2,5)Я—для чер­новых фрез.

Зависимость числа зубьев от диаметра приведена в табл. 6.6.

Таблица 6.6. Зависимость числа зубьев от диаметра фрез

Z	14	12	II	10
D	40...55	60...80	85...110	115...170

Таким образом, чем больше D, тем меньше Z Это связано с тем, что боль­шие диаметры применяются для боль­ших Я, а С» Н.

Передний угол затылованных фрез. С точки зрения получения правильного профиля детали передний угол фрезы должен быть нулевым. По условиям ре­зания его рекомендуется делать положи-Рис. 6.84. Конструктивные тельным, но в этом случае необходимо

элементы затылованной фрезы корректировать профиль фрезы. Кор-

Рис. 6.85. К коррекционному расчету профиля фрезы

224

15-2719

225

(6.145)

Найдя из последнего уравнения угол \|/, решают соотношения (6.144) и (6.143).